ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Общие сведения об электромеханических приборах Принцип работы приборов

Прибор непосредственной оценки можно рассматривать состоя­щим из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины в другую, непосредственно воздействующую на измери­тельный механизм. В общем случае это преобразование может про­исходить как в количественном, так и в качественном отношениях. Количественное изменение измеряемой величины происходит при расширении пределов измерения, а также в случае применения специальных схем компенсации температурной, частотной и других погрешностей. Необходимость в преобразовании рода измеряемой величины определяется принципом действия измерительного меха­низма. Например, если принцип работы прибора основан на свой­ствах тока, как в магнитоэлектрических и некоторых других типах приборов, а измеряемой величиной является частота переменного тока, то в измерительной цепи необходимо получить ток, зависящий от частоты.

В измерительном механизме электрическая энергия преобра­зуется в механическую энергию перемещения подвижной части. Обычно применяется угловое перемещение, поэтому в дальнейшем будут рассматриваться не силы, действующие в приборе, а мо­менты.

Момент, возникающий в приборе под действием измеряемой ве­личины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний, называется вращающим моментом М. Он должен однозначно определяться измеряемой величиной X и в общем случае может зависеть также от угла поворота подвижной части , т. е.

(1)

Для электромеханических приборов может быть написано общее выражение вращающего момента, вытекающее из уравнений Лагранжа второго рода, являющихся общими уравнениями динамики системы:

(2)

где W_е — электрокинетическая энергия.

В дальнейшем, при рассмотрении приборов различных систем, уравнение (2) будет конкретизировано для каждого отдельного случая.

Если бы повороту подвижной части ничто не препятствовало, то она при любом значении измеряемой величины, отличном от нуля, повернулась бы до упора. Для того чтобы угол отклонения зави­сел от измеряемой величины, в приборе при повороте подвижной части создается противодействующий момент , направленный навстречу вращающему и зависящий от угла поворота.

По способу создания противодействующего момента приборы делятся на две группы:

а) с механическим противодействующим моментом;

б) с электрическим противодействующим моментом — логометры.

В первой группе приборов создается обычно с помощью упру­гих элементов (спиральных пружинок или тонких нитей — растя­жек и подвесов), которые при повороте подвижной части закручи­ваются. При этом

(3)

где W зависит только от свойств упругого элемента и называется удельным противодействующим моментом.

В логометрах М_а создается тем же путем, что и вращающий момент. Широко применяются магнитоэлектрические, электромаг­нитные, электродинамические и ферродинамические логометры, рассмотренные ниже.

При установившемся равновесии вращающий и противодейст­вующий моменты равны между собой, т. е.

(4)

Зная аналитические выражения для моментов, из уравнения (4) можно найти зависимость угла поворота подвижной части от измеряемой величины и параметров прибора, что в общем виде можно представить так:

(5)

где А — параметры прибора.

Выражение (5) является основным уравнением, характеризую­щим свойства тех или иных приборов.