cos ф =--------------, sin ф =
Д/Явд v Д/ЛВд
Подставляя полученные значения в (3 5) и (3 6), получаем выражения для погрешности коэффициента трансформации в процентах и для угловой погрешности в минутах.
Д Un2RA Ra
=------- 02-2- 100 = —— 100; (3.7)
0,00029Д//О2#вд Rbд ' (3-8)
где k = ~~ — постоянный коэффициент.
U,UUU.zy i Q2
Полученные выражения показывают, что погрешности поверяемого трансформатора определяются отношением сопротивлений
яа'квд и R6/Rbд.
Сопротивления резисторов R6, RA и /?Вд и взаимная индуктивность катушки М выбираются с таким расчетом, чтобы на шкалах, по которым определяют положение двнжков а' и Б', можно было непосредственно отсчитывать значения величин ух и 6*
Сопротивление нагрузки поверяемого трансформатора тока определяется суммой сопротивлений регулируемого резистора Rz и части реохорда ББ'. Падение напряжения на резисторе R Вд пренебрежимо мало по сравнению с падением напряжения на резисторе R2, так как AI<gLlxS
Реохорд наматывают из проволоки большого сечения, и поэтому сопротивление части реохорда ББ' очень мало. Следовательно, в первом приближении можно считать, что нагрузка трансформатора ТАХ определяется сопротивлением резистора Rz.
Задание
1. Ознакомиться с приборами, необходимыми для работы. Записать номинальные значения величин, системы, классы точности и заводские номера.
2. Проверить возможность применения имеющейся аппаратуры в данной схеме.
3. Собрать схему и показать ее для проверки руководителю.
4. При различных значениях первичного тока в пределах 20—■ 100 % номинального при номинальном сопротивлении вторичной цепи трансформатора определить погрешность коэффициента трансформации и угловую погрешность трансформатора тока.
5. Определить погрешности трансформатора прн первичном токе, равном 50 % номинального, и сопротивлении нагрузки трансформатора тока R2, составляющем 20, 50, 100, 150 и 200 % номинального значения.
Таблица 3.1. Результаты измерений и расчетов
|
6. По полученным данным построить кривые погрешности трансформатора:
а) \x=F(Ii) н i)x=r(/i) при номинальном значении сопротивления R2;
б) \x=F(R2) и 6x=F(R2) при токе Л, равном 50 % номинального значения.
7. Дать заключение о поверяемом трансформаторе.
8. Составить отчет по требуемой форме.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ
4.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Аналоговыми измерительными приборами называют приборы, показания которых являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. Аналоговый электроизмерительный прибор — это, в первую очередь, показывающий прибор, т. е. прибор, допускающий от- считывание показаний. Для этого у всех аналоговых электроизмерительных приборов имеется отсчетное устройство, состоящее из шкалы, расположенной на циферблате прибора,и указателя.
Указатель отсчетного устройства жестко связан с подвижной частью измерительного механизма, осуществляющего обычно преобразование измеряемой электрической величины в угловое перемещение подвижной части, а следовательно,и указателя.
В измерительном механизме поворот подвижной части осуществляется под действием возникающего в механизме вращающего момента. Значение вращающего момента пропорционально измеряемой электрической величине. Для того чтобы обеспечить однозначную связь между углом поворота подвижной части и значением измеряемой величины, необходимо в каждом аналоговом приборе создавать противодействующий момент, пропорциональный углу поворота подвижной части механизма.
Характер движения подвижной части, а следовательно, и указателя к установившемуся положению играет в приборах существенную роль, определяющую быстродействие прибора. Поэтому во всех аналоговых приборах предусмотрены различные устройства по созданию оптимального успокаивающего момента.
Наличие подвияшой части в измерительном механизме требует применения специальных опорных устройств, создающих относительно малый момент трения.
