Лекція 8 аналогові вимірювальні прилади класифікація авп електромеханічні прилади



Скачати 128.27 Kb.
Дата конвертації30.12.2016
Розмір128.27 Kb.
Лекція 8 АНАЛОГОВІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ
1. Класифікація АВП

2. Електромеханічні прилади

3. Основні метрологічні характеристики

1. Класифікація АВП
Аналоговими вимірювальними приладами (АВП)називаються прилади покази яких є неперервними функціями вимірювальних фізичних величин. Залежно від елементної бази, використаної для їх побудови, АВП пοділяються на електромеханічні та електронні.

Рисунок 1 – Класифікація аналогових вимірювальних приладів



Електромеханічні прилади принцип дії полягає у перетворенні електромагнітної енергії вимірювального сигналу в механічну енергію переміщення рухомої частини вимірювального механізму.

Електронні АВП звичайно будують на основі магнітоелектричного вимірювального механізму з використанням електронних вузлів - вимірювальних підсилювачів, перетворювачів змінного струму в постійний, функціональних перетворювачів тощо.

Комбіновані прилади призначені для вимірювання декількох величин

Універсальні прилади працюють як на постійному, так і на змінному струмі

Мультиметри вимірювальні прилади, призначені для вимірювання декількох електричних величин як на постійному, так і на змінному струмі

2. Електромеханічні прилади
Ці прилади широко використовуються у технічних вимірюваннях. Вони прості у конструкції, надійні, мають велику кількість модифікацій, досить точні – до класу точності 0.05.
Загальні вузли й деталі приладів.
Корпус приладу захищає вимірювальний механізм від зовнішніх впливів, наприклад, від влучення в нього пилу, в окремих випадках - води й газів. Виконується частіше всього з пластмаси. Може бути основою, на якій збирається весь прилад (рис.2).


Рисунок 2 – Загальний вигляд приладів
Для визначення числового значення вимірюваної величини прилади мають відлікові пристрої, що складаються зі шкали та покажчика. Шкала являє собою пластину, що має білу поверхню із чорними відмітками, що відповідають певним значенням вимірюваної величини.

Покажчик являє собою стрілку, що переміщується над шкалою, жорстко скріплену з рухливою частиною приладу. Застосовується також світловий спосіб відліку: на рухливій частині закріплюється дзеркальце, освітлюване спеціальним освітлювачем. Промінь світла, відбитий від дзеркальця, попадає на шкалу й фіксується на ній, наприклад, у вигляді світлової плями з темною ниткою посередині. Світловий відлік дозволяє істотно збільшити чутливість приладу за рахунок того, що:

- кут повороту відбитого променя вдвічі більше кута повороту дзеркальця

- довжину променя можна зробити досить великою.


Рисунок 3 – Світловий покажчик


Спосіб установки рухливої частини визначається вибором елементів, що створюють протидіючий момент. Застосовується установка на опорах (при використанні спіральних пружинок), на растяжках і на підвісі.

Установка на опорах складається з кернів і підп'ятників.. Керн - вісь із стальної проволоки.

Підп'ятник - опора під керн, виготовлена з каменю агата або корунду, дуже довговічних, термовлагостійких матеріалів, що не бояться агресивних середовищ. Основний недолік цього методу установки - тертя в опорах, що викликає похибки, особливо на початковій стадії руху рухливої частини.

Протидіючий момент створюється однієї або двома спіральними пружинами, виконаними з оловяно-цинкової бронзи.

Пружини служать також для підведення струму до рухливих рамок.

Рисунок 4 – Схеми кріплення рухомої частини ВП
Установка на растяжках найпоширеніша в приладах. Растяжки являють собою дві тонкі стрічки із бронзового, платино-серебрянного або кобальтового сплавів, на яких підвішується рухлива частина ВМ. При використанні растяжек відсутнє тертя в опорах, полегшується рухлива система, підвищується вибростікість. Растяжки використовуються також для підведення струму та створення протидіючого моменту. Звичайно довжина растяжек менш 20 мм, товщина n*10-2 мм, ширина 0,1...0,3 мм.

Установку рухливої частини на підвісі використовують в особливо чутливих приладах (гальванометрах).

Рухлива частина підвішується на тонкій металевій або кварцевій нитці. Струм у рамку рухливої частини підводять через нитку підвісу або спеціальні безмоментні тоководи із золота або срібла..

При транспортуванні рухливу частину закріплюють за допомогою арретира.

Необхідний ступінь заспокоєння досягається в приладах шляхом застосування спеціальних пристроїв називаних заспокоювачами. Вони бувають:

Магнитоіндукційні - момент заспокоєння створюється в результаті взаємодії полів постійного магніту і вихрових струмів, що виникають у металевих деталях, що рухаються, які являють собою алюмінієвий диск або короткозамкнений виток з мідного дроту, установлені на рухливій частині

Їхніми перевагами є простота конструкції, зручність регулювання. Застосовуються в тих випадках, коли поле гальмового магніту не впливає на показання приладу (малюнок 6.2,а).

