Рис. 9.1. Обобщенная структурная схема электромеханического прибора прямого преобразования:
ИЦ – измерительная цепь, в которой происходит преобразование измеряемой величины x в функционально связанную с ней электрическую величину y; ИМ – измерительный механизм прибора, в котором магнитная энергия, пропорциональная измеряемой величине, преобразуется в механическую энергию, вызывающая перемещение подвижной части; ОУ – отчетное устройство, показывает значение измеряемой величины.
Общие элементы аналоговых электромеханических приборов:
· корпус, выполняют из металла, пластмассы или дерева, предохраняет ИМ и ОУ от внешних воздействий;
· неподвижная часть – катушка с магнитопроводом или постоянный магнит;
· подвижная часть выполняется в виде постоянного магнита, катушки или проводника (диска) который крепят на опорах, растяжках или подвесе для обеспечения поворота вокруг оси вращения;
· противодействующее устройство – токопроводящая спиральная пружина, которая обеспечивает прямую связь создаваемого противодействующего момента и угла закручивания;
· успокоитель используется для обеспечения времени успокоения подвижной части прибора.
Виды успокоителей:
· воздушный (закрытая камера, в которой перемещается легкое алюминиевое крыло, соединенное с осью подвижной части). Успокоение достигается за счет торможения подвижной части из-за перепада давлений в камере.
· магнитоиндукционный (сердечник из немагнитного материала, перемещающийся между полюсами постоянного магнита, укрепленный на подвижной части прибора). Успокоение достигается за счет взаимодействия тока, индуктируемого в сердечнике с полем постоянного магнита.
· жидкостный (два диска, прикрепленные к подвижной и неподвижной частям прибора, между дисками вязкая невысыхающая жидкость). Успокоение происходит за счет вязкости жидкости и трения между дисками. Применение жидкостных успокоителей позволяет уменьшить массу и габаритные размеры приборов.
· отчетное устройство – одно или несколько шкал и указатель.
Характер шкал зависит от вида связи вращающего момента с полученной после преобразования в приборе электрической величины. Если связь линейная – шкала равномерная. Если связь нелинейная – шкала неравномерная. Шкалы выполняет нулевыми или безнулевыми, а в зависимости от расположения нулевой отметки – симметричными, несимметричными, одно – и двухсторонними.
Указатели бывают стрелочные, световые, цифровые индикаторы.
· корректор – поводок, связанный с подвижной частью механизма, для установки указания против нулевой отметки шкалы.
В измерительном механизме прибора при включении за счет взаимодействия электромагнитных полей создается вращающий момент, действующий на подвижную часть:
, (9.1)
где – производная электромагнитной энергии по углу перемещения подвижной части; – угол между исходным и текущим показаниями прибора.
Чтобы угол отклонения указателя от исходного состояния зависел от значения измеряемой величины, необходим противодействующий момент.
Противодействующий момент создается спиральными пружинами (нитями, растяжками, противовесами), один конец которой прикрепляют к подвижной, а другой – к неподвижной части механизма, и за счет взаимодействия поля катушек и поля постоянного магнита
(9.2)
пропорционален углу закручивания пружин, где W – удельный противодействующий момент пружины, зависящий от ее размеров и материала.
Перемещение подвижной части прибора прекратится когда:
, тогда .
Время установления показаний прибора – время, необходимое для перемещения подвижной части.