2. Основи теорії і конструкції вимірювальних приладів прямої дії.
Електромеханічний вимірювальний прилад прямої дії є
приладом, в якому положення рухомої частини залежить від значення величини, що
вимірюється. В такому приладі відбуваються одне або декілька перетворень сигналу
інформації що вимірюється в одному напрямі без застосування зворотного зв'язку.
Незалежно від призначення і принципу дії, такі прилади (рис. 2.1) складаються з
вимірювального ланцюга ВЛ, вимірювального механізму НВМі відлікового пристрою
ВЛ.
Вимірювальний
ланцюг — сукупність перетворюючих елементів засобів вимірювань, які забезпечують здійснення всіх
перетворень сигналу вимірювальної інформації. У вимірювальному ланцюзі
відбувається одне з ряду послідовних перетворень величини х, що вимірюється, у
функціонально пов'язану з нею електричну величину у.
Вимірювальний
механізм — частина конструкції засобу вимірювань, що складається з
елементів, взаємодія яких викликає їх взаємне переміщення. В такому механізмі
електромагнітна (або електростатична) енергія, пропорційна величині х,
перетвориться в пропорційну механічну енергію переміщення жвавої
частини.
Відліковий
пристрій — це частина конструкції засобу вимірювань (наприклад, шкала і
стрілка), призначена для відліку значень величини, що
виміряється.
Загальні вузли і деталі аналогових приладів. Електромеханічні аналогові прилади залежно від призначення і принципу дії мають різні конструкції і типи вимірювальних механізмів. Не дивлячись на конструктивні відмінності приладів, вони мають багато загальних елементів: корпус приладу, нерухому і рухому частини, протидіючі пристрої, заспокоювач, відліковий пристрій, коректор і аретир.
Рис. 2.1. Структурна схема електромеханічного приладу безпосередньої оцінки.
Рис. 2.2. Повітряний заспокоювач: 1– камера; 2 – поршень; 3 – рухома частина прибору.
Рис. 2.3. Магнітоіндукційний заспокоювач: 1 – постійний магніт; 2 – сердечник; 3 – рухома частина прибору.
Нерухома частина
у більшості приладів є котушкою (з магнітопроводом або без
магнітопроводу). Деякі прилади мають нерухому частину, яка виконана у вигляді постійного магніту або провідника (пластини).
Рухома частина
приладів виконується у вигляді постійного магніту, котушки або провідника (диска). Для обертання рухомої частини
навкруги осі її кріплять в опорах або підвішують на розтяжках або підвісі. Осі і
опори можуть бути різних конструкцій залежно від типу і
призначення приладу.
Для створення
протидіючого моменту більшість приладів забезпечені струмопровідними спіральними
або стрічковими пружинами. Особливістю спіральних пружин є майже прямий
зв'язок протидіючого моменту що створюється і кута закручування. Завдяки
застосуванню розтяжок або підвісів збільшується чутливість приладу і зменшується
його власне споживання енергії за рахунок зменшення тертя в механізмі. Протидіючі пристрої виготовляють з пружних
металів — олов'яно-цинкової і берилієвої бронзи або платино-срібних і алюмінієвих
сплавів.
Заспокоювач
необхідний для забезпечення часу заспокоєння рухомої частини приладу. В
аналогових приладах застосовують повітряні, магнітоіндукційні або рідинні
заспокоювачі.
Повітряний заспокоювач (рис. 2.4) є закритою камерою 1, в якій переміщується легке алюмінієве крило або поршень 2, які сполучені з віссю приладу 3. При переміщенні останній між частинами камери створюється перепад тиску, внаслідок чого відбувається гальмування крила або поршня, яке сприяє заспокоєнню рухомої частини приладу. В сучасних аналогових приладах повітряні заспокоювачі застосовуються рідко.
Рис. 2.4. Рідкий заспокоювач: 1 – вісь; 2 – нерухома втулка; 3 – панель; 4 – рідина; 5 – рухома втулка.
Магнітоіндукційний
заспокоювач (рис 2.4) складається з постійного магніту 1, між полюсами якого
переміщується укріплений на нерухомій частині приладу сердечник 2 з немагнітного матеріалу (або
коротко замкнутий провідник). При переміщенні рухомої частини приладу 3 в
сердечнику (коротко замкнутому провіднику) індуктується струм, який, взаємодіючи
з полем постійного магніту, створює заспокійливий момент.
Магнітоіндукційні
заспокоювачі прості і зручні в експлуатації. Вони забезпечують краще, ніж
повітряні, заспокоєння. Разом з тим застосовувати їх можна тільки в приладах, на
магнітні ланцюги яких не впливає додаткове магнітне
поле заспокоювача.
Рідинні
заспокоювачі використовують в'язкі властивості кремнійорганічних рідин.
Заспокоювач складається з двох дисків, один з яких укріплений на жвавій частині
приладу, а інший — на нерухомій. В зазорі між дисками (не перевищуючому
декількох часток міліметра) за рахунок сил поверхневого натягнення утримується полісилоксанова
рідина 4. Заспокоєння рухомого диска відбувається за рахунок в'язкості рідини і
через тертя між її шарами. Застосування рідинних заспокоювачів дозволяє зменшити
масу і габарити аналогових приладів.
Відліковий пристрій аналогового приладу складається зі шкали (або
декількох шкал) і покажчика. Шкала є частиною відлікового пристрою, яка
представляє з себе сукупність відміток і проставлених у деяких з них чисел
відліку або інших символів, відповідних ряду послідовних значень величини.
Характер шкали залежить від виду зв'язку обертаючого моменту з отриманою після
перетворення в приладі електричною величиною. Якщо цей зв'язок лінійний, шкала
приладу рівномірна, і навпаки, при нелінійному зв'язку шкала нерівномірна
(статична, логарифмічна та ін.). Крім того, шкали виконують
нульовими або безнульовими, а залежно від розташування нульової відмітки —
симетричними і несиметричними, односторонніми і двосторонніми.
Покажчиком
відлікового пристрою є частина його конструкції, положення якої щодо відміток
шкали визначає свідчення приладу. Покажчики розділяють на стрілочні, світлові і
цифрові індикатори. Стрілочні покажчики виконують у вигляді
списа, ножа або нитки. Як світловий покажчик застосовують оптичні пристрої, проектуючи світловий промінь за допомогою
системи дзеркал на нерухому шкалу приладу. В інтегруючих аналогових приладах застосовують
механічні цифрові індикатори, які є роликовим рахунковим механізмом — лічильник
оборотів. Особливістю цифрових індикаторів є об'єктивність відліку, але разом з
тим для їх роботи потрібна додаткова енергія, що збільшує власне споживання потужності приладом.
Коректор в
аналоговому приладі необхідний для установки покажчика проти нульової відмітки
шкали при вимкненому приладі. Зміни температури, залишкові явища в механізмі приладу можуть призвести до зсуву
його покажчика з нульової відмітки шкали. Ці чинники усувають коректором, який
виконаний у вигляді повідця, пов'язаного з рухомою частиною механізму.
Аретир дозволяє нерухомо закріпити (або закоротить) нерухому частину приладу при його транспортуванні або монтажі.