4. Аналоговые электроизмерительные приборы
4.1. Общие принципы и составные части
Аналоговые измерительные приборы (АИП) представляют собой важнейшую группу средств электрических измерений. Им свойственны относительная простота, высокая надежность, разнообразное применение. В общем случае АИП содержит (рис. 4.1) измерительную цепь (ИЦ), измерительный механизм (ИМ) и отсчетное устройство (ОУ).
Измерительная цепь обеспечивает преобразование измеряемой электрической величины Х в промежуточную величину (обычно электрический ток), функционально связанную с измеряемой величиной.
В измерительном механизме энергия промежуточной величины У преобразуется в механическую величину перемещения подвижной части, связанной с указателем. Последний совместно со шкалой образует отсчетное устройство.
Рис. 4.1. Функциональная схема аналогового измерительного прибора
Подвижная часть измерительного механизма и, следовательно, указатель совершают угловое перемещение (), поэтому в дальнейшем будут рассматриваться не силы, действующие на подвижную часть механизма, а моменты.
Момент, возникающий под действием измеряемой величины и стремящийся повернуть подвижную часть в сторону возрастания показаний, называется вращающим М. Он должен однозначно определяться величиной Х. В некоторых случаях он зависит от угла поворота подвижной части:
.
В соответствии с принципами динамики механических систем вращающий момент определяется как производная от электромагнитной энергии, подведенной к прибору от измеряемой величины, по углу поворота:
.
(4.1)
По способу создания вращающего момента или, другими словами, по способу преобразования энергии измеряемой величины в механическую энергию измерительные механизмы подразделяются на следующие группы:
магнитоэлектрические;
электромагнитные;
электродинамические;
индукционные;
электростатические.
В дальнейшем при рассмотрении различных механизмов вид уравнения (4.1) будет конкретизирован.
Если бы ничто не препятствовало повороту подвижной части, то при любом значении измеряемой величины она вместе с указателем повернулась бы на максимальный угол до упора. Чтобы угол поворота определялся измеряемой величиной, необходим противодействующий момент, который должен возрастать по мере увеличения угла поворота. По способу создания противодействующего момента АИП делятся на 2 группы:
с механическим противодействующим моментом;
с электрическим противодействующим моментом (логометры).
В приборах первой группы противодействующий момент создается упругими элементами:
(4.2)
где W – удельный противодействующий момент упругих элементов.
В логометрах противодействующий момент создается так же, как и вращающий, упругие элементы отсутствуют. Моменты, вращающий и противодействующий, являются статическими. При их равенстве движение подвижной части прекращается и она устанавливается в положении, фиксируемом указателем. Угол поворота в установившемся положении определяется путем решения уравнения М(х) = Мпр() и в конечном счете – измеряемой величиной
= f2(x).
Эта зависимость носит название уравнения преобразования механизма. В дальнейшем при рассмотрении различных групп механизмов вид уравнения преобразования будет также конкретизирован.