Повітряний заспокоювач представляє собою камеру, у якій переміщується легке алюмініеве крило, що жерстко пов’язане з рухливою частиною вимірювального механізму. При переміщенні воздуха із однієї камери у іншу через зазор ( між крилом та камерою) гальмується рух крила і коливання рухомої частинибистро затухають. Повітряний заспокоювач слабший за магнітоіндукційний.

Рідинний заспокоювач при коливаннях рухомої частини або її окремих деталей у в’язкій рідині з ними коливається безпосередньо дотичний та прилиплий до поверхні шар рідини, тоді як більш удалені шари залишаються у спокої.

Заспокоювачі кожного типа мають свої переваги та недоліки. Так, повітряний та рідинний заспокоювачі не створюють електричних та магнітних, що впливають на показання приладів, але відносно складні у виготовлені та регулюванні. Магнітоіндукційні прості та легко регулюються, але можуть використовуватися тільки тоді, коли поля, що ними створюються не впливають на результати вимірів.

Коректор призначен для установки стрілки у нульове положення, із якого по різним причинам вона може відхилитися.

Рисунок 5 – Конструкція вимірювального механізму: 1- покажчик, 2 – вісь (керн), 3 – повітряний заспокоювач, 4 пружина, що створює протидіючий момент, 5 - підп’ятник, 6 – шкала.




Рисунок 6 – Структура електромеханічних АВП: ВК – вимірювальне коло, ВМ – вимірювальний механізм, ВП – відліковий пристрій.


У вимірювальному колі ВК відбувається перетворення вимірюваної величини X (напруги, струму, потужності, опору тощо) в якусь проміжну електричну величину X1 (напругу або струм), яка безпосередньо впливає на вимірювальний механізм. До складу ВК можуть входити вимірювальні перетворювачі (шунти, додаткові резистори, подільники напруги, вимірювальні трансформатори струму та напруги), які дають змогу розширити границі вимірювань приладів.

Вимірювальний механізм ВМ переважно складається з нерухомої та рухомої частин, призначений для перетворення електромагнітної енергії сигналу X1 в кут повороту рухомої частини α.

Відліковий пристрій ВП служить для одержання відліку х приладу і складається з вказівника (стрілкового або світлового), механічно зв'язаного з рухомою частиною ВМ, і нерухомої шкали, яка являє собою сукупність позначок, що зображені на циферблаті
3. Основні метрологічні характеристики
В АВП границю допустимої основної похибки нормують у вигляді зведеної похибки.

Клас точності АВП позначають одним числом k, яке дорівнює границі допустимої зведеної основної похибки приладу, γ вираженої у відсотках,
.

АВП можуть мати один із таких класів точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5.

У приладів з рівномірною шкалою (амперметрів, вольтметрів, ватметрів), в яких нульова позначка розміщена на початку шкали, нормувальне значення Хнор дорівнює границі вимірювання приладу ХК, граничне значення допустимої абсолютної основної похибки показу приладу дорівнює:

,

а граничне значення допустимої відносної основної похибки





Варіацією показів називають різницю між окремими показами приладу, що відповідають одному і тому самому значенню вимірюваної величини, а її граничне значення Δгр не повинне перевищувати границь допустимої основної абсолютної похибки Δ .

Неповернення вказівника приладу ΔL до нульової позначки при плавному зменшенні його показу від максимального до нуля для приладів з рухомою частиною на розтяжках і самописних приладів не повинне перевищувати значення
Δгр - 0,01 kL, мм,
а для всіх інших приладів - значення ΔLгр - 0,005 kL, мм (де L -довжина шкали, мм).

Основна похибка та варіація показів аналогових вимірювальних приладів визначаються за нормальних умов застосування



Додаткові інструментальні похибки

температурна похибка,

частотна похибка,

похибка від впливу зовнішнього магнітного поля,

похибка від форми кривої сигналу тощо.

Частотний діапазон АВП позначають так: 45...1000... 4000 Гц, де

підкреслена область 45... 1000 Гц становить нормальний частотний діапазон,



область 1000...4000 Гц —робочий частотний діапазон.

Границі вимірювання Хк вибирають з ряду
Хк = а·10n,
де а - коефіцієнт, значення якого залежить від виду вимірюваної величини.

Для амперметрів і вольтметрів:



а=1; 1,2; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 7.5; 8;

n - будь-яке додатне чи від'ємне ціле число або нуль.

Внутрішній або вхідний опір від якого залежить споживання потужності вимірювальним приладом від джерела вимірювального сигналу і, відповідно, значення похибки взаємодії, зумовленої цим споживанням. Внутрішній опір приладів може бути вказаний безпосередньо в метрологічних характеристиках приладу або вказується параметр, за яким можна його обчислювати.

Для вольметрів та кіл напруги ватметрів і фазометрів вказують номінальний струм (струм повного відхилення) ΙVH, який відповідає границі вимірювання приладу UK за напругою, а значення опору розраховують за формулою:

.
Для амперметрів та кіл струму ватметрів і фазометрів вказують номінальний спад напруги у вимірювальному колі приладу UАН, який відповідає границі вимірювання приладу за струмом ІK, а значення опору знаходять за формулою

.
Функція перетворення вимірювального механізму
Хоча різні електромеханічні прилади мають деякі конструктивні відмінності всі вони мають спільний принцип дії - під час перетворення електромагнітної енергії сигналу ХІ в механічну створюється обертальний момент Моб і рухома частина повертається на кут α.

