Электрический двигатель

Наличие подвижной  части в измерительных механизмах вызывает необходимость в специальных опорных устройствах, создающих возможно меньший момент трения. Момент трения отсутствует в приборах, в которых подвижная часть укреплена на растяжках.

В процессе движения к положению равновесия подвижная  часть накопив некоторую кинетическую энергию, по инерции проходит это положение, а затем начинает совершать колебания. Если не принимать специальных мер, время, необходимое для установления отклонения становится недопустимо большим. Для уменьшения времени успокоения используются специальные устройства – успокоители, строятся так, чтобы момент успокоения возникал лишь при движении подвижной части.

Основные  технические требования, которым  должны удовлетворять электроизмерительные приборы, сформулированы в ГОСТ 22261. Имеются стандарты на отдельные элементы приборов. Например: ГОСТ 9444-74 посвящен растяжкам и подвесам, ГОСТ 23217-78 условным обозначениям, наносимым на приборы. Технические требования охватывают все метрологические характеристики (пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей, цену деления, конечные значения диапазонов измерений, время установления показаний и т. д.),  методы испытании, правила приемки. Классы точности также нормируются стандартами. Например, ГОСТ 8711-78 устанавливает следующие классы точности на амперметры и вольтметры: 0,05; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 5. Значительный объем информации о принципе действия прибора, возможной предельной погрешности, условий работы может быть извлечен из условных обозначений, нанесенных на циферблат прибора.

На шкалы  отсчётного устройства наносятся отметки в виде коротких линий, интервал между которыми называют делением шкалы. Отметки шкалы, снабженные числами, называют числовыми отметками шкалы. Шкалы могут быть равномерными или неравномерными. Наименьшее значение измеряемой величины, указанное на шкале, называют начальным значением шкалы, наибольшее – конечным. Диапазон показаний определяют по начальному и конечному значениям шкалы. Под диапазоном измерений понимают область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерения. При равномерных шкалах обычно диапазон показаний и диапазон измерений совпадают.

Неравномерные шкалы используются в приборах определенного  целевого назначения. Вольтметр со шкалой такого типа удобно применять в устройствах, в которых возможны броски напряжения. В стационарном режиме измеряемое напряжение невелико и измеряется с высокой точностью, так как начальная часть шкалы растянута.

В приборах с  неравномерной шкалой диапазон показаний  не совпадает с диапазоном измерений. Для определения диапазона измерений на шкале обычно ставят точки. Если наибольшее значение диапазона измерений и диапазона показаний совпадают, точка ставится только в начальной части шкалы.

Механический  указатель прибора представляет собой стрелку, конец которой выполнен в форме, облегчающей отсчёт показаний. В лабораторных  приборах     повышенных  классов точности применяют отсчетное устройство с зеркальной шкалой.

В приборах со световым указателем на подвижной части  укрепляется зеркальце. Луч света от миниатюрной лампы накаливания отражается от него и образует на матовом стекле световую отметку. При повороте подвижной части поворачивается зеркало, изменяется угол отражения луча и положение светового пятна относительно шкалы.

Конструкция устройства, создающего противодействующий момент, показана на рис. 1. Внутренний конец спиральной пружины 1 прикрепляется к подвижной части измерительного механизма 2, а наружный к неподвижной части прибора.

 

                                                                       Рис. 1.                                                                 

С помощью эксцентрично расположенного винта 4 регулируется положение, поводка 3 и первоначальное натяжение пружин. Противодействующий момент увеличивается по мере закрунивания пружины. Для регулировки пружины используется корректор. Нулевой противодействующий момент должен соответствовать нулевому показанию стрелки 5.

 

                                                           а)                          б)

Рис. 2.

 

Устройства  для создания успокаивающего момента, имеют разные принципы действия.

Воздушный успокоитель (рис. 2, а) состоит из закрытой камеры 1, внутри которой перемещается легкое алюминиевое крыло 2, закрепленное на оси подвижной части механизма 3. Успокаивающий момент возникает благодаря прохождению воздуха через узкий зазор между стенками камеры и крылом.

