Электромеханические измерительные механизмы

1.

Санкт – Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения
Кафедра ВВС
Групповое занятие № 5
«Электромеханические
измерительные механизмы»
Дисциплина: «Технические средства метрологического
обслуживания вооружения и военной техники Военновоздушных сил»

2. Цели занятия:

1.
2.
3.
4.
Изучить классификацию ЭИП
Изучить назначение и основные узлы ЭИП.
Условные обозначения, наносимые на корпус ЭИП
Изучить общий принцип работы электроизмерительных механизмов
Изучить конструкцию и принцип работы
магнитоэлектрических, электромагнитных,
электродинамических, электростатических и
ферромагнитных механизмов

3. Вопросы:

1. Классификация электроизмерительных приборов
2. Основные узлы и принцип работы электроизмерительных механизмов
3. Магнитоэлектрические механизмы
4. Электромагнитные механизмы
5. Электродинамические механизмы
6. Электростатические механизмы

4.

1. Классификация электроизмерительных приборов
Электроизмерительные приборы
классифицируют:
электромеханические
электромеханические
электронные
электронные
электротепловые
электротепловые
электронно-лучевые
электронно-лучевые

5.

1. Классификация электроизмерительных приборов
электротепловые
электронные
электронно-лучевые
Для перемещения подвижной
части прибора используется
тепловое действие
электрического тока
Представляют собой
сочетание электронного
преобразователя и измерителя
(аналогового или цифрового)
Используют подводимую
энергию электромагнитного поля
для перемещения электронного
луча в электронной трубке. Это
перемещение пропорционально
значению измеряемой величины

6. 1. Классификация электроизмерительных приборов

электромеханические
Для перемещения подвижной
части прибора используются
различные электромагнитные
процессы
магнитоэлектрические
магнитоэлектрические
электростатические
электростатические
электромагнитные
электромагнитные
электродинамические
электродинамические

7.

2. Основные узлы и принцип работы электроизмерительных механизмов
2.1. Структурная схема электромеханического прибора
2.2. Принцип работы электроизмерительных механизмов
Если ЭИМ включить в цепь постоянного или переменного тока, то под
действием вращающего момента, функционально связанного с измеряемой
величиной, подвижная часть поворачивается по отношению к неподвижной.
Вращающий момент для любой конструкции ЭИМ может
быть определен из общего уравнения динамики системы, согласно которому
момент, действующий в системе, определяется через изменение энергии W:
M В W
Для обеспечения перемещения подвижной части пропорционально
измеряемой величине в ЭИМ создается противодействующий момент МП.
Противодействующий момент можно создать за счет механических или
электрических сил.

8.

2. Основные узлы и принцип работы электроизмерительных механизмов
Противодействующий момент, возникающий при закручивании пружины
(растяжки, подвеса), пропорционален углу поворота α:
Mп Kп
Под действием вращательного момента подвижная часть прибора
поворачивается на угол α, при котором наступает равенство вращающего и
противодействующего моментов МВ = МП, т. е. наступает равновесие
подвижной части. Тогда с учетом формул можно определить угол поворота
подвижной части:
1 W
K п
Если противодействующий момент создается за счет электрических сил
(подобно вращающему), то движение подвижной части прекращается при
равенстве двух моментов противоположного направления. Обозначив
соответственно M1 и М2 вращающий и противодействующий моменты, формулы
можно записать в следующем виде:
M K f ( ) x и M K f ( ) x
1
1 1
1
2
2 2
При равенстве моментов M1 = M2:
f 1 ( ) / f 2 ( ) K 2 x 2 / K 1 x1
2

9.

2. Основные узлы и принцип работы электроизмерительных механизмов
2.3. Основные узлы электроизмерительных механизмов
шкала
Подвижная
часть
Неподвижн
ая часть
корпус
арретир
успокоитель
механический корре
ктор

10.

3. Магнитоэлектрические механизмы.
Принцип работы магнитоэлектрических механизмов механизмов
Принцип действия магнитоэлектрических механизмов основан на взаимодействии токов,
протекающих в одном или нескольких контурах с полями одного или нескольких постоянных
магнитов. Подвижными могут быть как контуры с током, так и постоянные магниты (первые
получили большее распространение).
Структура магнитоэлектрического механизма (а)
и принцип его действия (б)

11.

3. Магнитоэлектрические механизмы.
3. Принцип работы магнитоэлектрических механизмов механизмов
B0 S
I SI I ,
Kп
Во – магнитная индукция в зазоре;
S – площадь катушки;
ω – число витков катушки.
Из уравнения следует :
-- угол
угол отклонения
отклонения подвижной
подвижной части
части (стрелки)
(стрелки)
магнитоэлектрического
магнитоэлектрического механизма
механизма прямо
прямо пропорционален
пропорционален
току;
току;
-- чувствительность
чувствительность механизма
механизма постоянна,
постоянна, следовательно,
следовательно,
шкала
шкала равномерная
равномерная
-- магнитоэлектрический
магнитоэлектрический механизм
механизм реагирует
реагирует на
на постоянный
постоянный
ток,
ток, а
а при
при включении
включении в
в цепь
цепь переменного
переменного тока
тока вследствие
вследствие
инерционности
инерционности подвижной
подвижной части
части стрелка
стрелка будет
будет совершать
совершать
колебательные
колебательные движения
движения только
только на
на низких
низких частотах.
частотах.

