Рис. 3.1.
Основными функциональными частями этих
приборов (рис. 3.1) являются:
измерительная цепь ИЦ, измерительный механизм ИМ и отсчетное устройство ОУ.
Они размещаются в общем корпусе.
В ИЦ происходит преобразование входного сигнала Х в одну или две промежуточные электрические величины У1 и У2 (например, токи I1 и I2 или напряжение U), воздействующие на ИМ. ИЦ может также служить для расширения пределов измерений и компенсации погрешностей.
В ИМ происходит преобразование электромагнитной энергии We, обусловленной наличием промежуточных величин У1 и У2 , в механическую. ИМ состоит из неподвижной и подвижной частей. Под действием измеряемой величины в измерительном механизме создается вращающий момент МВР, поворачивающий подвижную часть ИМ. В общем случае вращающий момент зависит от измеряемой величины Х и угла поворота подвижной части a: МВР = f(X, a). Для электромеханических приборов вращающий момент находится как
(3.1)
В зависимости от принципа действия ИМ
применяются следующие группы (системы) приборов: магнитоэлектрическая,
электромагнитная, электродинамическая, ферродинамическая, электростатическая,
индукционная.
Принцип действия ИМ различных групп
приборов основан на взаимодействии: 1) магнитоэлектрических ИМ - магнитных
полей постоянного магнита и проводника с током; 2) электромагнитных -
магнитного поля, создаваемого проводником с током, и ферромагнитного
сердечника; 3) электродинамических (и
ферродинамических) - магнитных полей двух систем проводников с токами; 4)
электростатических - двух систем заряженных электродов; 5) индукционных -
переменного магнитного поля проводника с током и индуцированных этим полем
вихревых токов в подвижном элементе (например, в алюминиевом диске счетчика электрической
энергии переменного тока). В результате подобного взаимодействия в ИМ и
создается вращающий момент МВР.
Если бы в ИМ действовал только
вращающий момент МВР, то подвижная часть ИМ отклонилась бы до упора
независимо от значения измеряемой величины. Для того чтобы каждому значению Х
соответствовало определенное значение a, момент МВР уравновешивается противодействующим моментом МПР,
зависящим от a и направленным в
сторону, обратную МВР. В большинстве приборов момент МПР
создается спиральными пружинами или растяжками, и в этом случае МПР
= W a:, где W - удельный противодействующий момент пружин
или растяжек. В логометрах (приборах для измерения отношения токов) момент МПР
создается измеряемой величиной Х, и в этом случае МПР =f(Х). При
установившемся отклонении a0 подвижной
части МВР = МПР.
Отклонения подвижной части ИМ
наблюдают с помощью отсчетного устройства ОУ, т. е. части конструкции прибора,
предназначенной для отсчитывания значений измеряемой величины. В
электромеханических приборах ОУ состоит из шкалы и указателя (стрелки или
светового указателя). По ОУ определяют показание измерительного прибора ХП,
т. е. значение измеряемой величины в принятых единицах этой величины.
Номинально ХП = Х. Для
соответствия значения Х определенному значению ХП необходимо,
во-первых, чтобы параметры ИЦ, ИМ и ОУ
при определенных внешних
условиях были постоянными и, во-вторых, чтобы отклонения этих параметров при
различных внешних условиях вызывали малые изменения показаний, допустимые для
данного прибора.
При отклонении подвижной части прибора
механическим толчком от положения равновесия a0 на угол
Δα она снова приходит в положение равновесия под влиянием
устанавливающего момента МУ, равного разности моментов МВР и |-МПР|. Момент МУ всегда направлен в сторону, обратную
изменению отклонения подвижной части Δα. Производная от
устанавливающего момента по углу отклонения называется удельным устанавливающим
моментом МУУ
. (3.2)
В приборах с креплением подвижной
части на кернах этот момент является важной характеристикой, определяющей
степень нечувствительности прибора к затираниям. Чем больше у прибора МУУ,
тем меньше у него вариация показания. В магнитоэлектрическом приборе МУУ
остается постоянным вдоль всей шкалы прибора и равен удельному
противодействующему моменту W. На подвижную часть ИМ кроме МВР и МПР действуют и другие моменты: успокоения МУСП, трения МТР (в приборах на кернах), инерции МИН
= J(d2α/dt2).
Момент успокоения МУСП действуют только при
движении подвижной части, создается успокоителем и направлен навстречу этому
движению.