Chương 2 8/24/2009 Thành DC 2 Chương 2 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ 2.1.Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu cơ điện 2.1.1 Khái niệm chung 2.1.2 Các mômen tác động lên phần động cơ cấu 2.1.3. Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện 2.2.1 Cơ cấu từ điện 2.2.2 Cơ cấu điện từ 2.2.3. Cơ cấu điện động 2.2.4 Cơ cấu cảm ứng 2.3 Chỉ thị số 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Các loại chỉ thị số 2.3.3 Mã và các mạch biến đổi mã 8/24/2009 Thnh DC 3 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in Cơ cấu chỉ thị là dụng cụ đo mà số chỉ của nó là đại lợng tỉ lệ với đại lợng đo liên tục. Chỉ thị cơ điện là cơ cấu chỉ thị có tín hiệu vào là dòng điện và tín hiệu ra là góc quay của kim chỉ thị. Đại lợng cần đo sẽ trực tiếp biến đổi thành góc quay của kim chỉ thị, tức là thực hiện việc chuyển đổi năng lợng điện từ thành năng lợng cơ học làm quay kim chỉ thị đi một góc : = f(x), x là đại lợng vào. Cơ cấu chỉ thị cơ điện bao gồm có hai phần là phần tĩnh và phần quay. Tuỳ theo phơng pháp biến đổi năng lợng điện từ ngời ta chia thành cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng và tĩnh điện. 2.1.1 Khỏi nim chung Cỏc c cu ch th ny thng dựng trong cỏc dng c o cỏc i lng: dũng in,in ỏp, cụng sut, tn s, gúc pha, in tr ca mch in mt chiu v xoay chiu tn s cụng nghip. 8/24/2009 Thnh DC 4 Các chi tiết cơ khí chung của chỉ thị cơ điện a.Trc v tr Là bộ phận quan trọng trong các chi tiết cơ khí của các cơ cấu chỉ thị cơ điện. Đảm bảo cho phần động quay trên trục có gắn các chi tiết của phần động nh kim chỉ thị, lò xo phản, khung dây. b. B phn phn khỏng Lò xo phản kháng Dây căng Dây treo Hình 2.1a Một số cơ cấu phản kháng 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in -Lũ xo phn khỏng hoc dõy cng v dõy treo: to ra mụmen cn (cú mụmen cn riờng D) v dn dũng in vo khung dõy. Dõy cng v dõy treo c s dng khi cn gim mụmen cn tng nhy ca c cu ch th 8/24/2009 Thành DC 5 8/24/2009 Thnh DC 6 c. Kim chỉ thị góc quay Kim chỉ thị góc quay đợc gắn với trục quay. Độ di chuyển của kim trên thang chia độ tỉ lệ với góc quay . Ngoi ra có thể chỉ thị góc quay bằng ánh sáng. d. Thang chia độ Gơng Hình 2.1b Thang chia độ Thang chia độ là mặt khắc độ thang đo, để xác định giá trị đo 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in 8/24/2009 Thnh DC 7 e.B phn cn du Để rút ngắn quá trình dao động của phần động, xác lập vị trí nhanh chóng trong cơ cấu chỉ thị. Thông thờng sử dụng hai loại cản dịu đó là cản dịu kiểu không khí va cản dịu kiểu cảm ứng a) Cơ cấu cản dịu kiểu không khí b) Cơ cấu cản dịu kiểu cảm ứng Hình 2.2 Một số cơ cấu cản dịu thờng gặp 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in 8/24/2009 Thnh DC 8 2.1.2. Cỏc mụmen tỏc ng lờn phn ng c cu a. Mô men quay Khi có dòng điện chạy trong cơ cấu chỉ thị, thì trong nó sẽ tích luỹ một năng lợng điện từ, năng lợng này đợc biến thành cơ năng làm quay phần động đi một góc nào đó, có nghĩa là thực hiện một công cơ học: dA = M q d Trong đó: dA: lợng vi phân của công cơ học