Лекція 15.

Тема: «АНАЛОГОВІ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ»

15.1. Загальні відомості.

В аналогових електромеханічних вимірювальних приладах безпосередньої оцінки електромагнітна енергія, що підведена до приладу безпосередньо з ланцюга, що вимірюється, перетворюється в механічну енергію кутового переміщення рухомої частини приладу відносно нерухомої.

Електромеханічні вимірювальні прилади (ЕВП) застосовують для вимірювання струму, напруги, потужності, частоти, фазових зсувів, опорів і інших електричних величин на постійному і змінному струмі переважно промислової частоти 50 Гц. Ці прилади відносять до приладів прямого перетворення. Вони складаються з електричного перетворювача (вимірювального ланцюга), електромеханічного перетворювача (вимірювального механізму), відлікового пристрою (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Схема електромеханічного аналогового вимірювального приладу

Вимірювальний ланцюг приладу забезпечує перетворення електричної величини, що вимірюється, Х в деяку проміжну електричну величину У (струм або напруга), функціонально пов'язану з величиною X, що вимірюється. Величина У безпосередньо впливає на вимірювальний механізм.

Залежно від характеру перетворення вимірювальний ланцюг може бути сукупністю перетворювальних елементів (резисторів, конденсаторів, випрямлячів, термопар і ін.).

Різні вимірювальні ланцюги дозволяють використовувати один і той же вимірювальний механізм при вимірюваннях різнорідних величин, напруги, струму, опору, змінного в широких межах.

Вимірювальний механізм, будучи основною частиною конструкції приладу перетворює електромагнітну енергію в механічну енергію, необхідну для кута відхилення, а його рухомої частини щодо нерухомої, тобто  = f (Y) = F (X).

Рухома частина вимірювального механізму (ВМ) є механічною системою з одним ступенем свободи відносно осі обертання.

Диференціальне рівняння моментів, що описує роботу ВМ має вигляд

, (15.1)

тобто момент кількості руху рівний сумі моментів, діючих на рухому частину.

В (15.1) J - момент інерції рухомої частини ВМ;  - кут відхилення рухомої частини; - кутове прискорення.

На рухому частину вимірювального механізму при її русі впливають:

обертаючий момент М, визначуваний для всіх ЕІП швидкістю зміни енергії електромагнітного поля _э, зосередженої в механізмі, по куту відхилення  рухомої частини. Обертаючий момент є деякою функцією величини, що вимірюється, X, а отже, У (струму, напруги, твори струмів) і :

, (15.2)

де п = 1, 2.

Протидіючий момент М_а, створюваний механічним шляхом за допомогою спіральних пружин, розтяжок, дротів, що підводять струм, і пропорційний куту відхилення  рухомої частини

М_ = -W, (15.3)

де W питомий протидіючий момент на одиницю кута закручування пружини, що залежить від матеріалу пружини і її геометричних розмірів.

Момент заспокоєння M_у, тобто момент сил опору руху, завжди направлений назустріч руху і пропорційний кутовій швидкості відхилення:

M_у = - P(d / dt), (15.4)

де Р — коефіцієнт заспокоєння (демпфування).

Після підстановки (15.2) - (15.4) в (15.1) одержуємо диференціальне рівняння відхилення рухомої частини механізму:

, (15.5)

або

. (15.6)

Стале відхилення рухомої частини механізму визначається рівністю обертаючого і протидіючого моментів, тобто М = М_, що буває, коли два перші члени лівої частини диференціального рівняння (15.6) рівні нулю. Підстановкою в рівність М = М_, аналітичних виразів моментів одержують рівняння шкали приладу, що показує залежність кута відхилення до рухомої частини від значення величини і параметрів вимірювального механізму.

Залежно від способу перетворення електромагнітної енергії в механічне кутове переміщення рухомої частини вимірювального механізму прилади ділять: на магнітоелектричні, електродинамічні, феродинамічні, електромагнітні, електростатичні і ін.

Відліковий пристрій аналогових електромеханічних приладів частіше за все складається з покажчика (стрілки), жорстко пов'язано з рухомою частиною вимірювального механізму, і нерухомої шкали. Шкала є сукупністю відміток, які розташовані уздовж якої-небудь лінії і зображають ряд послідовних чисел, відповідних значенням величини, що вимірюється. Відмітки мають вид штрихів, рисок, крапок і т.п. Покажчики бувають стрілочні (механічні) і світлові.

По зображенню шкали бувають прямолінійні (горизонтальні або вертикальні), дугові (при дузі до 180° включно) і кругові (при дузі більше 180°).

По характеру розташування відміток розрізняють шкали рівномірні і нерівномірні, односторонні щодо нуля, двосторонні і безнульові. Шкали градуюються або в одиницях величини (іменована шкала), що вимірюється, або в розподілах (неіменована шкала).

Числове значення величини, що вимірюється, рівно твору числа розподілів, прочитаних по шкалі, на ціну одиниці шкали (постійну) приладу.

Ціна розподілу - значення величини, що вимірюється, відповідне одному розподілу шкали.

Оскільки електромеханічні вимірювальні прилади є приладами прямого перетворення, чутливість приладу S_п в цілому визначається чутливістю ланцюга S_л і чутливістю вимірювального механізму S_вм:

S_п = S_л S_вм. (15.7)

Класи точності аналогових електромеханічних вимірювальних приладів наступні: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.