МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Физико-технологический институт

Кафедра экспериментальной физики

УТВЕРЖДАЮ

Директор ФТИ

В.Н. Рычков

«___» _____________2012г.

ПРИЛОЖЕНИЕ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Метрология, стандартизация и сертификация

Методические указания к выполнению лабораторной работы №1

«Электромеханические измерительные приборы»

Рекомендована Методическим Советом ФТИ

для специальностей и направлений подготовки:

140.307 – «Радиационная безопасность человека и окружающей среды»

200.402 – «Инженерное дело в медико-биологической практике»

200.300 – «Биомедицинская инженерия»

Екатеринбург 2012

Методические указания составлены в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего образования на основании учебного плана для направлений 140.307 «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», 200.402 «Инженерное дело в медико-биологической практике» и 200.300 – «Биомедицинская инженерия»

.

Методические указания составил:

Ст. преподаватель. Новиков Е.Г.

Методические указания одобрены на заседании кафедры экспериментальной физики “___”__________2012 г., протокол №____.

Заведующий кафедрой В.Ю.Иванов

Методические указания одобрены на заседании методического совета ФТФ

“____”_________2012 г., протокол №____.

Председатель методического совета Н.Н.Курбатов

Аннотация содержания методических указаний

Методические указания посвящены рассмотрению вопросов построения простейших электромеханических измерительных приборов на основе магнитоэлектрических преобразователей.

Лабораторная работа №1

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель работы: Изучение принципов реализации и основных метрологических характеристик электромеханических измерительных приборов.

1.Общие положения

Электромеханические измерительные приборы являются аналоговыми средствами измерений.

В их работе используется метод прямого измерительного преобразования. Принцип действия электромеханических измерительных приборов состоит в преобразовании электрической энергии, несущей информацию об измеряемой величине, в механическую энергию, вызывающую перемещения подвижных элементов прибора.

ЭИП состоят (рисунок 1) из входной измерительной цепи 1, измерительного механизма 2 и отсчетного устройства 3.

Рисунок 1 - Структурная схема ЭИ прибора: 1 – входные измерительные цепи; 2 – измерительный механизм; 3 – отсчетное устройство

Входная измерительная цепь служит для преобразования измеряемой электрической величины X в некоторую промежуточную электрическую величину Y, функционально связанную с измеряемой величиной X (например, большие по значению токи или напряжения в малые, электрическое сопротивление в падение напряжения и т. д.).

Входная измерительная цепь обычно представляет собой совокупность резисторов, конденсаторов, терморезисторов, переключателей и др.

Различные измерительные цепи обеспечивают возможность использования одного и того же измерительного механизма для измерений разнородных электрических величин, значение которых может изменяться в широких пределах.

Измерительный механизм служит для преобразования промежуточной величины Y (в частном случае, когда отсутствует входная измерительная цепь, для преобразования непосредственно величины X) в угол поворота  оси подвижной части измерительного механизма.

Измерительный механизм ‑ основная часть конструкции электроизмерительного прибора, поэтому его принципом действия определяется название электромеханического измерительного прибора.

В измерительном механизме можно выделить две части:

- подвижную часть;

- неподвижную часть.

С неподвижной частью как правило связана шкала, а с подвижной указатель (стрелка).

Отсчетное устройство служит для преобразования угла поворота оси подвижной части измерительного механизма в перемещение указателя (чаще всего стрелки) относительно шкалы прибора. Эти перемещения могут быть как угловыми, так и, при наличии спрямляющего механизма, линейными.

При воздействии измеряемой величины на подвижную часть измерительного механизма создается так называемое отклоняющее воздействие.

В большинстве случаев вследствие кручения растяжек, пружин, подвесок и т.д. создается возвратное (или противодействующее) воздействие.

С увеличением угла поворота подвижной части противодействующее воздействие будет возрастать и в результате стрелка прибора установится в том положении, которое соответствует равенству двух этих воздействий.

В упрощенном виде устройство подвижной части измерительного механизма состоит из оси, установленной в пазах, спиральных пружин, создающих противодействующее воздействие, стрелки, закрепленной на оси, противовеса, служащего для уравновешивания подвижной части и корректора для установки стрелки на нулевую отметку.

Так как в измерительных механизмах обычно имеет место угловое перемещение подвижной части, то при анализе их работы рассматривают моменты, действующие на подвижную часть.

Моменты подразделяются на статические и динамические. К статическим относятся соответственно вращающий и противодействующий моменты. Динамические моменты действуют на подвижную часть только во время ее движения, это момент сил инерции и момент успокоения.

В итоге, по динамическим свойствам измерительный механизм представляет собой систему 2-го порядка:

где J – момент инерции, P – коэффициент успокоения, W – удельный противодействующий момент, M – вращающий момент.

В такой системе будут наблюдаться колебательные переходные процессы.

Для уменьшения времени колебаний подвижной части измерительный механизм снабжают так называемыми демпфирующими устройствами (успокоителями). Например, в воздушном успокоителе используется сопротивление воздуха движению поршня (крыла) в закрытой камере.

Наиболее распространенными электромеханическими приборами являются магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические и электродинамические.