Жидкостный  успокоитель (рис. 2, б) основан, на использовании специальной мало высыхающей кремнеорганической жидкости 3, находящейся в зазоре 0,1 - 0,15 мм между двумя дисками 1 и 2. Успокаивающий момент возникает при повороте одного диска относительно другого вследствие трения между различными слоями жидкости.

 Магнитоиндукционный  успокоитель (рис. 3.) основан на использовании вихревых токов в алюминиевом крыле 2, возникающих при его перемещении в поле постоянного магнита 1. Магнитное поле вихревых токов, взаимодействует с полем постоянного магнита, создавая успокаивающий момент. В большинстве случаев момент успокоения связан со скоростью подвижной части линейной зависимостью M_n=pda/dt, где p — коэффициент пропорциональности  (коэффициент успокоения).

                                                                       Рис.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АМПЕРМЕТР –  прибор для измерений силы постоянного и переменного тока в амперах (а). Шкалу амперметра градуируют в килоамперах, миллиамперах или микроамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно; для увеличения предела измерений – с шунтом или через трансформатор (рис.4).

                                    а)                                                                                             б)  

                      Рис. 4.

Схема включения  амперметра.                                                                                    а) с шунтом (1 – шунт,. 2 – нагрузка);                                                                     б) через трансформатор тока (1 – трансформатор, 2 – нагрузка).

 

Под действием  тока подвижная часть прибора поворачивается; угол поворота связанной с ней стрелки пропорционален силе тока. Существуют амперметры, в которых применены магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферромагнитная), термоэлектрическая и выпрямительная системы. Основные характеристики амперметров, выпускаемых промышленностью СССР (1967), приведены в таблице.

 

В зависимости oт области применения в конструкциях амперметра предусматривается защита от внешних влияний – они устойчивы относительно изменений температуры (от -600ºС до  600ºС),  вибраций, тряски,  а могут работать при 80-98% относительной влажности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОЛЬТМЕТР –  прибор для измерения  электрического напряжения в цепях постоянного  и переменного тока. Вольтметр включается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии (рис. 5.).

 

Рис. 5. Схема включения вольтметра.

Первым в  мире вольтметр был "указатель электрической силы" русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия "указателя" используется и в современном   электростатическом вольтметре.

Наиболее  просты в изготовлении, дёшевы н надежны в эксплуатации вольтметры электромагнитные. Они применяются главным образом как стационарные на распределительных щитах электростанций и промышленных предприятий и более редко в качестве лабораторных приборов.

Недостатки  таких вольтметров – относительно большое собственное потребление энергии и большая индуктивность обмотки, приводящая к существенной зависимости показаний вольтметра от частоты.

Наиболее чувствительны и точны  вольтметры магнитоэлектрические, пригодные, однако, для измерений только в цепях постоянного тока. В комплекте с термоэлектрическими, полупроводниковыми  или электронно-ламповыми преобразователями переменного тока в постоянный они применяются для  измерения напряжения в цепях переменного тока. Такие вольтметры называются термоэлектрическими, выпрямительными и электронными.

Применяются они главным образом в лабораторной практике. Выпрямительные вольтметры используют для измерений в диапазоне звуковых частот,  a термоэлектрические и электронные – на высоких частотах. Недостаток этих приборов – существенное влияние на правильность их показаний формы кривой измеряемого напряжения.

Электронные вольтметры имеют сложные схемы с применением недостаточно стабильных элементов (электронных ламп, малогабаритных электрических сопротивлений и конденсаторов), что приводит к снижению их надежности и точности. Однако они незаменимы при измерениях в маломощных радиотехнических цепях, т. к. имеют большое входное сопротивление и работают в широком диапазоне частот (от 50 гц до 100 Мгц) с погрешностями, не превышающими 3% от верхнего предела измерения. Изготовляются также электронные вольтметры для измерения амплитуды импульсов напряжения длительностью от десятых долей микросекунд при скважности до 2500.

В начале 20 в. широко применялись вольтметры тепловой и индукционной систем; в настоящее время промышленное производство их прекращено из-за присущих им недостатков – большое собственное потребление энергии и зависимость показаний от температуры окружающей среды.