4. Электромеханические приборы прямого преобразования

4.1. Структурная схема и уравнение преобразования

В общем случае электромеханические приборы состоят из измерительной цепи, измерительного механизма, отсчетного устройства и строятся по структурной схеме прямого преобразования, представленной на рис. 4.1 [6].

Х Измерительная Х₁ Измерительный  Отсчетное

цепь механизм устройство

Рис. 4.1

Измерительная цепь преобразует измеряемую величину Х в электрическую величину Х₁, непосредственно воздействующую на измерительный механизм.

Измерительный механизм (ИМ) состоит из неподвижной и подвижной частей. В ИМ электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части. Под действием измеряемой величины в измерительном механизме создается вращающий момент М_ВР, поворачивающий подвижную часть ИМ. В общем случае вращающий момент зависит от измеряемой величины Х и угла поворота подвижной части : М_ВР = f(X, ). Для электромеханических приборов вращающий момент находится как

М_ВР = dW_e /d, (4.1)

где W_e - энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в измерительном механизме.

Для того чтобы каждому значению измеряемой величины соответствовало определенное значение угла отклонения  подвижной части, в измерительном механизме при повороте подвижной части создается противодействующий момент М_ПР, направленный навстречу вращающему и зависящий от угла поворота. При механическом создании противодействующего момента М_ПР = W, где W - удельный противодействующий момент. Из условия установившегося равновесия

М_ВР = М_ПР = dW_e /d = W, (4.2)

получим, что угол поворота подвижной части зависит от измеряемой величины, параметров прибора и может быть найден как

 = F(X, A) = [dW_e /d]/ W, (4.3)

где А - параметры измерительного механизма.

Уравнение (4.3) называется уравнением преобразования измерительного механизма электромеханического прибора [8].

Противодействующий момент в измерительных механизмах может создаваться не только механическим путем (пружинами, растяжками), но и самой измеряемой величиной. Механизмы, в которых противодействующий момент создается измеряемой величиной, называются логометрами.

Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины и состоит из шкалы и указателя.

По форме шкалы делятся на: прямолинейные, дуговые и круговые (угол дуги больше 180⁰); по соотношению длин делений в пределах одной шкалы они разделяются на: равномерные и неравномерные, когда отношение длины наибольшего деления к наименьшему (коэффициент неравномерности шкалы) превышает 1,3; по числу шкал: одношкальные и многошкальные [6].

Шкалы и все надписи, характеризующие прибор, наносятся на основание (циферблат) и нормируются ГОСТ 5365- 83.

На шкалах электромеханических приборов наносятся следующие условные обозначения: а) обозначение рода тока (например, " ^__ " - ток постоянный; " ~ " - ток переменный; " ~ " - ток постоянный и переменный; б) обозначение единицы измеряемой величины (например, mA, B); в) обозначение рабочего положения прибора: - для горизонтального положения шкалы;  - прибор применять в вертикальном положении шкалы;  ⁰ - для установления под углом ⁰; г) обозначение класса точности (например, 1,5; 2,5 ; 1,5 ); обозначение испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу, например, 2 - испытательное напряжение, например, 2 кВ. Кроме этого на шкале приводится условное изображение принципа действия и буквенное обозначение прибора. В таблице 4.1 приведены условные обозначения некоторых типов приборов [9].

Для определения показаний прибора по отметкам шкалы используются стрелочные и световые указатели.

При работе электромеханического прибора в динамическом режиме, кроме вращающего и противодействующего моментов возникают моменты, обусловленные инерцией, сопротивлением окружающей среды, вихревыми токами. При движении подвижной части в приборе возникает динамический момент, стремящийся успокоить это движение и называющийся успокаивающим моментом. Этот момент определяет время успокоения прибора. Для получения требуемого времени успокоения в измерительном механизме выполняется специальный конструктивный элемент - успокоитель. В электромеханических приборах применяют воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные успокоители [8].

В зависимости от принципа действия измерительного механизма электромеханические приборы разделяются на следующие группы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, электростатические, индукционные.

Таблица 4.1