Лекции по метрологии (1024350), страница 3
Текст из файла (страница 3)
М+Мпр=0
Во время движения подвижной части действуют два динамических момента:
-
Момент сил инерции (МY)
-
Момент успокоения (Мр)
(т. к. подвижная часть имеет массу)
р – коэффициент успокоения (трение о среду, или эл.-индукционное торможение)
(угловая скорость)
Уравнение движения подвижной части.
Дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами и правой частью.
Преобразуем в уравнение операторной формы: введём оператор p:
Найдем передаточную функцию измерительного механизма: (выход - , вход - М)
q=ω/ω0, где ω – круговая частота вращаемого момента (измеряемой величины).
- круговая частота собственных колебаний подвижной части.
, - степень успокоения подвижной части.
Почти для всех приборов <1:
В настоящее время – 6 типов ИМ – 6 типов эл.-мех. приборов:
-
Магнитоэлектрические (постоянный магнит и катушка с током ) (взаимодействуют поля)
-
Э
лектромагнитные:
Катушка с током и сердечник из ферромагнетика
-
Э
лектродинамические:
Взаимодействие 2-х катушек с током ; (две подвижных).
-
Ферродинамические:
(как и динамические, но имеет сердечник: )
-
Э
лектростатические:
(заряженные пластины)
-
Индукционные: (счётчик)
Магнитоэлектрические приборы:
Существует два типа:
-
С подвижной катушкой
-
С подвижным магнитом
Основными узлами магнитоэлектрического измерительного механизма является магнитная система и подвижная часть
1 – постоянный магнит
2 – магнито-провод
3 – полюсные наконечники с цилиндрической расточкой.
4 – цилиндрический сердечник.
Магнит – источник магнитного поля и выполняется из жёсткомагнитного материала (Более широкий диапазон Н у петли гистерезиса)
2, 3, 4 –из мягкомагнитного материала (более узкая петля)
Расстояние между сердечником и полюсным наконечником по R 1-2 мм.
Катушка из меди (иногда алюминиевая) провод: 0.03-0.2мм.
Они бывают каркасными (из алюминия) и бескаркасными катушками. Используется магнитоиндукционное успокоение, но без специальных успокоителей. Оно создаётся за счёт возникновения вихревых токов при .
Для увеличения успокоения на катушку наматывается короткозамкнутые витки, не участвующие в создании вращающего момента.
Цилиндрическая расточка полюсных наконечников и цилиндрический сердечник позволяет получать в рабочем зазоре равномерное радиальное поле, так, что индукция в зазоре B=const, не зависящая от .
Вращающий момент M=dωэ/d.
В нашем случае энергия – это:Wэ=Wмагнита+Wкатушки+Wвзаим. полей
Wвз=i, -потокосцепление (поток сцепляется с катушкой) зависит от .
, - число витков.
S M=Si, i-ток.
В – индукция в зазоре.
S – площадь катушки.
Если i – переменная; i=ImSin(ωt), то мгновенное значение вращающего момента
Mt=BSImSin(ωt).
Лекция №7
У
обыкновенных Измерительных механизмов собственная частота равна ω0=6,28рад/с (f0=1Гц).
На частоте f=50Гц коэффициент передачи будет равен нулю – работать не будет. Эти приборы работают только на постоянном токе (т. к. после 10Гц отклонений уже не видно, т. к. стрелка не может колебаться так быстро)
На постоянном токе:
M=BSI
Mпр=W
- ветки в катушке.
W – удельный против. момент.
Выводы: 1. Прибор работает только на постоянном токе необходимо соблюдать полярность.
2. Шкала – равномерная
Достоинства и недостатки:
Д.: 1. Относятся к наиболее точным приборам, вплоть до класса 0.1 (приведённая погрешность не более 0.1%). Разность объясняется равномерной шкалой.
2. Малые влияния внешних магнитных полей, т. к. сильно собственное поле – несколько десятых тесла (а в природе не бывает 2.1 тесла); кожух- экран, магнитопровод- экран.
3. Возможная высокая чувствительность.
Например: по току 108-1010дел/А- очень малая величина.
4. Малое собственное потребление мощности (энергии).
5. Не влияют электрические поля.
Недостатки: 1. Малая перегрузочная способность (после зашкаливания прибор сразу сгорает – сгорают подводы: пружины, растяжки; но если их делать толще – чувствительность теряется).
