28.Масштабные преобразователи.

Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для измерения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы. Шунты применяются для уменьшения силы тока в заданное число раз. Такая задача возникает, когда диапазон показаний амперметра меньше диапазона изменения измеряемого тока. Шунт – это резистор, включаемый параллельно амперметру (рис. 9.2) Шунты могут состоять из нескольких резисторов, или иметь несколько отводов. Это позволяет изменять коэффициент шунтирования. Размещаются в корпусе прибора или снаружи. Применяются, в основном, в цепях постоянного тока в магнитоэлектрических приборах. Классы точности от 0,02 до 0,5. Делители напряжения применяются для уменьшения напряжения в заданное число раз. В зависимости от рода напряжения элементы делителя выполняют в виде часто активного сопротивления, емкостного или индуктивного. Класс точности добавочных резисторов от 0,01 до 1. Материал - манганин. Номинальный ток от 0,5 до 30 мА. Измерительные усилители предназначены для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов. По диапазону частот измерительные усилители разделяют на усилители: постоянного тока; низкочастотные (20 Гц : 200 кГц); высокочастотные – до 250 МГц; селективные (узкополосные). Электронные измерительные усилители позволяют измерять сигналы от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью от 0,1 до 1%. При меньших значениях сигналов применяют фотогальванические усилители.Серийные измерительные усилители имеют унифицированный номинальный выходной сигнал 10 В или 5 мА. Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения используют для преобразования больших переменных токов и напряжений в относительно малые, допустимые для измерений приборами с малыми пределами измерения (например, 5 А, 100 В). Кроме того, применением трансформаторов повышается безопасность операторов, так как приборы включаются в заземленную цепь низкого напряжения (рис. 9.3). Измерительные трансформаторы имеют две изолированные друг от друга обмотки, помещенные на ферромагнитный сердечник. Обмотка, включаемая в цепь объекта измерения, называется первичной, и имеет число витков w1. Обмотка, к которой подключаются измерительные приборы, называется вторичной и имеет w2 витков. В трансформаторах тока w1<w2. Поэтому ток первичной обмотки I1>I2. Первичная обмотка может состоять из одного витка, в виде шины, проходящей через окно сердечника. В трансформаторах напряжения w1>w2. Поэтому U1>U2. У измерительных трансформаторов имеется еще угловая погрешность, обусловленная неточностью передачи фазы вторичной величине. Это оказывает влияние на показания приборов, отклонение подвижной части которых зависит от фазы измеряемой величины.

29. Электромеханические преобразователи

- преобразуют электрическую энергию входного сигнала в механическую энергию перемещения указателя. Электромеханические преобразователи состоят из подвижной и неподвижной частей, и называются измерительными механизмами. Поворот подвижной части осуществляется под действием момента, зависящего от измеряемой величины X. Этот момент называется вращающим М. Он может зависеть также от угла поворота подвижной части α, т.е. M=F(x,α). При повороте подвижной части на угол dα изменяются механическая энергия dA и энергия электромагнитного поля измерительного механизма dWЭМ, причем dA=dWЭМ. Так как при угловом перемещении dA=M·dα, то M= dWЭМ/dα (9.1) Чтобы угол поворота α зависел от измеряемой величины, на подвижную часть должен воздействовать противодействующий момент Mпр, также зависящий от α- Mпр=f(α). При некотором угле наступает равенство моментов, т.е. M+Mпр=0, или M= -Mпр. По способу создания противодействующего момента различают механизмы с механическими и с электрическим противодействующим моментом. В измерительных механизмах первой группы, противодействующий момент создается спиральными пружинами. При этом упругие элементы используют и в качестве токопровода к подвижной части. Mпр=-W·α, (9.2) где W – удельный противодействующий момент. В механизмах второй группы (логоритмических) противодействующий момент создается так же, как и вращающий, но зависит от угла поворота. Оценим свойства измерительных механизмов по их структурной схеме (рис. 9.4). Схема включает два последовательно соединенных звена. В звене П1 происходит преобразование по (9.1). Преобразовательная функция П1 определяется типом механизма.

Звено П2 одинаково для всех механизмов. В нем вращающий момент преобразуется в угол отклонения подвижной части α. Передаточная функция П2 определяется дифференциальным уравнением, описывающим движение подвижной части Jd2α/dt2=M+Mp+Mпр, (9.3) где J - коэффициент инерции подвижной части; Jd2α/dt2 - момент сил инерции; Mp=-Pdα/dt - момент успокоения, Р – коэффициент успокоения. Если противодействующий момент создается упругими элементами, то (9.3) принимает вид Jd2α/dt2 + Pdα/dt+W·α=M,(9.4) где W – удельный противодействующий момент. С учетом (9.3) и (9.4) передаточная функция звена П2 имеет вид K2(jω)=α(jω)/M(jω)=1/[J(jω2)+P(jω)+W].

После преобразований получают АЧХ звена |Kr(jω)|=1/W√[(1-g2)2+4β2g2], (9.5) где g=ω/ω0; ω - частота изменения вращающего момента; ω0=√(W/J) - частота собственных колебаний подвижной части механизма; β=P/(2√(W·J)) - степень успокоения подвижной части. График зависимости (9.5) при β<1 приведен на рис. 9.5. Как видно из графика коэффициент передачи (АЧХ) второго звена зависит от частоты изменения вращающего момента. Для магнитоэлектрических измерительных механизмов частота вращающего момента равна частоте входной электрической величины. Для остальных измерительных механизмов вращающий момент имеет постоянную и переменную составляющие, частота переменной в два раза выше частоты входной величины.

30. Электромеханические приборы

Электромеханические приборы состоят из: электроизмерительной цепи; электроизмерительного механизма; отсчетного устройства. Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины А в электрическую, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Измерительный механизм преобразует электрическую величину в угол поворота подвижной части. Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины. Все электромеханические приборы имеют общие детали и узлы. К ним относятся: Корпус прибора – для защиты от ряда внешних воздействий. Отсчетное устройство – шкала и указатель. Шкала представляет пластину с отметками в значениях измеряемой величины. Указатель – это стрелка или световой луч, жестко связанные с подвижной частью измерительного механизма. Крепление подвижной части – опоры, растяжки или подвес. Успокоитель – исключает колебания указателя относительно положения равновесия. Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители. Корректор – винт, укрепленный в корпусе прибора, поворачивая который можно устанавливать указатель на нулевую отметку. Арретир – устройство, затормаживающее подвижную часть прибора. На каждый прибор наносят условные обозначения: единицу измеряемой величины; класс точности; род тока; условное обозначение типа измерительного механизма; рабочее положение прибора, если это имеет значение.