Основні характеристики електромеханічних приладів.
До основних характеристик електромеханічних приладів відносяться: точність, діапазон вимірювань, чутливість, час заспокоєння, надійність, власне споживання потужності та ін.
Показниками точності електромеханічних приладів крім основної похибки є також варіація показань і неповернення покажчика до позначки механічного нуля.
Варіація показань визначається як різниця показань приладу (при одному і тому ж значенні вимірюваної величини) при плавному підході покажчика до випробуваної позначці спочатку з боку початкової, а потім кінцевої позначки шкали. Причиною появи варіації може служити тертя в опорах рухомої частини. Для більшості приладів варіація не повинна перевищувати абсолютного значення основної похибки.
Неповернення вказівника до позначки механічного нуля визначається при плавному підводі покажчика до цієї позначки від найбільш віддаленої від неї позначки шкали. Причиною неповернення до нуля є пружне післядія розтяжок або спіральних пружин.
Часом заспокоєння рухомої частини вимірювального механізму називається проміжок часу, що пройшов з моменту зміни вимірюваної величини до моменту, коли відміну показань приладу від усталеного його показання не перевищить ± 1% від довжини шкали. Значення часу заспокоєння для більшості електромеханічних приладів не повинна перевищувати 4 с (для електростатичних і термоелектричних - 6 с).
Основною функціональною частиною магнітоелектричного приладу є вимірювальний механізм.
Пристрій і принцип дії магнітоелектричного ІМ
Принцип дії магнітоелектричних механізмів заснований на взаємодії магнітних полів постійного магніту і котушки (рамки), по якій протікає струм.
Розглянемо пристрій і роботу магнітоелектричного механізму з механічним протидіє моментом. Конструктивно магнітоелектричний механізм виконується або з рухомою котушкою, або з рухомим магнітом. Конструкція з рухомою котушкою показана на рис. 4.2.
Магнітна система вимірювального механізму складається з постійного магніту 1, муздрамтеатру з полюсними наконечниками 4, сердечника 3. Між полюсними наконечниками знаходиться котушка (рамка) 2, по якій протікає струм I. Рамка з'єднана зі стрілкою 5, що переміщається по шкалі 6. При проходженні струму I по рамці 2, вміщеній в рівномірний, постійне магнітне поле з індукцією В. створюється обертовий момент МВР. діючий на рухому частину магнітоелектричного механізму. Вираз для визначення крутного моменту представляється як
де Y - потокосцепление магнітного поля постійного магніту з рамкою; В - магнітна індукція в повітряному зазорі між полюсними наконечниками; n - число витків рамки; S - активна площа рамки; a - кут повороту рамки.
Протидіє момент створюється пружинками (на рис. 4.5 не показані). З рівності МВР = МПР можна отримати наступне рівняння перетворення магнітоелектричного вимірювального механізму:
де SI = BnS / W - чутливість магнітоелектричного механізму до току.
Розглянемо електромагнітний логометріческій вимірювальний механізм, в якому протидіє момент створюється електричним способом. В такому механізмі рухома частина виконується у вигляді двох жорстко скріплених між собою рамок 1 і 2, як показано на рис. 4.6. За обмоткам рамок протікають струми I1 і I2. які створюють моменти М1 і М2.
Напрямки струмів вибираються таким чином, щоб моменти М1 і М2 діяли назустріч один одному. Записавши вирази для моментів у вигляді М1 = S1 n1 F1 (a) I1; М2 = S2 n2 F1 (a) I2 .. Вважаючи один з моментів, що обертає, наприклад, М1. а другий М2 - протидіє, при сталому рівновазі вираз для кута відхилення рухомої частини можна представити у вигляді
Мал. 4.6. Пристрій магнітоелектричного логометра
З цього виразу видно, що електромагнітний логометр вимірює ставлення струмів. Логометріческіе вимірювальні механізми дуже часто використовуються в приладах для вимірювання опору. Показання таких приладів не залежать від напруги живлення.
Області застосування, переваги та недоліки
Магнітоелектричні механізми використовується для побудови різних приладів:
1) амперметрів і вольтметрів для виміру струму і напруги в ланцюгах постійного струму;
3) гальванометрів постійного струму, які використовуються в якості нульових індикаторів, для вимірювання малих струмів і напруг;
4) балістичних гальванометрів, що застосовуються для вимірювань малих кількостей електрики;
5) приладів для вимірювання в колах змінного струму:
а) випрямних, термоелектричних і електронних приладів з перетворювачами змінного струму в постійний;
б) осцилографічних гальванометрів;
в) вібраційних гальванометрів, використовуваних як нульових індикаторів змінного струму.
Перевагами магнітоелектричних приладів є:
1) висока чутливість;
2) висока точність;
3) мале власне споживання потужності;
4) рівномірна шкала;
5) малий вплив зовнішніх магнітних полів.
До недоліків магнітоелектричних приладів можна віднести:
1) невисоку перевантажувальну здатність;
2) порівняно складну конструкцію;
3) застосування, при відсутності перетворювачів, тільки в ланцюгах постійного струму.
Магнітоелектричні прилади займають перше місце серед інших електромеханічних приладів. Вони випускаються аж до класу точності 0,05.
Похибки магнітоелектричних приладів
Однією з основних причин виникнення похибки є відхилення температури від градуювальної (температурна похибка). При підвищенні температури зменшуються магнітна індукція в робочому зазорі (індукція зменшується приблизно на 0,2% на 10 0 С) і питома протидіючий момент (питома протидіючий момент зменшується приблизно на 0,2-0,4% на 10 0 С), збільшується електричне опір обмотки рамки і токоподводов (пружинок або розтяжок).
Слід зазначити, що при зменшенні магнітної індукції показання магнітоелектричного приладу зменшуються, а при зменшенні питомої протидіє моменту показання збільшуються. Таким чином, ці два фактори взаємно компенсують один одного.
Для зменшення температурної похибки, обумовленої зміною електричного опору обмотки рамки і розтяжок (або пружинок), в магнітоелектричних приладах застосовуються різні схемні рішення, наприклад, включення послідовно з рамкою додаткового опору з малим температурним коефіцієнтом опору. Подібна схема компенсації дозволяє зменшити температурну похибку магнітоелектричних вольтметрів до значень, що відповідають класу точності 0,1.