電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的技術(shù)原理和應(yīng)用

秦國(guó)鑫

（哈爾濱電工儀表研究所，黑龍江 哈爾濱150028）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 電氣自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)也在不斷進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展步伐也隨之加快，因此當(dāng)其應(yīng)用在電氣測(cè)量設(shè)備中時(shí)，電氣測(cè)量設(shè)備也不斷的在發(fā)生變化，慢慢向自動(dòng)化與高精度方向發(fā)展。目前電氣自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室以及其它行業(yè)中的應(yīng)用都非常廣泛，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的作用也越來越顯著。

1 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的技術(shù)原理概述

1.1 電動(dòng)系儀表的技術(shù)原理

電動(dòng)系儀表是通過可動(dòng)和固定的兩組不同線圈來合成相應(yīng)的電氣測(cè)量系統(tǒng)，通電后形成一種能量，根據(jù)指針穩(wěn)定時(shí)能夠計(jì)算可動(dòng)線圈受到的驅(qū)動(dòng)力矩。 當(dāng)其作為電壓表或者電流表使用的時(shí)候，如果兩組線圈檢測(cè)的是電流的一部分， 或者兩組線圈檢測(cè)的是同一電流，被測(cè)電流的平方或者被測(cè)電壓的平方與指針偏轉(zhuǎn)角成正比；指針偏轉(zhuǎn)角與互感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率也成正比[1]。電動(dòng)系儀表的典型特征是：當(dāng)其作為電壓表使用時(shí)，可串聯(lián)不同的附加電阻來控制量程大?。划?dāng)其作為大量程的電流表使用時(shí)，可以將固定線圈和可動(dòng)線圈并聯(lián)；當(dāng)其作為小量程電流表使用，可將固定線圈和可動(dòng)線圈串聯(lián)。

1.2 電磁系儀表的技術(shù)原理

電磁系儀表的結(jié)構(gòu)分為扁線圈吸引型和圓線圈排斥型兩大類。其中吸引型線圈通電后會(huì)對(duì)可動(dòng)鐵心產(chǎn)生吸引力，使指針偏轉(zhuǎn)；而排斥型線圈通電后會(huì)使固定鐵心和可動(dòng)鐵心同時(shí)磁化，并且兩個(gè)鐵心同一側(cè)的磁化極性相同，從而產(chǎn)生排斥力，使指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時(shí)，指針便穩(wěn)定在某一位置，從而指示出被測(cè)量的大小。電磁系儀表的特征是：當(dāng)接入交流電后，由于可動(dòng)鐵心有一定的慣性會(huì)引起瞬時(shí)值的快速變化，指針偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)電流的瞬時(shí)值的平方以及交流電流有效值的平方都成正比關(guān)系，電磁系儀表既可以測(cè)量直流電，也能用于測(cè)量交流電。 這些情況導(dǎo)致電磁系儀表的標(biāo)尺刻度具有前密后疏的平方律特性。

1.3 磁電系檢流計(jì)的技術(shù)原理

磁電系檢流計(jì)的原理是利用檢流計(jì)可動(dòng)線圈在通電后產(chǎn)生力矩，并且在力矩的作用下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，按照牛頓第二定律，產(chǎn)生的力矩與慣性力矩、阻尼力矩之間具有平衡關(guān)系。一旦驅(qū)動(dòng)力矩發(fā)生變化，可動(dòng)線圈夾角就會(huì)變化。所以磁電系檢流計(jì)在從靜止到穩(wěn)定的過程中將會(huì)受到外電阻產(chǎn)生的阻尼的影響。 阻尼能夠決定可動(dòng)線圈的穩(wěn)定性，除此之外，由于可動(dòng)部件質(zhì)量輕、摩擦力小，如果對(duì)其施加一定的驅(qū)動(dòng)力矩，因慣性沖力會(huì)越過平衡點(diǎn)，一旦超過平衡點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致可動(dòng)線圈左右不停的搖擺； 但是如果可動(dòng)線圈與外電阻產(chǎn)生的回路電阻較小，那么就可以產(chǎn)生比較大的阻尼，從而有效避免振動(dòng)狀況的發(fā)生。

