Перетворювачі електромеханічної групи.

Принцип дії заснований на виникненні механічних переміщень їхніх рухливих елементів під впливом електричного струму.

Область застосування:

• вимірювальні механізми електромеханічних приладів прямого перетворення;

• зворотні перетворювачі (перетворюють електричний струм у вихідне зусилля в ланцюгах ОС приладів перетворення, що врівноважує, призначені для виміру неелектричних величин - пристрої для виміру сил, моментів сил, тисків).

1 ,2 – принцип дії заснований на взаємодії двох контурів зі струмами. Розходження: у феродинамічних є феромагнітний магнітопровід, що дозволяє істотно збільшити за інших рівних умов вихідні зусилля, моменти в десятки разів.

3 – принцип дії заснований на взаємодії контуру, що обтікається струмом з полем постійного магніту.

1 . Магнітоелектричний перетворювач.

Зусилля, що діє на рамку: F = B_pl_cpwI.

А ЕДС, що в ній наводиться: e = -vB_pl_cpw,

де: В_р – індукція в робочому зазорі перетворювача;

l_cp – середня довжина витка обмотки;

I – струм в обмотці;

v – швидкість переміщення рамки в полі постійного магніту.

З урахуванням взаємних і внесених опорів, рівняння чотириполюсника має вид:

U = z_элI – B_pl_cpw(dx/dt), dx/dt – швидкість зміни вихідної величини.

Зусилля, що діє на рамку:

F = B_pl_cpw + (R_мех + jwm – j1/wC_M)dx/dt – вихідне рівняння для проектування,

де: z_эл – власний вхідний електричний опір;

w – кількість витків обмотки;

m – маса рухомої частини перетворювача;

С_М – піддатливість пружного елемента, що утримує рухому частину;

R_мех – механічний опір поступальному руху магнітної частини.

Достоїнства:

• лінійна залежність вихідної сили від вхідного струму;

• висока точність (у порівнянні з іншими видами перетворювачів), приведена погрішність може бути до 0,03...0,05%;

• велике зусилля, що розвивається, при порівняно невеликому споживанні потужності і незначному перегріві обмотки.

Найбільш істотна складова погрішності – погрішність від нагрівання котушки вимірювальним струмом (залежить від значення I, від його дії, умов охолодження котушки, інших факторів).

Інші джерела погрішностей – нестабільність параметрів магнітної системи, неоднорідність магнітного поля в діапазоні переміщення котушки.

2. Електродинамічний перетворювач.

Він складається з двох круглих котушок однакового діаметра, розташованих на деякій відстані друг від друга на одній і тій же осі.

З усилля, що виникає між котушками перетворювача при протіканні по них струму, залежить від параметрів так:

,

де: R_ср – середній радіус котушок;

d – відстань між ними;

₀ – магнітна постійна.

Сила взаємодії між двома котушками буде:

F = I₁I₂w₁w₂₀R_cp ,

де: I₁, I₂ – струми, що протікають у котушках w₁, w₂.

Для реальних котушок R_cp>8d. Тому першим членом у квадратних дужках (як величиною більш ніж на порядок меншої 1/d) можна зневажити. Тоді:

F = I₁I₂w₁w₂₀R_cp/d,

а при послідовному з'єднанні котушок (I₁=I₂=I):

F = I₁I₂w₁w₂₀R_cp/d.

Погрішності цих перетворювачів обумовлені: зміною геометричних розмірів котушок (старіння, механічний і тепловий вплив).

Недоліки:

• дуже чуттєві до впливу зовнішніх магнітних полів. Для захисту від цього, їх виготовляють астатичними чи екранованими (що ускладнює конструкцію, збільшує габарити, вартість);

• розвивають малі зусилля в порівнянні з феродинамічними.

Переваги феродинамічних перетворювачів: добра захищеність від впливу зовнішніх магнітних полів.

Недоліки феродинамічних перетворювачів: порівняно велика погрішність (до 0,2%), обумовлена наявністю феромагнітного матеріалу.

Так як при вимірах неелектричних величин такі погрішності є припустимими, то феродинамічні перетворювачі одержали широке поширення.