Электромеханические приборы виды: 23. Электромеханические приборы. Структурная схема и виды приборов.

23. Электромеханические приборы. Структурная схема и виды приборов.

         
Электромеханические
приборы относятся к приборам прямого
преобразования. Структурная схема этих
приборов показана на рис 3.1.

         

Рис.
3.1.

          Основными
функциональными частями  этих  приборов  (рис.
3.1) являются: измерительная цепь ИЦ,
измери­тельный механизм ИМ и отсчетное
устройство ОУ. Они раз­мещаются в
общем корпусе.

          В
ИЦ происходит преобразование входного
сигнала Х в одну или две промежуточные
электрические величины У₁ и
У₂  (напри­мер,
токи I₁ и I₂  или
напряжение U), воздействующие на ИМ. ИЦ
может также служить для расширения
пределов измерений и компенсации
погрешностей.

          В
ИМ происходит преобразование
электромагнитной энер­гии W_e,
обусловленной наличием промежуточных
величин У₁ и
У₂ ,
в механическую. ИМ состоит из неподвижной
и подвижной частей. Под действием
измеряемой величины в измерительном 
механизме  создается вращающий момент
М_ВР,
поворачивающий подвижную часть ИМ. В
общем случае вращающий момент зависит 
от  измеряемой величины Х  и угла
поворота  подвижной части: М_ВР =
f(X, ). Для электромеханических 
приборов  вращающий  момент 
находится как

                        (3.1)

          В
зависимости от принципа действия ИМ
применяются следующие группы (системы)
приборов: магнитоэлектрическая,
электромагнитная, электродинамическая,
ферродинамическая, электростатическая,
ин­дукционная.

          Принцип
действия ИМ различных групп приборов
основан на взаимодействии: 1)
магнитоэлектрических ИМ — магнитных
полей постоянного магнита и проводника
с током; 2) электро­магнитных — магнитного
поля, создаваемого проводником с то­ком,
и ферромагнитного сердечника;
3)  электродинамических (и
ферродинамических) — магнитных полей
двух систем провод­ников с токами; 4)
электростатических — двух систем
заряженных электродов; 5) индукционных
— переменного магнитного поля проводника
с током и индуцирован­ных этим полем
вихревых токов в по­движном элементе
(например, в алю­миниевом диске счетчика
электрической энергии переменного
тока). В результате подобного взаимодействия
в ИМ и создается вращающий момент М_ВР.

          Если
бы в ИМ действовал только вращающий
момент М_ВР,
то подвижная часть ИМ отклонилась бы
до упора независимо от значения измеряемой
величины. Для того чтобы каждому значе­нию
Х соответствовало определенное
значение , момент М_ВРуравновешивается
противодействующим моментом М_ПР,
завися­щим от  и направленным
в сторону, обратную М_ВР.
В большин­стве приборов момент
М_ПР создается
спиральными пружинами или растяжками,
и в этом случае М_ПР =
W :, где W — удельный противодействующий
момент пружин или растяжек. В логометрах
(приборах для измерения отношения токов)
момент М_ПР создается
измеряемой величиной Х, и в этом случае
М_ПР =f(Х).
При установившемся отклонении ₀ подвижной
части М_ВР  =
М_ПР.

          Отклонения
подвижной части ИМ наблюдают с помощью
отсчетного устройства ОУ, т. е. части
конструкции прибора, предназначенной
для отсчитывания значений измеряемой
величины. В электромеханических приборах
ОУ состоит из шкалы и указа­теля
(стрелки или светового указателя). По
ОУ определяют показание измерительного
прибора Х_П,
т. е. значение измеряемой величины в
принятых единицах этой величины.
Номинально Х_П  =
Х. Для соответствия значения Х определенному
значению Х_П необходимо,
во-первых, чтобы параметры ИЦ, ИМ и
ОУ  при  определенных внешних
условиях были постоянными и, во-вторых,
чтобы отклонения этих параметров при
различных внешних условиях вызывали
малые изменения показаний, допустимые
для данного прибора.

          При
отклонении подвижной части прибора
механическим толчком от положения
равновесия ₀  на
угол Δα она снова приходит в положение
равновесия под  влиянием устанавлива­ющего
момента М_У,
равного разности моментов М_ВР  и
|-М_ПР|.
Момент М_У  всегда
направлен в сторону, обратную изменению
отклонения подвижной части Δα. Производная
от устанавливающего момента по углу
отклонения называется удельным
устанавливающим моментом М_УУ

 .           (3.2)

          В
приборах с креплением подвижной части
на кернах этот момент является важной
характеристикой, определяющей степень
нечувствительности прибора к затираниям.
Чем больше у прибора М_УУ,
тем меньше у него вариация показания.
В магнитоэлектричес­ком приборе
М_УУ остается
постоянным вдоль всей шкалы прибора и
равен удельному противодействующему
моменту W. На подвижную часть ИМ кроме
М_ВР  и
М_ПР  действуют
и другие моменты: успокоения М_УСП,
трения М_ТР  (в
приборах на кернах), инерции М_ИН =J(d²α/dt²).

