5. Электромеханические измерительные приборы

5.1. Принцип работы электромеханические измерительные приборы

Основным узлом электромеханического прибора является электромехани-

ческий измерительный механизм, который служит для преобразования электро-

магнитной энергии измеряемого входного сигнала в механическую энергию

перемещения подвижной части механизма. В большинстве случаев переме-

щение подвижной части измерительного механизма представляет собой вра-

щательное движение, поэтому выходной величиной является угол поворота

подвижной части с закрепленной на ней стрелкой. Кроме измерительного

механизма электромеханический прибор имеет масштабные преобразователи

и вспомогательные элементы (крепежные детали, демпферы, ограничители и т.п.).

Уравнение преобразования измерительного механизма имеет вид:

dWe

M = , (3)

dα

где We – энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в механизме

М – механический момент, вращающий подвижную часть механизма

α – угол поворота подвижной части механизма

Для того чтобы угол α зависел от измеряемой величины, в измерительный механизм вводится пружина, создающая противодействующий момент.

Мα = W·α , (4)

где W – удельный противодействующий момент

α – угол

Противодействующий момент Мα направлен против вращающего момен-

та М. Показания электромеханического прибора устанавливаются при условии равновесия.

М = Мα (5)

По способу преобразования электромагнитной энергии электромеханичес-

кие измерительные механизмы делятся на пять основных групп:

1. Магнитоэлектрические измерительные механизмы (МЭИМ).

2. Электромагнитные измерительные механизмы (ЭМИМ).

3.Электродинамические измерительные механизмы (ЭДИМ).

4.Индукционные измерительные механизмы (ИИМ).

5.Электростатические измерительные механизмы (ЭСИМ).

5.2 Магнитоэлектрические измерительные приборы

Состав:

1) магнитоэлектрические измеряемые механизмы(МЭИМ);

2) масштабные преобразователи (дополнительное сопротивление, шунты,

делители напряжения);

3) вспомогательные элементы и устройства.

1. Принцип действия МЭИМ

В основу работы МЭИМ положен принцип Лоренца.

На проводник с током, расположенном в магнитном поле, действует сила Лоренца.

F_л

I

B

Рисунок 10. Действие силы Лоренца, на проводник, расположенный в магнитном поле

2. Схематическое устройство МЭИМ.

8 7

1 N 4 S

N S

B

5

2

I

3 6 1

Рисунок 11. Статическое устройство МЭИМ

1 – постоянный магнит;

2 – магнитопровод из мягкой углеродистой стали;

3 – полюсные наконечники (башмаки);

4 – магнитомягкий круговой цилиндр из малоуглеродистой стали;

5 – катушка из изоляционного каркаса с обмоткой из медного провода;

6 – противодействующая пружина (используется спираль Архимеда или тор-

сионы);

7 – стрелка, жестко связанная с подвижной катушкой;

8 – шкала.

3. Работа МЭИМ

Постоянный магнит 1 создает магнитный поток, который замыкается через магнитопровод 2, полюсные наконечники 4 и рабочий зазор. Если в катушку 5 подается ток I , то при взаимодействии его с магнитным полем, индукцией Вδ, в рабочем зазоре возникает момент Лоренца. Этот вращающий момент

уравновешивается противодействующим моментом пружины 6. В момент успокоения угол отклонения подвижной части механизма α указывает какой ток протекает через измеряемый механизм.

Уравнение связи (связь между входной и выходной величинами) МЭИМ:

Bδ·S·N

α = · I , (6)

W

где Вδ – магнитная индукция в рабочем зазоре;

S и N – соответственно площадь поперечного сечения и число витков

измерительной катушки

W – удельный противодействующий момент пружины.