Таким образом, независимо от назначения аналогового электроизмерительного прибора и от разновидности применяемого в нем измерительного механизма любой прибор содержит общие для всех аналоговых приборов узлы и элементы. Это — отсчетное устройство, устройства по созданию противодействующего и успокаивающего моментов, опорное устройство. Кроме того, общими для всех аналоговых приборов являются и технические требования, определяемые соответствующими ГОСТ. Ниже рассматриваются технические требования к аналоговым приборам, а также конструкции и особенности работы всех перечисленных выше устройств.
4 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Общие технические требования ко всем аналоговым и цифровым приборам, а также к мерам электрических величин и измерительным преобразователям сформулированы в ГОСТ 22261-76. Следует отметить, что технические требования к электроизмерительным приборам, выпущенным до 1981 г., формулировались в ГОСТ 1845-59. В настоящее время этот ГОСТ отменен.
На основании ГОСТ 22261-76 разработаны и введены в действие частные ГОСТ на отдельные виды электроизмерительной аппаратуры, например ГОСТ 8711-78 «Амперметры и вольтметры», ГОСТ 8476-78 (Ваттметры и варметры», ГОСТ 8039-79 «Фазометры» и т. д. Государственные стандарты на отдельные виды аппаратуры устанавливают различные классы точности приборов. Так, ГОСТ 8711-78 для амперметров и вольтметров устанавливает следующие классы точности: 0,05; 01; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 и 5,0. Кроме того, разрешается выпуск амперметров и вольтметров класса точности 0,3.
Классы точности приборов устанавливаются по основной приведенной погрешности. Наибольшее численное значение основной приведенной погрешности прибора каждого данного класса не должно превышать численного значения этого класса. Например, для прибора класса 0,2 численное значение наибольшей основной приведенной погрешности не должно превышать ±0,2%.
Кроме того, в ГОСТ для каждого данного класса точности прибора регламентируются погрешности от вариации показаний и изменения показаний прибора от различных внешних факторов (наклон прибора, температура окружающей среды, внешние магнитные и электрические поля и т. д.).
Требования к электрической прочности и сопротивлению изоляции между изолированными от корпуса по постоянному току электрическими цепями приборов устанавливаются соответствующими ГОСТ. Кроме того, регламентируется время успокоения подвижной части приборов.
Время установления показаний, обусловленное временем успокоения подвижной части, у абсолютного большинства аналоговых приборов не должно превышать 4 с. Это значит, что с момента подачи измеряемой величины на вход прибора, или с момента изменения этой величины, установившееся положение указателя от- счетного устройства наступает не более чем через 4 с. Исключение составляют термоэлектрические и электростатические приборы, для которых наибольшее время усхановления показаний не превышает 6 с.
Таблица 4.1 Условные обозначения приборов
|
Наименование |
Продолжение табл. 4.1
Условное обозначение
|
Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор)
Прибор магнитоэлектрический с неизолированным термопреобразователем (термоэлектрический прибор)
Ток постоянный
Ток переменный (однофазный)
Ток постоянный и переменный
Ток трехфазный переменный (общее обозначение)
Прибор применять при вертикальном положении шкалы
Прибор применять при горизонтальном положении шкалы
(шЩ |
Класс точности прибора, например 1,5
Напряжение испытательное, например 2 кВ
О -ф |
oV-o |
_L 1.5 T,s Ш) |
Магнитная индукция, выраженная в миллитеслах (например, 2 мТл), вызывающая изменение показаний, соответствующее обозначению класса точности
|
Щит стальной толщиной, пример, 3 мм
Щит нестальной любой толщины
Fe3 KFe FeNFe |
на- |
Щит любой толщины
В соответствии с требованиями ГОСТ аналоговые показывающие приборы должны выдерживать нагрузку током или напряжением, равным 120% конечного значения, в течение 2 ч. Регламентируются также кратковременные (ударные) перегрузки приборов током и напряжением. Так, для амперметров классов точности 0,5—5,0 предусмотрена возможность перегрузки током, равным 10 Люм, в течение 0,5 с.
Для всех приборов по значениям климатических и механических влияющих величин ГОСТ 22261-76 устанавливает семь различных групп. Регламентируются значения климатических и механических величин для каждой группы приборов как при рабочих условиях применения, так и при транспортировании и хранении приборов (предельные условия). Так, четвертая группа средств измерений имеет следующие климатические рабочие условия применения: нижнее значение температуры окружающего воздуха —10° С, верхнее +40° С, наибольшая относительная влажность воздуха 90% при температуре окружающего воздуха +30° С и атмосферное давление 86—106 кПа.
Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях, возможные предельные погрешности прибора могут быть установлены по условным обозначениям, нанесенным на циферблате прибора. Виды условных обозначений установлены ГОСТ 23217-78, действующим с 1 января 1980 г.
Примеры некоторых условных обозначений приведены в табл. 4.1.
4.3. ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Выше отмечалось, что отсчетное устройство средства измерения обязательно имеет шкалу, нанесенную на циферблат прибора. Технические требования к циферблатам и шкалам приборов установлены ГОСТ 5365-73.
На шкалу (рис. 4.1) наносятся отметки, обычно в виде короткой вертикальной черты, соответствующие некоторым значениям измеряемой величины. Интервал между двумя соседними отметками шкалы называют делением шкалы. Отметки шкалы, у которых проставлены числа (на шкале на рис. 4.1 это числа 0; 2; 4; 6; 8 и 10), называют числовыми отметками шкалы. Шкалы могут быть равномерными (деления постоянной длины) и не
равномерными (деления непостоянной длины). На рис. 4.1 изображена неравномерная шкала. Наименьшее значение измеряемой величины, указанное на шкале, называется начальным значением шкалы хв. В нашем случае (рис. 4.1) Хц=0. Наибольшее значение измеряемой величины, указанное на шкале, называют конечным зна-
|
О 2 ,1 I I I |
,1 I I I I |
Рис. 4.1. Шкала прибора с оптическим отсчетным устройством.
|
чением шкалы хк. Для шкалы, изображенной на рис. 4.1, jcit=10. По шкале прибора можно определить диапазон показаний прибора и диапазон измерений прибора. Диапазоном показаний называют область значений шкалы, ограниченную конечным и начальным значениями шкалы. В рассматриваемом случае диапазон показаний равен 0—10.
Область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений, называют диапазоном измерений. Обычно при равномерной шкале диапазон измерении и диапазон показаний совпадают. Однако при неравномерной шкале диапазон показаний не совпадает с диапазоном измерений. Для определения диапазона измерений на шкалах таких приборов обычно ставят точку в начале и конце диапазона измерений, если наибольшее значение измеряемой величины диапазона измерений не совпадает с конечным значением шкалы. На шкале, изображенной на рис. 4.1, диапазон измерений равен 2—10.
Наименьшее значение диапазона измерений (в нашем случае числовая отметка 2) называют нижним пределом измерений, а наибольшее значение диапазона измерений — верхним пределом измерений. На рассматриваемой шкале верхний предел измерения совпадает с конечным значением шкалы и равен 10.
Отсчет значения измеряемой величины по шкале прибора производится с помощью указателя. Различают два вида указателей: указатель, представляющий собой стрелку, конец которой выполнен в форме, обеспечивающей отсчет показаний с необходимой точностью, и световой указатель в виде луча света, образующего на шкале световое пятно с индексом, по которому произво-
Б—970
дят отсчет показаний. Требования к форме и размерам указывающей части стрелок и индексов световых указателей установлены ГОСТ 3051-69.
В приборах со световым указателем на подвижной части измерительного механизма устанавливается небольшое зеркальце. Луч света, создаваемый обычной миниатюрной лампочкой накаливания с помощью простейшей оптики, отражаясь от зеркальца подвижной части, попадает на узкую полоску матового стекла, расположенного на циферблате под шкалой, и образует световое пятно с индексом нитевидного типа (рис. 4.1). При повороте подвижной части поворачивается жестко скрепленное с ней зеркальце и, следовательно, перемещается под шкалой отсчетного устройства световое пягно с индексом, указывая значение измеряемой величины.
В приборах с указателем в виде стрелки, жестко скрепленной с подвижной частью измерительного механизма, отсчет значения измеряемой величины произво-
|
б)
Рис. 4.2. Отсчетные устройства стрелочных приборов.
а — с клиновидной стрелкой, б — с ножевой стрелкой, е — со стержневой стрелкой.
—>
|
В) |
а) |
Рис. 4 3. Отсчетное устройство с зеркальной шкалой.
|
дится по положению указывающей части стрелки у шкалы прибора. Форма указывающей части стрелки должна обеспечивать отсчет показаний с необходимой точностью.
В зависимости от формы указывающей части стрелок наиболее распространенными стрелками являются клиновидные (рис. 4.2, а), ножевые (рис. 4.2, б) и стержневые (рис. 4.2, в).
В лабораторных приборах повышенных классов точности при использовании указателей в виде стрелки, обычно ножевого типа, для уменьшения погрешности отсчета от параллакса, возникающего из-за того что угол
зрения экспериментатора относительно плоскости шкалы прибора отличается от прямого, применяют специальные приспособления.
Наибольшее распространение получили так называемые отсчетные устройства с зеркальной шкалой (рис. 4.3).
На циферблате 1 под шкалой устанавливается на всю длину шкалы узкая полоска зеркала 2. Экспериментатор перед проведением отсчета совмещает отражение стрелки в зеркале с самой стрелкой 3. Только после этого, т. е. после устранения параллакса, производится отсчет по шкале прибора.
4 4. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩЕГО МОМЕНТА
Противодействующий момент в аналоговых измерительных приборах создается в большинстве случаев двумя способами — с помощью противодействующих пружин и растяжек.
Противодействующие пружины выполняются в виде спирали из бронзы по ГОСТ 9233-79. Один конец спиральной пружины, внутренний, прикрепляется к подвижной части измерительного механизма, а другой, наружный, — к неподвижной части прибора. Таким образом, вращающий момент, возникающий в измерительном механизме, закручивает противодействующую пружину до тех пор, пока вращающий момент не будет равен противодействующему моменту. Чаще всего для создания противодействующего момента применяют не одну, а две пружины, устанавливая их с разных сторон подвижной части измерительного механизма. В случае применения двух спиральных пружин последние обычно используются также для подведения тока в подвижную часть прибора.
5* |
Растяжки (ГОСТ 9444-74) представляют собой металлические ленточки шириной от 0,08 до 0,35 мм и толщиной от 0,01 до 0,04 мм. В качестве материала при изготовлении растяжек используются различные виды бронзы, платины, а также кобальт-никель-хромовый сплав. Обычно используются две растяжки, укрепляемые с двух сторон подвижной части (см. рис. 5.14). Таким образом, растяжки не только создают противодействующий момент при повороте подвижной части под
действием вращающего момента, но и укрепляют (растягивают) подвижную часть. При применении растяжек нет необходимости в специальных опорных устройствах (кернах[5], подпятниках), которые нужны при использовании противодействующих пружин.
Наличие двух растяжек позволяет использовать их и для подведения тока в подвижную часть измерительного механизма.
В реальных приборах одна из растяжек, так же как и внешний конец одной из спиральных противодействующих пружин, прикрепляется не к неподвижной части прибора, а к специальному винту, укрепленному на корпусе прибора и называемому корректором. Поворот корректора на некоторый угол в ту или иную сторону позволяет изменять начальное положение подвижной части прибора и тем самым устанавливать указатель выключенного прибора на нулевую отметку. Применение растяжек, изготавливаемых на основе современной технологии, позволяет исключить трение в опорах и повысить чувствительность измерительных механизмов.
4.5. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ УСПОКАИВАЮЩЕГО МОМЕНТА
Подвижная часть, а следовательно, и указатель от- счетного устройства занимают вполне определенное положение, соответствующее значению измеряемой величины только тогда, когда вращающий момент равен моменту противодействующему. При любом изменении измеряемой величины изменяется вращающий момент и, следовательно, нарушается равенство между значениями вращающего и противодействующего моментов. Подвижная часть измерительного механизма под действием разности названных моментов начнет перемещаться в ту или иную сторону до тех пор, пока вновь не наступит равенство между значениями вращающего и противодействующего моментов. Время, необходимое для этого, называют временем успокоения подвижной части прибора.
Для обеспечения требуемого времени успокоения подвижной части в аналоговых приборах применяют различные устройства, создающие успокаивающий момент. К ним относятся воздушный, магнитоиндукцион- ный или жидкостный успокоители.
Воздушный успокоитель (рис. 4.4, с) применяется, главным образом, в приборах старых разработок, имею-
Рис. 4.4. Успокоители. а — воздушный; б — магнитоиндукционный; в — жидкостный. |
щих подвижую часть на оси с противодействующими пружинами. Он представляет собой закрытую камеру 1, внутри которой перемещается при движении подвижной части легкое алюминиевое крыло 2, жестко укрепленное на оси 3 подвижной части измерительного механизма. Между алюминиевым крылом 2 и корпусом 1 имеется небольшой зазор. При движении крыла воздух перемещается из одной части камеры в другую, создавая успокаивающий момент, способствующий оптимальному успокоению подвижной части прибора.
Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 4.4, б) состоит из неподвижного постоянного магнита 1 с магнито- проводом 2 (возможно применение нескольких постоянных магнитов) и крыла успокоителя 3, жестко скрепленного с подвижной частью прибора. Крыло успокоителя выполнено из немагнитного материала, обычно алюминия.
При движении подвижной части, а следовательно, и крыла успокоителя в последнем при пересечении поля постоянного магнита наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с полем постоянного магнита создает успокаивающий момент.
Магнитоиндукционный успокоитель по конструкции проще воздушного успокоителя и более удобен при регулировке успокаивающего момента. Однако применение магнитоиндукционного успокоителя возможно лишь в приборах, где поле постоянного магнита не будет оказывать существенного влияния на работу измерительного механизма.
Жидкостный успокоитель применяется, главным образом, в приборах, имеющих малые размеры по высоте, однако в последнее время его стали применять и в приборах обычного габарита. Жидкостный успокоитель (рис. 4.4, в) состоит из двух дисков. Диск 1 укрепляется на подвижной части прибора, а диск 2 — на неподвижной части. Зазор между дисками обычно составляет 0,1—0,15 мм. Между дисками заливается специальная маловысыхающая кремнийорганическая жидкость 3. Жидкость в зазоре удерживается поверхностным натяжением. Для предотвращения вытекания жидкости из зазора поверхности дисков, соприкасающиеся с жидкостью, тщательно полируются.
Благодаря определенной вязкости применяемой жидкости при движении подвижной части, т. е. при вращательном движении диска 1 относительно диска 2, из-за трения между слоями жидкости возникает успокаивающий момент.
Жидкостный успокоитель применяется, главным образом, в приборах, в которых подвижная часть укреплена на растяжках. Растяжка 4 проходит через небольшие отверстия, сделанные в дисках.
4.6. ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ПРИБОРОВ
Габаритные размеры аналогового прибора определяются габаритами его корпуса. В соответствии с ГОСТ 5944-74 корпуса всех щитовых аналоговых как показывающих, так и регистрирующих приборов подразделяются на четыре различных типа.
Типы корпусов отличаются друг от друга конфигурацией и размерами фланца (лицевой части прибора) и формой углубленной части, в которой расположены измерительный механизм и измерительная цепь прибора.
На рис. 4.5, а•—г изображены фланцы всех четырех типов корпусов. Конфигурация и расположение относительно фланца углубленной части корпуса показаны штриховой линией.
К корпусам первого типа относятся корпуса с квад
ратным фланцем и круглой углубленной частью, расположенной по центру фланца (рис. 4.5, а).
В соответствии с ГОСТ предусматриваются ряд различных размеров В (Вш«л=20 мм, Втах=200 мм) и соответствующие каждому размеру В диаметр и длина углубленной части корпуса.
К корпусам второго типа относятся корпуса с прямоугольным фланцем и прямоугольной углубленной частью (рис. 4.5, б). Предусмотрено достаточно большое количество типоразмеров корпусов данного типа, причем каждому данному размеру В соответствуют вполне определенный размер Н и габаритный размер углубленной части корпуса. Минимальный размер В и И может быть 20 мм, а максимальный 480 мм.
К корпусам третьего типа относятся корпуса с прямоугольным фланцем, одна из сторон которого должна быть равна или кратна 30 мм, и прямоугольной углубленной частью (рис. 4.5, в). Приборы, имеющие
такой корпус, обычно называют узкопрофильными. Предусматривается несколько типоразмеров В: Впц„=80мм; В max-~== 240 мм. Размер Н равен ЗОХ" мм, где п—любое целое положительное число.
К корпусам четвертого типа относятся корпуса с прямоугольным фланцем и круглой углубленной частью, смещенной к нижней стороне фланца (рис. 4.5,г): Bmin— = 100 мм; Втах= 160 мм; Hmin= 90 мм; Н,пах—140 мм.
-l—а; |
t- |
т |
б) |
| l) |
Г!_ |
|
L | ? |
в |
г) |
& |
Рис. 4.5. Габаритные размеры приборов. |
Габаритные размеры переносных аналоговых приборов указываются в технических условиях на каждый данный прибор.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРИБОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
5 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Все электромеханические приборы состоят из измерительной цепи и измерительного механизма. Структурная схема электромеханического прибора показана на рис. 5.1.
Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины х в некоторую промежуточную электрическую величину у, функционально связанную с величиной х, т. е. y—fi{x). Электрическая величина у,
|
Измеритель мая цепь |
Измерительный механизм
& Рис. 5.1. Структурная схема электромеханического прибора.
|
которой является ток или напряжение, непосредственно воздействует на измерительный механизм (входная величина механизма).
Измерительный механизм является преобразователем подведенной к нему электрической энергии в механическую энергию, необходимую для перемещения его подвижной части относительно неподвижной, т. е. а—
=Ыу).
У большинства механизмов подвижная часть имеет одну степень свободы, т. е. может поворачиваться вокруг неподвижной оси на угол а или, значительно реже, совершать линейное перемещение.
Входные величины создают механические силы, действующие на подвижную часть. Обычно в механизмах подвижная часть может только поворачиваться вокруг оси, поэтому механические силы, действующие на механизм, создают момент М. Этот момент называется вращающим моментом.
Вращающий момент, поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний по часовой стрелке, будем считать положительным. Вращающий момент является некоторой функцией измеряемой величины х и угла поворота подвижной части а:
M = F1(x,a). (5.1)
Для электромеханических приборов общее выражение вращающего момента можно представить как про- изводую энергии магнитного (или электрического) поля по геометрической координате, которой для большинства приборов является угол поворота подвижной части, т. е.
М = dWJda, (5.2)
где WM — энергия магнитного (или электрического) поля, сосредоточенная в измерительном механизме.
Под действием вращающего момента М подвижная часть поворачивается до тех пор, пока он не уравновесится противодействующим моментом Мпр. Противодействующий момент Мпр направлен навстречу вращающему моменту М и возрастает при увеличении угла поворота подвижной части:
M,v = F2{a). (5.3)
Положение равновесия подвижной части, соответствующее некоторому установишемуся отклонению, будет определяться равенством
М+Мпр = 0. (5.4)
Подставив (5.1) и (5.3) в (5.4), получим уравнение преобразования механизма прибора
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 19 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
