Тема 3 основи теорії та конструкції вимірювальних механізмів та приладів

3.1 Прилад прямої дії

Аналоговий вимірювальний прилад – це прилад, показання якого є безперервною функцією зміни вимірювальної величини.

Прилад прямої дії – це електромеханічний прилад, в якому положення рухомої частини залежить від значення фізичної величини, що вимірюється.

Аналогові електромеханічні прилади прямої дії будуються за схемою, яка наведена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Структурна схема електромеханічного приладу

прямої дії

Вимірювальне коло здійснює перетворення електричної величини, що вимірюється, Х в електричну величину Х^{^}, яка зручна для вимірювання. Вимірювальний механізм перетворює електричну величину Х^{^} в механічне переміщення покажчика на кут α, значення якого відлічується по шкалі пристрою відліку, яка має одиниці вимірюваної величини.

В залежності від принципу перетворення електромагнітної енергії в енергію рухомої частини електромеханічні прилади прямої дії поділяються на: магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні та феродинамічні, а також електростатичні та індукційні прилади.

Розглянемо загальні вузли та деталі приладу прямої дії – таблиця 1.

Таблиця1 – Загальні вузли та деталі приладу прямої дії

Найменування	Призначення
Корпус приладу	Кріплення усіх вузлів та деталей та їх оберігання від зовнішніх чинників
Нерухома частина приладу	Створення умов для обертання рухомої частини. Може бути у вигляді котушки, постійного магніту, пластини
Рухома частина приладу	Створення умов для обертання даної частини приладу, з якою з’єднаний покажчик пристрою відліку. Може бути у вигляді постійного магніту, котушки або диска
Заспокоювач	Забезпечення необхідного часу заспокоєння рухомої частини приладу. Може бути повітряним, рідинним, магнітоіндукційним
Пристрій відліку	Візуальний відлік значень фізичної величини. Складається зі шкали та покажчика. Покажчики поділяються на стрілкові, світлові та цифрові індикатори.
Коректор	Встановлення покажчика на нульове положення на шкалі приладу при його вимкненому стані.
Аретир	Нерухоме закріплення нерухомої частини приладу при його транспортуванні або монтажі.

Деталі для установки рухомої частини повинні забезпечувати вільне обертання цієї частини. Використовуються три способи установки: на кернах, на розтяжках та на підвісі.

При установці на кернах вісь, навколо якої обертається рухома частина, має два стальних стрижня – керна, якими вона спирається на агатові або корундової підп’ятники. Недолік такої установки – це тертя в опорах.

При установках на розтяжках рухома частина підвішується між двома стрічечками з бронзового сплаву. Такий спосіб кріплення вільний від тертя в опорах.

При установці на підвісах рухома частина підвішується на металевій або сталевій нитці. Такий спосіб кріплення застосовується в особливо чутливих приладах.

Рівняння перетворення вимірювального механізму електромеханічного приладу прямої дії

Положення рухомої частини приладу відносно нерухомої в усталеному режимі можна визначити з умови:

, (1)

, (2)

де α – кут повороту рухомої частини;

W – електрокінетична енергія, тобто запас енергії електромагнітного поля в вимірювальному механізмі;

, (3)

де w – питомий протидіючий момент;

отже

(4)

Рівняння має назву рівняння перетворення механізму приладу. Воно характеризує зв'язок показань приладу зі значенням вимірюваної величини та характеризує властивості вимірювального приладу в цілому.

Протидіючий момент М_ПР може бути створений пружними силами або ж електромагнітними силами, що й момент обертання. Пристрій для створення пружного протидіючого моменту – це спіральна пружина, зовнішній кінець якої з’єднаний з нерухомою частиною, а внутрішній – з віссю рухомої частини. Протидіючий момент виникає при закручуванні пружини при обертанні рухомої частини. Якщо б протидіючого моменту не було, то обертаючий момент М_ОБ, який створений електромагнітними силами при подачі фізичної величини на вхід приладу, нічим було б зрівноважити, стрілочний покажчик рухався б до упору. Із – за наявності пружини стрілочний покажчик зупиняється в положенні, при якому момент обертання врівноважується протидіючим.