          Момент
успокоения М_УСП действуют
только при движении подвижной части,
создается успокоителем и направлен
навстречу этому движению.

Основные
характеристики электромеханических
приборов.

          Все
средства измерений можно характеризовать
некоторыми общими свойствами —
метрологическими характеристиками.

          Метрологическими
характеристиками средств
измерений называются такие характеристики
их свойств, которые оказывают влияние
на результаты и погреш­ности измерений
и предназначены для оценки технического
уровня и качества средств измерений,
для определения результатов измерений
и расчетной оценки характеристик
инструментальной и методических
составляющих погрешности измерений.

          Основными
характеристиками электромеханических
приборов являются: точность,
чувствительность, диапазон измерений,
собст­венное потребление мощности,
время успокоения, устойчивость к
перегрузкам (электрическим и механическим),
надежность и др.

          Точность
средства   измерений
есть качество средства измерений,
отражающее близость нулю его погрешностей.
Чем меньшие погрешности имеет средство
измерений, тем оно считается более
точным.

Свойства
электромеханического прибора в отношении
точности характеризуется классом
точности и другими свойствами прибора,
влияющими на его точность, значения
которых устанав­ливаются в стандартах
на отдельные виды приборов.

Класс
точности —
обобщенная характерис­тика прибора,
определяемая пределами допускаемой
основной  и  дополнительных  погрешностей
(т. е. наибольшими погрешностя­ми, при
которых прибор по техническим требованиям
может быть допущен к применению).

          Способы
нормирования и формы выражения пределов
основ­ной и дополнительных погрешностей
(абсолютная, относительная и приведенная),
а также обозначения  классов
точности приведены в ГОСТ 8.401—80.  Нормальные
значения влияющих величин и рабочие
условия применения установлены ГОСТ
22261-82.

        Показателями
качества рассматриваемых приборов в
отноше­нии точности  являются
также вариация показаний  и
невозвращение указателя к отметке
механического нуля.

        Вариация   выходного   сигнала  (по­казаний) средства
измерений есть средняя разность между
значе­ниями выходного сигнала
(показаниями) средства измерений,
соответствующими данной точке диапазона
измерения, при двух направлениях
медленного многократного измерения
входного сигнала  в
процессе подхода к данной точке диапазона
измерения. Вариация определяется по
значениям выходного сигнала при
подходе  к
одному и тому же значению входного
сигнала сначала со стороны больших, а
затем — меньших значений. В отличие от
чувствительности вариация характеризуется
изменением не входного, а выходного
сигнала.

Вариация
показаний имеет место в приборах с
подвижной частью на кернах (вызывается
в основном трением в опорах), а также в
приборах с магнитомягкими сердечниками
или магнитопроводами при работе на
постоянном токе. Для большинства приборов
вариация не должна превышать абсолютного
значения допускаемой основной погрешности.

Не­возвращение
указателя к отметке механического
нуля определяется
при плавном подводе указателя к этой
отметке от наиболее удаленной от нее
отметки шкалы. Оно обусловлено упругим
последействием растяжек или спиральных
пружин и не должно превышать (для приборов
с подвижной частью на растяжках)
значения  γ_уп =0,01
γ_кл ℓ_ш, где γ_кл —  числовое
обозначение класса прибора; ℓ_ш -длина
шкалы, мм.

          Диапазон
измерений –
область значений величины, в пределах
которой нормированы допускаемые пределы
погрешности средства измерений.

          Значения
величины, ограничивающие диапазон
измерений снизу и сверху (слева и справа),
называют соответственно «нижним пределом
измерений прибора» или «верхним пределом
измерений прибора».

        Нижний
предел измерения реально не бывает
равным нулю, так как он ограничивается
обычно порогом чувствительности,
помехами или погрешностями измерений.
Поэтому для многих измерительных
приборов, на шкале которых имеется
отметка « 0 », нижний предел измерения
в действи­тельности не равен нулю.

        Различают 
полный  и рабочий  диапазоны  
измерения измеряемой    величины
(рис.3.2).

Диапазон,
в котором относительная погрешность
не превышает 100 %, называетсяполным
диапазоном.   Полный
диапазон ограничивается снизу порогом
чувствительности_ПОР.,
а сверху — конечным
значением X_К, т.е. Х_П = _ПОР … X_К  или
Д_П = X_К/_ПОР. 

Под  порогом
чувствительности понимается
минимальное значение входной
величины,   которое  можно  обнаружить  с  помощью   данного  средства  измерения
без каких либо дополнительных устройств,
погрешность её измерения   =
100 % . Порог чувствительности выражается
в единицах измеряемой величины. В
электромеханических измерительных
приборах порог чувствительности не
равен нулю вследствие трения подвижной
части.

       
Диапазон, в котором
относительная погрешность не превышает
некоторого заранее заданного значения  _З,
называется рабочим
диапазоном изменения
измеряемой величины. Рабочий
диапазон ограничивается снизу значением
Х=Х_З ,
при котором  = _З,
а сверху – конечным значением X_К ,
т.е. Х_Р =
Х_З …
Х_К или
Д_р =
Х_K/
Х_З.
Рабочий диапазон всегда представляет
часть полного диапазона.

        Чувствительность определяется
как отношение приращения выходного
сиг­нала Х_П на
выходе измерительного прибора к
вызвавшему это приращение изменению
входного сигналаХ. В общем случае
чувствительность определяется как

                            (3.3)

и
называется абсолютной
чувствитель­ностью.
Эта величина является размерной и
зависит от единиц, в которых
выражаются X и Y .  Для
линейной градуировочной ха­рактеристики
чувствительность S = const,
для нелинейных характеристик
чувствительность является переменной
величиной, различной для разных значений
Х.

        В
практике пользуются относительной
чувствительностью

 ,                 (3.4)

где  X/X —
относительное изменение входной
величины, выражаемое чаще всего в
процентах. Относительная
чувствительность S₀  имеет
размерность выходной величины на 1%
изменения входной величины.

Для
стрелочных приборов  .
Поэтому измеряемая величина

 ,                  (3.5)

где  —
показание прибора;  1/S –
постоянная прибора или цена деления.

В
приборах с линейной градуировочной
характеристикой цена деления постоянна
в диапазоне  измерений и носит название
— постоянная
прибора.
Для получения значения величины в
соответствующих единицах надо отсчет
в делениях умножить на постоянную
прибора.

           Измеряемый
объект и  средство  измерений  связаны  и    взаимодействуют
между со­бой. Такое взаимодействие
необходимо для проведения измерения.

          Для
приведения в действие измерительного
прибора необходима энергия, которая
потребляется от объекта измерения.
Естественно, эта энергия должна быть
небольшой, чтобы измерительный прибор
не вносил заметного искажения в измеряемый
процесс. Поскольку мощность, потребляемая
входной цепью прибора,  конечна,  ее
значение является важным по­казателем
средства измерения.

          У
электромеханических приборов потребляемая
мощность определяется
входным сопротивлением прибора. Для
прибо­ров, реагирующих на напряжение
(включаемых параллельно участку цепи),
входное сопротивление должно быть
большим, тогда входная мощность Р =
U²/R_ВХ будет
невелика. У приборов, чувствительных к
току (включаемых последовательно в
электрическую цепь), входное сопротивление,
наоборот, должно быть минимальным (по
крайней мере, намного меньшим, чем
сопротивление участка цепи).

          Входное
сопротивление является
важным параметром средства измерений.
Оно показывает степень приспособленности
данного средства к измерениям в маломощных
измерительных цепях. Если мощность,
потребляемая входной цепью прибора,
одного порядка с мощностью входного
сигнала, приходится вводить поправки
или обеспечивать согласование прибора
с источником измерительного сигнала.

          Динамические
характеристики средства
измерений описывают
инерционные свойства средств измерений
и определяют зависимость выходного
сигнала средств измерений от меняющихся
во времени величин: входного сигнала,
нагрузки, влияющих величин.

При
изменении измеряемого значения подвижная
часть ИМ, обладающая определенным
моментом инерции, не сразу устанав­ливается
в положение равновесия, а совершает во
время пере­ходного процесса
колебательное, или апериодическое,
движение.

Временем
успокоения подвижной
части ИМ называется промежуток времени,
прошедший с момента изменения измеря­емой
величины до момента, когда отличие
показания прибора от установившегося
его показания не превысит ±1% от длины
шкалы.

Время
успокоения t_У отсчитывают
от начала перемещения указате­ля до
того момента, когда поло­жение указателя
будет отличаться от установившегося
не более чем на ±1% от угла шкалы (≤
0,01α_Ш).

           Для
измерительных приборов обычно
указывается время
установления показания:
промежуток времени с момента начала
измерения до момента установления
показаний (т.е. когда переходный процесс
закончился). Значение  t_У для
боль­шинства электромеханических
приборов не должно превышать 4 с (для
электростатических и те­рмоэлектрических
приборов 6 с).

Отношение
первого отброса α₁ указателя
(размаха первого колебания подвижной
части при внезапном изменении измеряемой
величины) к установившемуся отклонению
α₀ для
показывающих приборов не должно превышать
1,5 (ε = α₁/α₀ ≤
1,5). Это отноше­ние является характеристикой
переходного процесса в рассматри­ваемых
приборах.

Надежностью
измерительного прибора называется
его свойство выполнять заданные функции,
сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в заданных
пределах, соответствующих заданным
условиям использования, хранения и
транспортирования. Надежность прибора
– это, прежде всего его безотказность,
т. е. свойство непрерывно сохранять
работоспособ­ность в течение некоторого
времени. Нарушения работоспособности
или отказы характеризуются изменениями
одного или нескольких заданных параметров
прибора, которые могут быть скачкообразными
(внезапные отказы) или постепенными
(постепенные отказы).

Для
щитовых приборов и переносных показывающих
приборов основными контролируемыми
параметрами, по которым опреде­ляют
отказы, являются основная погрешность,
вариация, не­возвращение указателя,
влияние наклона, электрическая прочность
и сопротивление изоляции, время
успокоения. Показатели надеж­ности
приведены в ГОСТ 22261—82, 27.003—83, 4.194—85.

Электромеханические приборы

Д

Рис. 4.

ля измерения напряжения и силы тока
широко применяются элек­тромеханические
приборы. Общим термином электромеханические
при­боры обозначают средства измерений,
структурная схема которых пред­ставлена
на рисунке 4. Эта схема включает в себя
измерительную схемуИС, измерительный
механизмИМи отсчетное устройствоОУ. К элек­тромеханической группе
принадлежат измерительные приборы
магни­тоэлектрической, электромагнитной,
электродинамической, электроста­тической
и индукционной систем. Приборы этих
систем часто входят в состав и других,
более сложных, средств измерений. По
физическому принципу, положенному в
основу построения и конструктивному
испол­нению, эти приборы относятся к
группе аналоговых средств измерения,
т.е. средств измерения, показания которых
являются непрерывной функ­цией
измеряемой величины.

Измерительная схема представляет собой
совокупность сопротивлений, индуктивностей,
емкостей и иных элементов электрической
цепи прибора и имеет своей основной
задачей преобразовать измеряемую
физическую ве­личину
в некоторую новую величину,
под воздействием которой проис­ходит
перемещениеподвижной части измерительного механизма,
отсчитываемое с помощью отсчетного
устройства. Таким образом, если выполняется
зависимость,
то прибор может быть проградуирован в
единицах измеряемой величины. Понятно,
что для этого необхо­димо, чтобы
каждому значению измеряемой величины
соответствовало одно, и только одно,
определенное отклоне­ние.
Не менее важно, чтобы параметры схемы
и измерительного механизма не изме­нялись
при изменении внешних условий, на­пример,
температуры окружающей среды, частоты
питающего схему тока и других факторов.

В большинстве электромеханичес­ких
приборов выходным перемещени­ем
является угловое перемещение стрелки.
Реже встречаются конструк­ции приборов
с линейным перемеще­нием указателя.
Рассмотрим работу электромеханического
прибора с уг­ловым перемещением
стрелки. Под­вижная часть измерительного
меха­низма с угловым перемещением
изо­бражена на рисунке 5 и представляет
собой ось1со стрелкой2,
вращаю­щуюся в подпятниках3.Возможный угол поворота стрелки ограничен
упорами4; шкала прибора –5.

П

Рис. 5.

ри подаче на вход измерительной
схемы прибора измеряемой ве­личины
возникает вращающий момент, описываемый
выражением:

.
(1)

Чтобы каждому значению измеряемой
величины
соответствовало определенное отклонение
стрелкинеобходимо уравновесить вращаю­щий
моментпротиводействующим моментом,
противополож­ным вращающему и
возрастающим по мере увеличения угла
поворота подвижной части.

В большинстве электроизмерительных
приборов про­тиводействующий момент
создается плоской спиральной пружинкой
6, для которой справедливо соотношение:

, (2)

где
– коэффициент, зависящий от свойств
материала и размеров пружинки. При
совместном воздействии вращающего и
противодейст­вующего моментов
положение равновесия, т.е. установившееся
отклоне­ние стрелки, определяется из
условия.
Учитывая (1) и (2), получим:

. (3)

Решение этого уравнения представляет
собой градуировочную ха­рактеристику
прибора. Из (3) следует, что характер
градуировочной характеристики
определяется видом функциональной
зависимости (2).

Подвижная часть измерительного механизма
представляет собой ко­лебательную
систему. Для того чтобы в процессе
достижения устано­вившегося положения
стрелка прибора не испытывала слишком
долгих колебаний в электромеханических
приборах, применяются успокоители,
создающие момент успокоения,
пропорциональный скорости перемеще­ния
стрелки:

,

где
– коэффициент успокоения.

Различают воздушные, жидкостные и
магнитоиндукционные успо­коители. В
воздушных и жидкостных успокоителях
успокоение достига­ется торможением
специального элемента подвижной части
(лепестка, поршня) за счет трения о воздух
или жидкость.

В магнитоиндукционных успокоителях
торможение осуществляется за счет
взаимодействия магнитных полей магнита
и токов, индуцированных в проводящих
элементах подвижной части при их движении
в поле этого маг­нита.

Наиболее распространенными в практике
технических измерений являются
электромеханические приборы
магнитоэлектрической и элек­тромагнитной
систем.

П

Рис. 5.

Рис. 6.

риборы магнитоэлектрической системы.Принцип действия приборов магнитоэлектрической
системы основан на использовании
взаимодействия поля постоянного магнита
и катушки (рамки), по ко­торой протекает
ток.

Устройство прибора схематически
изображено на рисунке 5. Между полюсами
постоянного магнита NS с помощью
полюсных наконечников3и
цилиндриче­ского сердечника2создается воздушный зазор такой формы,
что силовые линии магнитного поля при
любом положении рамки1перпендикулярны
ее проводникам.

Сила, действующая на одну сторону рамки
в маг­нитном поле (рисунок 6), определяется
законом Ампера:
,
где– ток в проводниках рамки,– длина той части стороны рамки, которая
находится в магнитном поле (активная
длина),– магнитная индукция в воздуш­ном
зазоре,– число витков рамки.

На другую сторону рамки действует такая
же сила, но противоположно направлен­ная.

Момент сил определяется как произведение
силы на плечо. Следовательно,
,
где– ширина рамки,– пло­щадь рамки.

Значения
,,для каждого прибора постоянны, поэтому
последнюю формулу можно записать в виде,
где– постоянный коэффициент.

Ток к рамке подводится через две
спиральные пружины, которые одновременно
служат для создания противодействующего
момента. Момент, создаваемый пружиной,
пропорционален углу закручивания,
по­этому
,
где– постоянный коэффициент,– угол поворота рамки (равный углу
закручивания пружины).

Учитывая, что в момент отсчета, когда
стрелка неподвижна,
,
получаем.
Из этого равенства находим

.

Таким образом, угол поворота рамки и
стрелки-указателя пропорционален току,
т.е. прибор может быть отградуирован
как амперметр.

На основании закона Ома имеем
,
где– напряжение на зажимах прибора,– электри­ческое сопротивление рамки
прибора.

После подстановки получаем:

.

Поскольку отношение
для данного прибора – величина постоянная,
последнее выражение показы­вает, что
прибор может быть отградуирован как
вольтметр.

Демпфирующий момент в магнитоэлектрических
приборах создается за счет вихревых
токов, возни­кающих в алюминиевом
каркасе рамки при перемеще­ниях
подвижной системы.

Магнитоэлектрические амперметры и
вольтметры являются основными
измерительными приборами в цепях
постоянного тока.

Приборы магнитоэлектрический системы
обладают высокими точностью и
чувствительностью, малым собственным
потреблением энергии. Они имеют
равно­мерную шкалу (угол отклонения
стрелки пропорцио­нален току), их
показания почти не зависят от влия­ния
внешних магнитных полей. Основной
недостаток этих приборов – невозможность
измерений в цепях переменного тока.

Для измерений в цепях переменного тока
магнито­электрические приборы включают
через выпрямители. Высокочувствительный
магнитоэлектрический прибор, соединенный
с выпрямительной схемой, называют
при­бором выпрямительной системы.
Выпрямительные эле­менты (диоды)
монтируют в корпусе прибора и обес­печивают
одно- или двухполупериодное выпрямление
переменного тока.

Приборы выпрямительной системы находят
широ­кое применение. Обычно их
изготовляют комбиниро­ванными, т.е.
предназначенными для измерения тока,
напряжения, сопротивления в цепях
постоянного и переменного тока с
различными пределами измерения.

Выпрямительные схемы вносят дополнительные
по­грешности в измерения, поэтому
класс точности прибо­ров выпрямительной
системы относительно невысок и обычно
составляет 1,5–2,5.

Приборы
электромагнитной системы. В
основе работы приборов электромагнитной
систе­мы лежит принцип механического
взаимодействия магнитного поля и
ферромагнитного материала.

У

Рис. 7.

стройство прибора схематически
изображено на рисунке 7. Сердечник3из магнитомягкого (для умень­шения
потерь на гистерезис) материала
втягивается в катушку1при прохождении
тока по ее обмотке. Противодействующий
момент создается пружиной2. Демпфирование
осуществляется воздушным демпфе­ром4, представляющим собой гильзу, в
которой может перемещаться легкий
поршень, связанный со стрелкой.

Вращающий момент пропорционален квадрату
тока, так как магнитные поля катушки и
сердечника создаются одним и тем же
измеряемым током, про­ходящим по
катушке:

;

Последнее выражение показывает, что
угол откло­нения стрелки пропорционален
квадрату тока или напряжения. Шкала
прибора квадратичная, сжатая вначале.

Приборы электромагнитной системы широко
применяют для измерений в цепях
постоянного и перемен­ного токов. Они
просты и надежны, обладают высокой
перегрузочной способностью и механической
прочностью. Однако этим приборам при­сущ
ряд недостатков, основ­ными из которых
являются низкая чувствительность,
невысокая точность, значительное
собственное потребление энергии,
неравномерность шкалы, влияние внешних
магнитных полей на показа­ния приборов.

Приборы
электродинамической системы. Приборы
электродинамической системы основаны
на принципе механического взаимодействия
проводни­ков, по которым проходит
ток.

У

Рис. 8.

стройство прибора поясняется рисунке
8. Катушка2неподвижна, катушка3помещается на оси и может поворачиваться
вместе с закрепленной на ней стрел­кой.
Ток к подвижной катушке подводится с
помощью пружин1, которые одновременно
служат для создания противодействующего
момента. Успокоение подвижной системы
осуществляется воздушным демпфером4.

Амперметры и вольтметры электродинамической
системы имеют квадратичную шкалу.

Широко распространены электродинамические
ват­тметры – приборы для изме­рения
электрической мощ­ности в цепях
постоянного и переменного токов.
Элект­родинамические ваттметры имеют
равномерную шкалу.

Основное достоинство приборов
электродинамиче­ской системы –
большая точность измерений в цепях
постоянного и переменного тока. К
недостаткам этих приборов следует
отнести значительное собственное
потребление энергии и под­верженность
воздействию внешних магнитных полей.

Разновидностью приборов электродинамической
системы являются ферродинамические
приборы, у ко­торых для повышения
вращающего момента магнит­ный поток
неподвижной катушки создается в
спе­циальном магнитопроводе.

Конструкция ферродинамического прибора
анало­гична конструкции прибора
магнитоэлектрической системы, у которого
постоянный магнит заменен элект­ромагнитом.
Для уменьшения потерь на вихревые токи
магнитопровод ферродинамического
прибора изготов­ляют из тонких листов
электротехнической стали или прессуют
из ферромагнитного порошка с
электроизо­ляционным наполнителем.

Ферромагнитный сердечник вносит
дополнительные погрешности в измерения,
однако, применение высоко­качественных
материалов и совершенной технологии
изготовления позволяет получить
ферродинамические ваттметры класса
точности 0,2.

Существенным недостатком приборов
ферродинамической системы является
зависимость их параметров от частоты
измеряемого тока.

Кроме рассмотренных выше систем
существует еще целый ряд других систем.
Например,электростатическая система,
в осно­ве которой лежит взаимодействие
двух систем заряженных проводников,
одна из которых является подвижной;индукционная система, в основе
которой лежит взаимодействие магнитных
по­токов электромагнитов и вихревых
токов, индуцированных маг­нитными
потоками в подвижной части, выполненной
в виде алюминиевого диска;тепловая
система, основанная на изменении
длины проводника, по которой протекает
измеряемый ток.

Т

Рис. 9.

ермоэлектрические приборыиспользуются для измерения токов в
диапазоне высоких частот. Термоэлектрический
прибор состоит из термоэлектрического
преобразова­теля и прибора
магнитоэлек­трической системы.
Простейший тер­мопреобразователь
(рисунок 9) содер­жит нагревательН,
по которому протекает измеряемый токи связанную с ним термопаруТП.
Рабочий спай термопарыанаходится
в тепловом контакте с нагревателем.
Нагреватель представляет собой тонкую
проволоку из сплава с высоким удельным
сопротивлением (нихром, манганин). Еще
более тонкие проволочки из термоэлектродных
материалов применяют для изготовления
термопары. При прохождении измеряемого
тока через нагреватель место контакта
нагревателя и тер­мопары нагревается
до температурыа холодный спайbостается при температуре окружающей
среды.В установившемся тепловом режиме
мощность, выделяемая в нагревателеи мощность, рассеиваемая на­гревателем
в окружающую среду,
равны. Если учесть, что:

,
а,

где
– коэффициент теплоотдачи от нагревателя
к окружающей сре­де,– площадь теплоотдающей поверхности
нагревателя,– перегрев рабочего спая термопары над
температурой окружающей среды (),– сопротивление нагревателя, то:

.

При перегреве рабочего спая термопары
на величину
в цепи тер­мопары возникает
термоэлектродвижущая сила:

,

где
– коэффициент пропорциональности.

Таким образом, при прохождении измеряемого
тока через нагрева­тель в цепи
магнитоэлектрического прибора возникает
постоянный ток
– пропорциональный квадрату среднего
квадратического значения из­меряемого
тока.

,

где
– сопротивление магнитоэлектрического
прибора.

Так как действие прибора основано на
тепловом действии тока, то понятно, что
магнитоэлектрический прибор с
термоэлектрическим пре­образователем
измеряет среднее квадратическое значение
переменного тока любой формы. Шкала
термоэлектрического прибора близка к
квадратичной.

Т

Рис. 10.

ермоэлектрические преобразователи
разделяются на контактные (рисунок 9) и
бесконтактные (рисунок 10).В контактном
преобразова­теле имеется гальваническая
связь между нагревателем и термопарой,
т.е. между входной и выходной цепями,
что не всегда допустимо. В бес­контактном
преобразователе нагреватель отделен
от термопары изоля­тором из стекла
или керамики, либо воздушной прослойкой.

Термоэлектрические приборы получили
распространение преимуще­ственно
для измерения токов. В качестве вольтметров
они практически не применяются, так как
их входное сопротивление чрезвычайно
мало.

К достоинствам приборов термоэлектрической
системы можно отнести высокую
чувствительность к измеряемому току,
широкий диапазон частот, а также
возможность измерения средних
квадратических значений токов
про­извольной формы. Недостатком
термоэлектрических приборов является
не­равномерность шкалы, зависимость
показаний от температуры окружаю­щей
среды и большая инерционность
термопреобразователей. Термоэлек­трические
приборы очень чувствительны к перегрузкам.

В зависимости от назначения
термоэлектрические приборы имеют
различные пределы измерения (от 1 мА до
50 А), классы точности (от 1,0 до 2,5) и
частотный диапазон (от 45 Гц до сотен
мегагерц).

Что такое электромеханические медицинские устройства? — Как они работают

Что такое электромеханическое медицинское устройство?

Электромеханическое устройство — это устройство, в котором используются как электрические, так и механические процессы. Устройство обычно включает в себя электрический сигнал, который создает механическое движение, или механическое движение, которое создает электрический сигнал. Использование электромеханических систем в медицинских устройствах выгодно для повышения контроля над действием устройства, поддержки устойчивого использования энергии, производства чистого и гигиеничного оборудования, создания компактных и мощных инструментов, снижения затрат для всех сторон и соблюдения нормативных требований.

Как электромеханические устройства используются в здравоохранении?

В здравоохранении электромеханические медицинские устройства используются во многих областях. Электромеханическое устройство может быть разработано в любой ситуации, когда требуется точное управление движением. Например, системы доставки лекарств являются основным направлением нашей работы в Gilero, и для поставщиков медицинских услуг важно иметь систему, которая может обнаруживать даже малейшее срабатывание механизма доставки лекарств. Такие электромеханические системы доставки лекарств могут точно отмерять очень небольшие количества лекарств, что обычно требуется для новорожденных и детей. Использование интегрированной системы также обычно позволяет лучше контролировать повторяемость процесса, поскольку исключает ручное движение от человеческого ввода. Другим популярным примером является хирургическая система да Винчи, которая представляет собой роботизированную хирургическую систему, предназначенную для облегчения операции с использованием минимально инвазивного доступа. Аппарат обычно управляется хирургом с консоли и использует как электрические, так и механические движущиеся части для выполнения своих функций. Сочетая механическую точность с мастерством и опытом хирурга, эти инновации могут значительно снизить риск хирургических ошибок. Эти системы уменьшают субъективность и неточность процессов, обычно выполняемых вручную, давая пациенту больше спокойствия и повышая вероятность успешного выполнения процедуры.

Примеры электромеханических медицинских устройств

Электромеханические медицинские изделия используются в медицине каждый день. Вот несколько распространенных примеров:

• Кардиодефибрилляторы
• Кардиостимуляторы
• Вентиляторы
• Внутривенные помпы
• Инсулиновые помпы
• Мониторинговое оборудование, такое как мониторы сердечного ритма и пульсоксиметры

90915 Диагностическое оборудование, такое как МРТ 0015 Медицинские лазеры

• Инкубаторы для новорожденных
• Носимые медицинские устройства и другие подключенные устройства
• Подключенные к Интернету системы мониторинга соблюдения режима приема лекарств

Электромеханические инженерные возможности Gilero

Gilero имеет специальную команду по интегрированным системам, которая занимается проектированием и разработкой электромеханических медицинских устройств. В эту команду входят эксперты в области системной архитектуры, аппаратного обеспечения, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения и электротехники с подтвержденным опытом успешной разработки сложных электромеханических устройств и систем. Мы часто работаем с клиентами над разработкой компонентов электромеханических систем, таких как насосы, кассеты и датчики, а также над полномасштабной разработкой целых электромеханических устройств.

