Электроизмерительные приборы. Расчет элементов

Электроизмерительные приборы. Расчет элементов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

Факультет информационных технологий

Кафедра информационных технологий

Отчёт

по практической работе

по дисциплине «Детали приборов и основы конструирования»

Тема:

Электроизмерительные приборы. Расчет элементов

Барнаул 2012

Цель работы:

Определить размеры упругого элемента в форме спирали (сечение)

Изучить крепление рамки электроизмерительного прибора в виде подвеса

Рассчитать параметры растяжек подвеса магнитной рамки стрелочного прибора (диаметр).

Сравнить эти два способа крепления по результатам расчетов.

Ход работы:

Расчет размеров упругого элемента в форме спирали:

Рисунок 1, а - Схема проводника с током в цепи; б - Схема параметров спирали

Дано:

№_вар. = 5

d_к = 10 мм

h_к = 10 мм

B=5 Тл

Е=100 ГПа

мм

 мкА

d_осн = 0,4 мм

кг

Найти:

h - ?

b - ?

S - ?

Решение:

Зная количество витков, можем найти длину спирали:

Необходимо, чтобы электромагнитный момент спирали  был равен электромагнитному моменту, т.е.. При этом момент, созданный спиральным элементом равен:

 Н*м, где

M - момент спирального элемента,

F - сила,

l - плечо,

 - диаметр катушки,

 - номинальный угол,

 - вектор магнитной индукции.

Найдем электромагнитный момент:

Н*м

,

где  - момент инерции относительно оси Ох.

м = 74,62

Отсюда м = 895,5 мкм

Зная отношение b к h, найдем коэффициенты отношения:

Зная b, h найдем площадь сечения:

Найдем длину спирали:

м

Найдем момент силы трения:

Н*м

Найдем момент инерции относительно оси Оу:

 Н*м

Найдем момент сопротивления при кручении:

Найдем модуль сдвига:

ГПа

Найдем момент сопротивления:

 Н*м

Зная значения электромагнитного момента и момента силы трения, построим график их отношения в зависимости от угла:

подвес растяжка электроизмерительный прибор

Расчет параметров растяжек подвеса:

Рисунок 2 - Схема стрелочного электроизмерительного прибора с креплением рамки на подвесах (растяжках)

Дано:

№_вар. = 5

Диаметр рамки Ø_k - 10 мм

Высота рамки h_k - 10 мм

Суммарная длина растяжек Lp - 40 мм

Диаметр провода рамки - 0,01 мм

Количество витков n - 50

Индуктивность магнитного поля магнитов В - 5 Tл

Номинальный ток Iн - 50 мA

Номинальный угол поворота φ_н - 120 ͦ (

Коэффициент Пуассона для материала растяжки -μ - 0,25

Модуль Юнга для материала растяжки Е - 120 ГПа

Найти: диаметр растяжки d в мм

Решение:

Сила Ампера, действующая на рамку с током в магнитном поле, и приводящая рамку в движение:

,

где  - сила Ампера, Н;  - номинальный ток, мА;  - индукция магнитного поля, Тл;

- общая длина растяжек, мм,  - номинальный угол поворота.

Общая длина растяжек:

,

где  - высота рамки, мм; n - число витков.

Магнитный момент:

_,

где  - магнитный момент, создаваемый силой Ампера, Н*м;  - сила Ампера, мкА;  - диаметр рамки, мм.

Номинальный момент кручения равен электромагнитному моменту:

.

Расчеты:

(Н)

(Н*м)

(Н*м)

Номинальный угол поворота:

где  - номинальный момент кручения, Н*м;  - суммарная длина растяжек, мм;  - модуль продольной упругости (модуль сдвига), ГПа;  - осевой момент инерции, Н*м.

где  - модуль второго рода (модуль Юнга), ГПа;

 - коэффициент Пуассона для данного материала.

Осевой момент инерции равен:

где  - искомый диаметр растяжки подвеса.

Таким образом,

Отсюда выражаем искомый диаметр:

Расчеты:

(ГПа)

(Н*м)

(м)

Вывод:

в результате расчета параметров упругого элемента в форме спирали (сечение) при заданных номинальных параметрах прибора

( мкА и , B = 5 Тл)

Длина спирали lc = 0,094 м, высота спирали h = 74,62 , толщина спирали b = 895,5 мкм, площадь сечения

Для технической реалии стоит брать высоту h от 10 до 30 мкм (10, 20, 30) значит, величину b стоит брать из отношения b к h (b/h=12) от 120 до 360 мкм. При угле приближенном к бесконечности отношение моментов электромагнитного и силы трения будет составлять 1%. Момент сопротивления составил

Wx = 3,169 * 10^-14 Н*м.

В результате расчетов параметров растяжек подвеса выявили, что для обеспечения заданных параметров прибора ( мкА и , B = 5 Тл) необходимо использовать стержни для подвеса диаметром 0.027 мм из стали с заданными параметрами (коэффициент Пуассона μ = 0,25 и модуль Юнга Е = 120 ГПа).

Момент сопротивления составил

Wx = 3,169 * 10^-14 Н*м.