M q : mô men quay d : lợng vi phân của góc quay Theo định luật bảo toàn năng lợng dW e = dA, dW e lợng vi phân của năng lợng điện từ Vậy: e q dW M d = 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in 8/24/2009 Thnh DC 9 b. Mụmen phn Dới tác dụng của mô men quay, nếu không có gì cản lại thì phần động của cơ cấu sẽ quay đi một góc lớn nhất có thể có đợc. Vì vậy ngời ta tạo ra các mô men cản tỷ lệ với góc quay nhờ các bộ phận phản kháng là lò xo xoắn, dây căng hoặc dây treo. Ta có: Mp = D ; D là hệ số phụ thuộc vào kích thớc vật liệu chế tạo l ũ xo, dây căng hoặc dây treo. Khi mô men quay cân bằng với mô men cản thì phần động đứng yên Mq = Mc = D c. Mô men ma sát Đối với các dụng cụ dùng trục quay ta phải xét đến ảnh hởng của lực ma sát giữa trục và ổ , mô men ma sát đợc tính theo công thức kinh nghiệm M ms = K. G n ; K: hệ số tỷ lệ, G: trọng lợng phần động, n = (1.3 ữ 1.5) 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in 8/24/2009 Thnh DC 10 d. Mụ men cn du Khi trục quay dẫn đến kim chỉ thị quay theo cho tới vị trí cân bằng rồi mới dừng lại, do phần động có quán tính và lò xo bị kéo nên kim sẽ dao động rồi mới đứng yên cho nên phải có bộ phận ổn định dao động kim hay bộ phận cản dịu. Mô men cản dịu đợc chế tạo sao cho có trị số tỷ lệ với tốc độ quay của phần động: . cd d Mp dt = Hình 2.3 Sự dao động của kim p: hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bộ phận cản dịu. Từ biểu thức trên cho ta thấy khi phần động ở vị trí cân bằng thì: 0 d dt = nh vậy mô men cản dịu không làm ảnh hởng đến kết quả đo. 2.1.Phng trỡnh cõn bng mụmen phn ng c cu c in [...]... dùng chế tạo các ôm mét, mê gôm mét 8/24/2009 Thnh DC 21 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in 2.2.2 Cơ cấu đo điện từ Lá thép di động Khung dây Kim chỉ Trục quay Kim chỉ thị Cơ cấu cản dịu I Lò xo phản kháng b) Cơ cấu điện từ loại đẩy a) Cơ cấu điện từ loại hút Hình 2.6 Cơ cấu chỉ thị điện từ 8/24/2009 Thnh DC 22 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in a) Cu to chung: Phn tnh: l cun... 4, kim ch 6, i trng 7 Ngoi ra cũn cú lũ xo cn 3, bng khc 8 8/24/2009 Thnh DC 23 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in a Cấu tạo Cơ cấu gồm hai loại chính Kiểu cuộn dây dẹt (cơ cấu chỉ thị điện từ loại hút) và kiểu cuộn dây tròn (cơ cấu chỉ thị điện từ loại đẩy) Cơ cấu cuộn dây dẹt có phần tĩnh là cuộn dây dẹt cho dòng điện cần đo đi qua, còn phần động là 1 lá thép đặt lệch tâm có thể quay trong... trình mô men chuyển động của cơ cấu Giải phơng trình này ta tìm đợc (t) Tuỳ theo quan hệ giữa J, P, D mà cơ cấu dao động hay không dao động và quyết định đến tính ổn định và thời gian đo của cơ cấu 8/24/2009 Thnh DC M Mq1 Mq2 0 M c1 c1 12 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in 2.2.1 Cơ cấu đo từ điện 2.2.1.1 Loại có một khung dây động Nam châm vĩnh cửu Kim chỉ thị Khung dây Lò xo phản kháng... trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in 2.2.3 Cơ cấu đo điện động 2.2.3.1 Loại có một khung dây động a Cu to Cơ cấu gồm hai cuộn dây Cuộn dây tĩnh có tiết diện