Файл: Ответы по метрологии 1-40.doc

Общие элементы Электромеханических приборов.

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

          Каждый прибор состоит из одинаковых по назначению основных частей: корпуса, измерительного механизма, отсчетного устройства, элементов измерительной цепи. 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. 3.3,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.2.3,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. 2.3,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. 3.3 а)

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

Рис. 3.3 б)

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

Рис. 3.3 в) 

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

 ,                           (3.6)

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

В электромеханических приборах применяются воздушные, магнитоиндукционные и жидкостные успокоители.

Из воздушных успокоителей распространены крыльчатые успо­коители (рис. 3.4,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.3.4,б).

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

                                                                                     2 – магнит; 3 – скоба

                          а)                                                                     б)

                                                          Рис. 3.4.

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.

Общая методика проектирования.

При проектировании электромеханических приборов сначала на основе технических требований выбирают конструкцию и размеры отдельных элементов прибора (или ИМ), а затем определяют его основные параметры: механические, электрические и метрологические.

Конструкцию выбирают исходя из заданных габаритов и других технических требований: выбирают тип кон­струкции ИМ, размеры и материалы его основных элементов: магнитной системы или намагничивающих катушек, конструк­тивных деталей подвижной части и опор, успокоителя, обоймы или стойки и др. Выполняют компоновочный эскиз ИМ, который уточняется после расчетов. При выборе конструкции она оценивается с точки зрения технологичности, прочности, массы, точности надежности работы. 

Основными критериями при выборе размеров деталей подвижной части являются малая масса и достаточная жесткость. Размеры деталей опор, каркасов рамки выбирают по стандартам  в за­висимости от выбранных размеров магнитной системы (или совместно).

После выбора конструкции ИМ и его подвижной части рассчитывают массу, и моменты инерции конструктивных деталей подвижной части ИМ. Для облегчения расчетов сложные детали заменяются простыми геометрическими фигурами.

Далее производят расчет уравновешенности подвижной части. Для этого сначала определяют статические моменты отдельных деталей подвижной части и их суммарный момент, а затем массу и момент инерции противовеса.

При проектировании магнитоэлектрических и ферродинамических приборов перед расчетом Мвр должен быть выполнен расчет магнитной системы механизма для получения значения магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре системы. В приборах магнитоэлектрической, электродинамической и ферродинамической систем подвижные части ИМ содержат рамки с обмоткой, поэтому  расчет  параметров  механизмов  тесно  связан  с расчетом  электрических  параметров  ИЦ.  Наиболее  известны  методы  Η. Η.  Разумовского и  С. М. Пигина. Метод Η. Η. Разумовского основанный на получении наибольшего коэффициента добротности, применяется для расчета приборов на кернах. Метод С. М. Пигина основан на обеспечении нормального успокоения подвижной части и получения допусти­мой температурной погрешности и применяется для расчета магни­тоэлектрических приборов на растяжках.

Расчет параметров успокоения  подвижной части ИМ производится в зависимости от выбранного типа и размеров успокоителя. Сначала определяют коэффициент успокоения Ρ, затем вычисляют степень успокоения β и период свободных колебаний Т₀  подвижной части.

Расчет электрических параметров цепей в каждой системе приборов имеет свои особенности. В приборах с подвижной рамкой расчет электрических параметров цепи тесно связан с расчетом парамет­ров ИМ и производится совместно. Измерительные цепи содержат добавочные резисторы, шунты и другие элементы. Методика конструктивного расчета добавоч­ных резисторов и шунтов основана на допустимом перегреве проходящим через них током.

Заключительным этапом проектирования электромеханических приборов является расчет их погрешностей. Составляющими в суммарную основную погрешность входят как общие для всех приборов со­ставляющие (погрешность от упругого послед­ствия растяжек (или спиральных пружин) γ_УП, шкальная погреш­ность (погрешность отсчета по шкале) γ_Ш, погрешность от трения в опорах γ_ТР и др.) так и специфические для каждого прибора погрешности (погреш­ность от гистерезиса в электромагнитных приборах, погрешность от контактной разности потенциалов в электростатических при­борах и т. д.).

Кроме основной погрешности рассчитывают изменения показа­ний электромеханических приборов, вызванных отклонением влия­ющих величин от нормальных значений. Наиболее значительными из них являются: температурная погрешность γ_t , (изменение показаний, вызванное изменением температуры окружающего воздуха), частотная погрешность γ_f  (от изменения частоты переменного тока), погрешность от влияния внешнего магнитного поля γ_H и др.