Наши обширные предложения услуг позволяют нам предоставлять комплексные электромеханические медицинские устройства и устройства для доставки лекарств, которые работают безопасно, стабильно и удовлетворяют потребности пользователей. Компания Gilero сертифицирована по стандарту ISO 13485 и соответствует стандарту IEC 60601. Чтобы узнать больше о наших инженерных услугах и о том, как мы можем помочь с вашим следующим проектом электромеханического медицинского устройства, свяжитесь с нами сегодня.

Готовы воплотить в жизнь свою идею медицинского устройства или устройства для доставки лекарств?
Поговорите сегодня с экспертом.

Начать проект

Вернуться к блогу

Опубликовано в:

• Электромеханический

• Медицинский прибор

Электромеханические устройства: определение и примеры

В HARtech мы ежедневно используем электромеханику. Это почти наверняка верно и для вас — электромеханические устройства и оборудование можно найти везде, от промышленных машин до потребительских товаров. Почти каждое устройство с электрическими и механическими процессами можно считать «электромеханическим».

Мы предлагаем один из ведущих электромеханических услуг в Квебеке. Мы имеем большой опыт проектирования, эксплуатации и испытаний электромеханических устройств в различных отраслях промышленности. Продолжайте читать, чтобы узнать больше об этих продуктах, которые стали неотъемлемой частью современной жизни.

Что такое электромеханические устройства?

Электромеханика объединяет электромагнитные науки электротехники и механики.

Бесчисленное количество повседневных товаров зависит от этих систем, от электрических окон и транспортных средств до стиральных и сушильных машин.

Примеры распространенных электромеханических устройств

Практически невозможно перечислить каждое отдельное электромеханическое устройство. Скорее всего, вы используете это оборудование каждый день, как лично, так и профессионально. Некоторые из наиболее распространенных устройств используются в:

• бытовых приборах, таких как посудомоечные машины, холодильники или пылесосы
• транспорте, таком как поезда и трамваи
• автомобильной промышленности, с генераторами переменного тока и электродвигателями
• CD- и DVD-плееры, принтеры
• моторы и другие гидравлические прессы

Как работают электромеханические устройства?

Чтобы лучше понять электромеханику, давайте посмотрим, как работают 3 наиболее часто используемые системы:

1.

Электродвигатели

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую с помощью системы зубчатых передач и магнитных полей.

Электрические системы могут питаться от различных источников постоянного и переменного тока, включая батареи, выпрямители, электрические сети, инверторы и электрические генераторы. Бытовые товары, в которых используются электродвигатели, включают вентиляторы, блендеры и стеклоподъемники.

2. Соленоиды

Соленоид представляет собой цилиндрический объект, который создает магнитное поле, когда ток течет по его проводу для создания линейного движения. Его также можно использовать в качестве индуктора вместо электромагнита, чтобы препятствовать изменениям электрического тока.

Соленоид состоит из катушки штопорообразной проволоки, намотанной на поршень, обычно сделанный из железа. В соленоидах используются магниты, которые можно включать и выключать с помощью компьютера или отключая ток. Это делает их особенно полезными в качестве переключателей или клапанов, используемых в обычных продуктах, таких как ключи от автомобилей, дверные звонки и различные автоматизированные промышленные системы.

<3. Мехатроника

Мехатроника — это область, объединяющая механические, электрические, автоматизированные и компьютерные системы. Его часто рассматривают как будущее автоматизированного производства. Те, кто работает на стыке этих дисциплин, могут также обладать обширными знаниями в области робототехники, электроники и телекоммуникаций. Инженеры-мехатроники стремятся создавать более простые, но более мощные и интеллектуальные системы.

Многие продукты, которые когда-то были чисто механическими, теперь основаны на мехатронике, включая автомобильные системы, такие как антиблокировочная система тормозов, и потребительские товары, такие как цифровые зеркальные камеры. Эти типы систем представляют собой будущее электромеханической области.

Технологический прогресс и будущее электромеханики

Многие работы, которые когда-то выполнялись людьми, теперь выполняются машинами благодаря технологическим достижениям в области автоматизации и машинного обучения.