Общие элементы электромеханических приборов

Несмотря на разнообразие электромеханических приборов, в их конструкциях можно выделить много общих элементов и сборочных единиц.

Х

измерительная цепь

У

измерительный механизм

α

отсчетное устройство

Рис.1 Структурная схема прибора

Измерительная цепь осуществляет количественное или качественное преобразование электрической величины Х в электрическую У, удобную для измерения. Измерительный механизм преобразует У в механическую величину α, угловую или линейную. Значение отсчитывается по шкале отсчетного устройства. Оно градуируется в единицах измеряемой величины Х. Измерительная цепь представляет собой совокупность резисторов, индуктивностей, емкостей и иных элементов. Подвижная часть измерительного механизма изображена схематически на рис.2.

Рис.2. Измерительный механизм

Важно, чтобы зависимость α = f(Х) была линейной и постоянной при изменяющихся внешних условиях.

Измерительный механизм также содержит несколько общих частей: подвижную и неподвижную части, участвующие в создании момента М_ВР, неподвижную соединительную часть (обойму или стойку) с установленными на ней деталями опор, успокоителя и др. Некоторые детали подвижной части ИМ выполняют свое назначение совместно с деталями, входящими в неподвижные части ИМ. К ним относятся: опоры подвижной части, успокоители, отсчетные устройства и элементы, служащие для создания М _ВР.

Установка подвижной части ИМ осуществляется разными способами: а) на кернах-подпятниках; б) на растяжках; в) на подвесе.

Опора керн-подпятник (рис. 3,а) характеризуется наличием трения, уменьшающим чувствительность прибора и увеличива­ющим его погрешность и собственное потребление. Из-за трения в опорах появляется вариация показаний. Расчет опоры на керн-подпятник сводится к определению минимального радиуса закругления керна по максимальному напряжению в опоре или же к проверке прочности опор по выбранным размерам и материалам их деталей.

Опора на растяжке (рис.3,б) характеризуется отсутствием трения, поэтому приборы на растяжках имеют более высокую чувствительность и меньшее собственное потребле­ние мощности по сравнению с приборами на кернах. Опоры на растяжках применяются в ИМ не только в качестве упругих опор; они создают противодействующий момент, а в ИМ с подвижной рамкой служат также для подвода тока в обмотку рамки. Недостатком растяжек является наличие остаточной деформации, так называемое упругое последствие, вызывающее невозвращение указателя к нулевой отметке. Приборы на растяжках не имеют достаточной надежности при воздействии ударов и тряски, и тогда по-прежнему применяют приборы на кернах. При горизонтальном расположении подвижной части образуется ее провисание Δ.

Опора на подвесе (рис. 3,в) применяется в самых чувст­вительных электромеханических приборах - магнитоэлектрических зеркальных гальванометрах, устанавливаемых на капитальной стене. Подвес служит также токоподводом. В качестве второго токоподвода применяется безмоментная лен­та - пружинка.

1 – керн; 2 – букса; 3 – подпятник; 4 – винт.

Рис. 3 а)

1 – растяжка; 2 – держатель; 3 – пружина; 4 – втулка.

Рис. 3 б)

1 – подвес; 2 – зеркало; 3 – рамка; 4 – пружинка; 5 – обойма.

Рис. 3 в)

Для получения требуемого времени успокоения в ИМ имеется специальный конструктивный элемент - успокои­тель, создающий момент успокоения:

, (8)

где Ρ — коэффициент успокоения, Η^.м^.с/рад.

В электромеханических приборах применяются воздушные, магнитоиндукционные и жидкостные успокоители.

Из воздушных успокоителей распространены крыльчатые успо­коители (рис. 4,а), которые применяются в тех приборах, в которые нежелательно вводить магнитное поле, например в переносных электромагнитных и электродинамических.

В магнитоиндукционных успокоителях момент успокоения создается за счет взаимодействия маг­нитного потока постоян­ного магнита с вихревы­ми токами, индуцирован­ными в секторе успокои­теля или каркасе рамки при их движении в маг­нитном поле магнита. При­мером таких успокоителей является секторный магнитоиндукционный успокоитель (рис. 4,б).

1 – крыло; 2 – камера; 3 – крышка 1 – алюминиевый сектор;

2 – магнит; 3 – скоба

а) б)

Рис. 4.

В магнитоэлектрических приборах момент успокоения возника­ет от токов, индуцированных в обмотке рамки и в алюминиевом каркасе (для каркасной рамки). Для ИМ с каркасными рамками основная часть успокоения приходится за счет каркаса рамки.

Отсчетные устройства служат для визуального отсчитывания значений измеряемой величины. В элек­тромеханических показывающих приборах они состоят из шкалы и указателя.

Шкала, а также все надписи и знаки, характеризующие прибор, наносятся на основание шкалы (циферблат). Шкалы и циферблаты нормированы ГОСТ 5365—83.

Шкалы по форме делятся на прямолинейные, дуговые и кру­говые (угол дуги более 180°), а по соотношению длин делений в пределах одной шкалы - на равномерные и неравномерные. В равномерных шкалах деления (промежутки между соседними отметками) имеют одинаковую длину. В неравномерных отноше­ние длины наибольшего деления к наименьшему (коэффициент неравномерности шкалы) превышает 1,3.

В современных приборах для повышения точности отсчета широко используют многошкальные отсчетные устройства, позво­ляющие увеличить длину шкалы, число ее делений, длину деления, уменьшить цену деления.

Указателем называется часть ОУ, положение которой относительно отметок шкалы определяет показание прибора. В зависимости от конструкции указателя приборы разделяются на стрелочные и со световым указателем.

Стрелочные просты по конструкции, но имеют малую чувстви­тельность из-за малой длины стрелки и меньшую точность отсчета. В переносных приборах для устранения погрешности от параллакса применяют зеркальные шкалы и трубчатые стрелки с ножевидным концом.

Световой указатель - это указатель в виде луча света, образующий на шка­ле световое пятно с индек­сом, по которому произ­водят отсчет показаний. Путем многократного отражения от зеркал можно получить большую длину светового луча и этим увеличить чувствительность прибора. В ОУ со световым указа­телем погрешность от параллакса отсутствует.

Корпуса служат для размещения элементов и деталей ИЦ, ИМ и ОУ и для защиты их от внешних воздействий (механических повреждений, загрязнений и т. п.). По конструкции корпуса электромеханических приборов можно раз­делить на две основные группы: корпуса щитовых и корпуса переносных приборов. Большинство из них изготовляется из пластмассы. Применяются также стальные, алюминиевые и ком­бинированные конструкции корпусов.

Электроизмерительные приборы делятся на два основных класса: стрелочные, в которых под действием электромагнитных сил происходит механическое перемещение указателя (стрелки, зеркальца и т.п.), и цифровые, в которых применяются электронные методы измерения и представления информации без преобразования ее в механическое движение.

В зависимости от принципа действия стрелочные приборы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические и другие.

К электроизмерительным приборам относятся приборы для измерения величины тока (амперметры), напряжения (вольтметры) и мощности (ваттметры) в цепях постоянного и переменного тока.