2. Возможность применения только в цепях постоянного тока.
3. Относительно сложная и дорогая конструкция.
Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры.
В амперметрах измерительный механизм включается непосредственно в цепь или с помощью шунта.
а) Включение катушки в цепь.
I 30мА
б ) с шунтом: I>30мА
П ример:
Шунт потому, что при возрастающем токе токоподводы будут нагреваться и изменять свои характеристики для этого и шунт – чтобы избежать этого.
Если: I=10A, Ik=0.03A, Iω=9.97A.
Шунт всегда из манганина – сплав. Его особенность: 1. Нулевой температурный коэффициент. 2. Высокое удельное сопротивление: при заданном сопротивлении шунта – размер его меньше.
Основная погрешность этих приборов – температурная погрешность.
Влияние температуры на магнитоэлектрические измерительного механизма.
-
При повышении температуры, пружина создающая противодействующий момент, стремится раскрутиться. Для компенсации этого устанавливают две пружины с разным направлением витков.
-
Пружины ослабевают на 0.2-0,4% на каждые10оС.
-
Магнитный поток постоянного магнита уменьшается: 0,2-0,4% на 10оС.
Явления 2 и 3 друг друга компенсируют:
-
Изменяется электрическое сопротивление катушки (из меди): температурный коэффициент меди = 4,26*10-3 1/град или 4% на 10оС.
Для схемы а) эта погрешность отсутствует, т. к. при изменении сопртивления прибор покажет и изменение тока в цепи (это не погрешность – просто новый результат);
В схеме б) (с шунтом) при изменении температуры происходит перераспределение тока, т. к. шунт не зависит от температуры, а катушка зависит: если I=10A, Ik=0.027 (было 0,03), Im=9.973 (9.97)
А стрелка отклоняется по Ik
Показывает меньше или больше, поэтому у шунта должна быть температурная компенсация.
Для этого:
rm и rg – из манганина (rk+rg)имеет меньший температурный коэффициент.
Такие схемы – в приборах относительно низкого класса точности, т. к. для высокого нужно большое rg теряем чувствительность. В высоком классе используют п/п резисторы:
rпп – может иметь отрицательный и очень большой температурный коэффициент.
Потери меньше, чем при rg, т. к. сопротивление rпп<<rk. Сопротивление (r+rпп)- термокомпенсатор.
r – для регуляции общего сопротивления.
(r+rпп) – для лучшей компенсации.
В магнитоэлектрических Вольтметрах катушка включается последовательно с добавочным резистором.
rg – из манганина.
Чем больше rg выше предел измерения меньше температурная погрешность.
Для 150-100В – может быть класс точности 0.1.
На 3-10 В – не лучше, чем 0,5, т. к. rg - маленькое не полная температурная компенсация.
Магнитоэлектрические омметры.
Можно построить по 2-м схемам:
а
) Последовательная схема включения механизма и измеряемого сопротивления.
б
) Параллельная:
В любом случае: (=SII)
- функция от rx=F(rx)
В обоих схемах шкалы – неравномерные (т. к. зависимость не пропорциональная)
У омметра а) нуль шкалы совмещён с максимальным углом поворота; у б) нуль слева.
Омметры с последовательной схемой более пригодны для измерения больших сопротивления, а б) для малых.
Выполняются в виде переносных приборов класса 1,5; 2,5 и питание осуществляется батарейками.
Нужно поддерживать U=const. Можно регулировать:
Е
сть способ измерять индукцию в зазоре:
Для изменения B используется магнитный шунт:
Через МШ часть поля проходит.
При U=max, шунт ближе, когда U уменьшается – шунт отодвигается.
Необходимость ручной регулировки – недостаток. От него свободны омметрыс с логометром (прибор, противодействующий момент создаётся как и вращающий).
Ставят 2 жестко скрепленные катушки.
От зависит только В:
Сердечник элипсообразный + 2 катушки.
(Не зависит от U)
Уровень токов: токи должны преодолеть моменты трения в опорах (нижняя граница); верхняя граница – техника безопасности.
Лекция №8
Выпрямительные приборы.
(Магнитоэлектрические преобразователи переменного тока в постоянный)
Существуют ещё и термоэлектрические и электронные приборы.
Выпрямительный прибор – соединение магнитоэлектрического измерительного механизма с одним или несколькими полупроводниковыми выпрямителями.