lớn, ít vòng cuộn dây tĩnh dây và thờng chia làm hai phân đoạn Phần động là một khung dây có nhiều vòng dây và tiết diện nhỏ Ngoài ra còn có kim cuộn dây động chỉ thị, bộ phận cản dịu, lò xo Hình 2.7 Cơ cấu chỉ thị điện động phản 8/24/2009 Thnh DC 29... hợp với bộ chỉnh lu + ứng dụng: dùng chế tạo A, V, Om mét, điện kế có độ nhạy cao Dùng làm cơ cấu chỉ không trong các đồng hồ vạn năng, trong các cầu đo vv vv 8/24/2009 Thnh DC 18 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in 2.2.1.2 Loại có hai khung dây động (Lôgômét từ điện) a Cu to - Phần tĩnh giống nh cơ cấu một khung dây nhng khe hở không khí giữa cực từ và lõi sắt non là không đều nhau - Phần... phn ng c cu c in 2.1.3 Phơng trình cân bằng phần động của cơ cấu đo Theo định luật cơ học đối với một chuyển động quay Đạo hàm bậc nhất của mômen động lợng theo thời gian bằng tổng các mô men quay tác động lên vật quay ấy d 2 d d J = Mi J 2 = Mi dt dt dt J : mô men quán tính phần động Mi : Tổng các mô men tác động lên phần động của cơ cấu bao gồm: dWdt d n Mq = ; M ms = K G ; M cd = p ; M p... tự nh cơ cấu 1 khung dây ở trên nhng có độ chính xác cao hơn, công suất tổn thất thấp, độ nhạy rất cao, ít bị ảnh hởng của từ trờng ngoài Góc lệch tỷ lệ với tỷ số hai dòng điện đi qua các khung dây, điều này thuận lợi khi đo các đại lợng vật lý thụ động phải cho thêm nguồn ngoài Nếu nguồn cung cấp thay đổi nhng tỷ số hai dòng điện vẫn đợc giữ nguyên do vậy mà tránh đợc sai số Đợc dùng chế tạo các ôm... trung bình: T M qtb T 1 1 dL 1 2 1 dL 2 2 = M q (t )dt = I max sin (t )dt = 2 d I 2 d T 0 T 0 Với I là trị hiệu dụng của dòng hình sin Tại vị trí cân bằng Mq = Mc Mq = D = 1 2 dL I 2 D d Vậy cơ cấu chỉ thị điện từ có thể đo đợc cả dòng một chiều và dòng xoay chiều 8/24/2009 Thnh DC 26 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in c Đặc điểm và ứng dụng - Ưu điểm: + Có cuộn dây ở phần tĩnh nên có... = const D SI : gọi là độ nhạy của cơ cấu theo dòng điện Ta thấy tỷ lệ bậc nhất với I 8/24/2009 Thnh DC 16 2.2 Phng trỡnh chuyn i ca cỏc c cu ch th c in c c im v ng dng - Ưu điểm: + Dụng cụ có độ nhạy cao và không đổi trong toàn thang đo + Độ chính xác cao, ít chịu ảnh hởng của từ trờng ngoài, tiêu thụ năng lợng ít + Vì tỷ lệ bậc nhất với I nên thang chia độ của cơ cấu đều -Khả năng quá tải kém vì... trong lòng cuộn dây tĩnh sẽ có một từ trờng Từ trờng này sẽ tác động lên dòng điện chạy trong các cuộn dây động sinh ra các mô men Mq1, Mq2 M q1 dM 1 = I I1 cos I , I1 d M q2 dM 2 = I I 2 cos I , I 2 d Với M1, M2 là hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây tĩnh và lần lợt các cuộn dây động Ngời ta bố trí sao cho các mômen này ngợc chiều nhau, vậy khi cân bằng phần động, ta có Mq1 = Mq2 8/24/2009 Thnh DC . động cơ cấu 2.1.3. Phương trình cân bằng mômen phần động cơ cấu 2.2. Phương trình chuyển đổi của các cơ cấu chỉ thị cơ điện 2.2.1 Cơ cấu từ điện 2.2.2 Cơ. nghip. 8/24/2009 Thnh DC 4 Các chi tiết cơ khí chung của chỉ thị cơ điện a.Trc v tr Là bộ phận quan trọng trong các chi tiết cơ khí của các cơ cấu chỉ thị cơ điện. Đảm