12.

3. Магнитоэлектрические механизмы.
Достоинства и
недостатки

13.

4. Электромагнитные механизмы.
Принцип работы электромагнитных механизмов механизмов
Принцип работы электромагнитных механизмов основан на взаимодействии магнитного поля
катушки с током и ферромагнитного сердечника. Подвижным элементом является ферромагнитный
сердечник, перемещающийся в магнитном поле катушки, по обмотке которой протекает
измеряемый ток. Электромагнитные механизмы могут выполняться с плоской , круглой катушками
или с замкнутым магнитопроводом.
Структура электромагнитного механизма
с плоской катушкой (а) и логометра (б)

14.

4. Электромагнитные механизмы.
4. Принцип работы электромагнитных механизмов
1 2 L
I
.
2К П
Из уравнения следует :
-- шкала
шкала электромагнитного
электромагнитного механизма
механизма неравномерная,
неравномерная, но
но
подбором
подбором формы
формы сердечника
сердечника и
и места
места его
его расположения
расположения в
в
катушке,
катушке, т.
т. е.
е. изменяя
изменяя множитель
множитель можно
можно улучшить
улучшить
линейность
линейность шкалы
шкалы (за
(за исключением
исключением начального
начального участка);
участка);
-- отклонение
отклонение подвижной
подвижной части
части не
не зависит
зависит от
от направления
направления тока
тока
в
в обмотке
обмотке и
и механизм
механизм пригоден
пригоден для
для измерений
измерений в
в цепях
цепях
постоянного
постоянного и
и переменного
переменного токов.
токов.

15.

4. Электромагнитные механизмы.
Достоинства и
недостатки

16.

5. Электродинамические механизмы.
Принцип работы электродинамических механизмов механизмов
Принцип действия электродинамических механизмов заключается во взаимодействии
магнитных полей неподвижных и подвижных контуров (катушек) с токами.
Структура электродинамического механизма (а),
его астатическая схема (б) и условное обозначение (в)

17.

5. Электродинамические механизмы.
5. Принцип работы электродинамических механизмов
M 1, 2
1
I1 / I 2
.
Kп
Из уравнения следует :
-- характер
характер шкалы
шкалы измерительного
измерительного механизма
механизма зависит
зависит от
от
произведения
произведения токов
токов и
и от
от закона
закона изменения
изменения взаимной
взаимной
индуктивности
индуктивности между
между неподвижными
неподвижными и
и подвижными
подвижными
катушками,
катушками, т.
т. е.
е. от
от формы
формы катушек
катушек и
и их
их взаимного
взаимного
расположения;
расположения; меняя
меняя зависимость
зависимость можно
можно обеспечить
обеспечить
равномерность
равномерность шкалы;
шкалы;
-- при
при одновременном
одновременном изменении
изменении направления
направления (знака)
(знака) токов
токов II11
и
и II22 не
не изменяется
изменяется и
и направление
направление отклонения
отклонения стрелки
стрелки
механизма,
механизма, поэтому
поэтому электродинамические
электродинамические механизмы
механизмы
пригодны
пригодны для
для измерений
измерений в
в цепях
цепях постоянного
постоянного и
и переменного
переменного

18.

5. Электродинамические механизмы.
Достоинства и
недостатки

19.

6. Электростатические механизмы.
Принцип работы электростатических механизмов механизмов
В электростатических измерительных преобразователях и приборах вращающий момент
создается в результате взаимодействий двух систем заряженных пластин, одна из которых
является неподвижной.
Применяются две конструкции электростатических приборов.
Устройство (а) и конструкция (б)
электростатического измерительного
механизма, применяемого для измерений
низких напряжений

20.

6. Электростатические механизмы.
Принцип работы электростатических механизмов механизмов
Устройство электростатического
измерительного механизма,
применяемого для измерений высоких
напряжений:

21.

6. Электростатические механизмы.
6. Принцип работы электростатических механизмов
1 C 2
U .
2W
Из уравнения следует :
-- зависимость
зависимость угла
угла поворота
поворота подвижной
подвижной части
части от
от напряжения
напряжения
нелинейна;
нелинейна;
-- поворот
поворот подвижной
подвижной части
части одинаков
одинаков при
при постоянном
постоянном и
и при
при
переменном
переменном напряжении,
напряжении, имеющем
имеющем действующее
действующее значение,
значение,
равное
равное значению
значению постоянного
постоянного напряжения;
напряжения;
-- показание
показание прибора
прибора не
не зависит
зависит от
от формы
формы кривой
кривой измеряемого
измеряемого
напряжения.
напряжения.

22.

6. Электростатические механизмы.
Достоинства и
недостатки