Обертальний момент визначається як похідна від енергії W електромагнітного поля за кутом повороту α


Значення обертального моменту залежить як від величини ХI, яка безпосередньо впливає на ВМ, так і від параметрів рухомої частини, що відображається функцією кута повороту fоб( α):
,
де k- коефіцієнт пропорційності;

n - показник степеня (n=1 або 2).

Якби у ВМ діяв тільки обертальний момент Моб, то рухома частина ВМ відхилялася до крайнього положення не залежно від значення вимірювальної величини. Для того, щоб кожному значенню вимірюванної величини Х відповідало певне значення кута відхилення α, обертальний моментМоб зрівнолважуеться протидіючим моментом Мпр, який також є функцією кута повороту і є протилежним до Моб -

.

У більшості приладів протидіючий момент Мпр створюється спіральними пружинами (рис. 5) або розтяжками і дорівнює


Мпр = W•α,

де W – питомий протидіючий момент пружини чи розтяжки, який характеризує їх пружність.


Статична рівновага рухомої частини ВМ, якщо знехтувати тертям в опорах, настає за рівності обертального та протидіючого моментів:
або
.
Останнє рівняння називають функцією перетворення вимірювального механізму, яка пов'язує покази приладів зі значенням вимірюваної величини і характеризує властивості вимірювального приладу загалом.

Чутливість SІ вимірювального механізму до струму виражають в под/А або мм/А


Чутливість SU вимірювального механізму до напруги виражають в под/В або мм/В



Стала вимірювального механізму С - величина, обернена до чутливості.
Стала за струмом CI = 1 / SI.

Стала за напругою CU = 1/ SU.



Системи електромеханічних АВП.

Залежно від принципу дії використаного вимірювального механізму, тобто від принципу перетворення електромагнітної енергії вимірювального сигналу в механічну енергію рухомої частини і виду функції перетворення, електромеханічні АВП поділяють на такі системи:



  • магнітоелектричну,

  • електромагнітну,

  • електродинамічну,

  • феродинамічну,

  • електростатичну та

  • індукційну,

  • випрямну,

  • термоелектричну.

В останніх двох системах застосовують магнітоелектричні ВМ з відповідними перетворювачами змінного струму в постійний.

Основні умовні позначення на циферблатах АВП згідно з ГОСТ 23217-78 [7] наведені в табл. 1, а на рис. 7 - умовні позначення на циферблаті конкретного вимірювального приладу.


Таблиця 1 - Основні умовні позначення на циферблатах аналогових електровимірювальних приладів (ГОСТ 23217-78)


Назва

Умовне позначення

1. Рід Струму

- постійний струм



- змінний однофазний струм



- постійний і змінний струм



- трифазний змінний струм



2. Нормальне положення приладу

- горизонтальне



- вертикальне



- під певним кутом (наприклад, під кутом 60)



- прилад можна застосовувати в робочому діапазоні кутів від 45 до 75



3. Міцність ізоляції (вимірювальне коло приладу ізольоване від його корпусу і випробуване при напрузі)

- 500 В



- більше ніж 500 В (наприклад, 2 кВ)



- прилад випробуванню ізоляції не підлягає



4. Клас точності, виражений у формі

- зведеної похибки

0,5

- зведеної похибки (у відсотках від довжини шкали)



- відносної похибки за одночленною формулою



5. Позначення системи вимірювального механізму приладу

- магнітоелектричний (звичайний і логометричний)



- електромагнітний (звичайний і логометричний)



- електродинамічний (звичайний і логометричний)



- феродинамічний (звичайний і логометричний)



- електростатичний



- індуктивний (звичайний і логометричний)



- випрямний



- термоелектричний



6. Перетворювач змінного струму в постійний

- випрямляч напівпровідниковий



- випрямляч електромеханічний



- термоперетворювач ізольований



- термоперетворювач неізольований



7. Екран

- електростатичний



- магнітний



8. Додаткові елементи вимірювального кола

- шунт



- додатковий резистор



- додаткова індуктивність



- затискач для заземлення



9. Частотний діапазон

- нормальний (підкреслений)

45…100..1500 Гц

45…100 Гц

- робочий

100…1500 Гц


Рисунок 7 - Умовні позначення на циферблаті аналогового електровимірювального
приладу
: 1 — назва приладу; 2 — тип приладу; 3 — система вимірювального механізму;

4 — клас точності приладу; 5 —рід струму (постійний, змінний); 6 —робоче положення;

7 - границі вимірювання; 8 — внутрішній опір; 9 — частотний діапазон; 10 — заводський

номер; 11 —рік виготовлення; 12 — державний стандарт, якому відповідає прилад;

13 — напруга випробовування ізоляції приладу (у цьому приладі — 2 кВ)


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка