Аналоговые электромеханические измерительные приборы

В отличие от цифровых измерительных приборов, выдающих дискретный сигнал, аналоговые устройства выдают показания в виде непрерывной функции, с бесконечным числом значений за промежуток времени.

Аналоговый сигнал имеет ту же форму, что и физическая величина, которую он описывает. Однако, это не значит, что при измерении параметров переменного синусоидального сигнала, стрелка будет отклоняться 50 раз в секунду.

Шкалы приборов, для измерения переменных токов и напряжений градуируют в действующих (среднеквадратичных) значениях сигнала. Инерционность измерительной системы не позволяет реагировать на моментальные значения величины.

Для синусоидальных переменных тока и напряжения действующее значение составляет 0,707 от амплитудного значения.

Электромеханические измерительные приборы преобразуют входную электрическую величину, в механическую энергию поворотного измерительного механизма, на котором жестко закреплена стрелка-указатель.

Угол поворота стрелки зависит от величины и скорости изменения приложенного к измерительному механизму электромагнитного поля, созданного входным сигналом.

Вращение поворотного механизма осуществляется под действием двух противоположно направленных моментов: вращающий момент М, определяемый для всех приборов скоростью изменения электромагнитного поля и противодействующий момент, который создается пружинами различного вида.

Закручивающиеся пружины выполняются из оловянно-цинковой бронзы. С их помощью создается тормозной момент, подводится ток к подвижной части механизма, и производится корректировка показаний прибора (установка на ноль).

Исходя из способа преобразования входного электрического сигнала в механическую энергию перемещения подвижной части, электроизмерительные приборы разделяются на следующие группы: магнитоэлектрические, электродинамические, электростатические, электромагнитные, логометры и др.

Тип измерительного механизма всегда указывается на шкале устройства. В таблице приведены символы указывающие к какой системе относится прибор:

Принцип действия магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии электромагнитного поля катушки и магнитного поля постоянного магнита. Наибольшее распространение получили измерительные устройства с подвижной катушкой и неподвижным магнитом. В цепи катушки протекает ток измерительной цепи.

Величина этого тока, зависит от входного сигнала и влияет на величину и интенсивность электромагнитного поля, создаваемого вокруг катушки. Взаимодействие двух полей приводит к вращению подвижной части с закрепленной на ней стрелкой. Вращение происходит до тех пор, пока вращающий и тормозной момент не будут уравновешены.

Электродинамические измерительные приборы имеют в составе своего измерительного механизма две неподвижные катушки и одну подвижную, насаженную на ось внутри неподвижных.

Неподвижные катушки между собой соединены последовательно или параллельно, по ним протекают токи I1 и I2 соответственно. Если по цепи подвижной катушки ток не протекает, система находится в равновесном состоянии, показания прибора равны нулю.

Как только по цепи второй катушки начинает протекать измеряемый ток, равновесное состояние нарушается. Подвижная катушка стремится повернуться, чтобы снова найти равновесное состояние. Её вращение происходит до тех пор, пока тормозной момент не скомпенсирует вращающий.

Пространственное расположение катушек отрегулировано таким образом, чтобы вращающий момент строго соответствовал произведению действующих значений токов I1 и I2, в пределах шкалы прибора.

Электростатический измерительный механизм представляет собой конденсатор, одной обкладкой которого являются неподвижные контакты, а второй - подвижный контакт, перемещающийся в полости неподвижных контактов.

При подаче напряжения на обе обкладки, возникает электростатическое поле, пропорционально зависящее от квадрата напряжения и емкости конденсатора, которая в свою очередь зависит от активной площади обкладок.

Под действием электростатической силы происходит втягивание подвижного контакта в пространство между неподвижными контактами, при этом увеличивается емкость конденсатора. Втягивание происходит до тех пор, пока не уравновесятся вращающий и тормозной моменты.

Электромагнитные механизмы конструктивно выполнены в виде катушки и пермаллоевого лепестка, эксцентрично насаженного на ось, поперек катушки. При протекании электрического тока по катушке, создается электромагнитное поле, которое стремится втянуть лепесток.

Сила втягивания лепестка определяется интенсивностью электромагнитного поля, которая зависит от величины измеряемого сигнала. На ось с лепестком насажена стрелка-указатель. Как и в приборах других систем, градуировка шкалы производится исходя из величины вращающего момента.

Логометры - это измерительные устройства для сравнения двух электрических величин. Логометры могут быть выполнены с различными измерительными механизмами указанными выше. Сравнение двух величин происходит при включении их на перпендикулярно расположенные воспринимающие элементы.

Перемещение подвижной части прибора происходит под воздействием большего момента. Если на его вход не поданы два сравниваемых сигнала, стрелка занимает произвольное положение, и судить об измеряемой величине не представляется возможным. Правильная работа прибора возможна только при сравнении двух встречно направленных моментов.