1.4 磁電系儀表的技術(shù)原理

磁電系儀表的技術(shù)原理是通過可動(dòng)線圈通電，使線圈在磁場(chǎng)中電磁力矩的作用下，引起指針轉(zhuǎn)動(dòng)，可動(dòng)線圈穩(wěn)定后，驅(qū)動(dòng)力矩等于反作用力矩，偏轉(zhuǎn)角與流經(jīng)可動(dòng)線圈中的電流成正比[3]。磁電系儀表的主要技術(shù)特征是：只能用于直流電路。 如果一定要在交流電路中使用該儀表，需要安裝整流器。 由于磁電系儀表的指針偏轉(zhuǎn)角與可動(dòng)線圈的電流成正比，標(biāo)尺的刻度也很均勻，標(biāo)尺制作很方便。 除此之外，磁電系儀表靈敏度高，這是因?yàn)榇烹娤祪x表采用的永久磁鐵和鐵心間的氣隙相對(duì)比較小，所以氣隙間的磁感應(yīng)強(qiáng)度比較高。 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度較高的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)力矩就會(huì)逐漸增大，而采用反作用力矩系數(shù)大的游絲就可以保證指針達(dá)到穩(wěn)定。 內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度很大，受到外部磁場(chǎng)的影響就會(huì)比較小，從而保證磁電系儀表準(zhǔn)確度比較高。 另外磁電系儀表消耗功率很低，被測(cè)電路對(duì)其的影響較小?？傊?，磁電系儀表是靈敏度高和消耗功率低的一種設(shè)備。

2 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子等領(lǐng)域的高速發(fā)展，電氣自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)在周邊產(chǎn)業(yè)中也有相應(yīng)的發(fā)展，而且已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了各種領(lǐng)域中，比如復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化測(cè)量、焊縫以及管棒材的自動(dòng)化測(cè)量等，其應(yīng)用主要包括下面幾個(gè)方面。

2.1 電氣自動(dòng)化測(cè)量的一般應(yīng)用

原材料的自動(dòng)化測(cè)量主要是針對(duì)批量生產(chǎn)的原材料進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)原材料的特點(diǎn)，采用超聲或者渦流等測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。 這種新材料新工藝結(jié)構(gòu)的超聲自動(dòng)化測(cè)量，主要是針對(duì)近年來航天航空等重要現(xiàn)代工業(yè)中迅速發(fā)展的復(fù)合材料、焊接技術(shù)等中的運(yùn)用。 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用不僅給自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)增添了活力，同時(shí)還為科學(xué)研究中材料的微結(jié)構(gòu)表征、缺陷評(píng)估等方面的測(cè)量帶來方便。 在生產(chǎn)制造過程中用自動(dòng)化測(cè)量來測(cè)量重要鍛件和鑄件， 可用自動(dòng)化超聲掃描、基于射線的成像方法、焊縫的超聲自動(dòng)化掃描等方法。這個(gè)過程主要是針對(duì)重要管道、特種設(shè)備以及服役設(shè)備等的電氣自動(dòng)化測(cè)量。

2.2 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的典型應(yīng)用

某個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的用于航天工業(yè)的某種復(fù)合材料，如果用已有的傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量需要眾多的技術(shù)人員花費(fèi)幾天的時(shí)間來進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)由于復(fù)合材料的承力結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，人們對(duì)復(fù)合材料的質(zhì)量、安全性和可靠性要求也日益提高。 因此這時(shí)應(yīng)采用自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)量。 具體可以運(yùn)用超聲穿透法，利用安裝在兩個(gè)對(duì)稱的多軸掃描機(jī)構(gòu)上的超聲換能器，使兩個(gè)探頭能夠在被測(cè)復(fù)合材料的構(gòu)件之間進(jìn)行自動(dòng)化掃描，利用入射聲波在復(fù)合材料的衰減變化來測(cè)量復(fù)合材料的缺陷[4]。此外，通過具體的技術(shù)控制和全面掃描，超聲測(cè)量設(shè)備可以同步控制鄰近工件的型面，并利用入射聲波評(píng)估與識(shí)別復(fù)合材料中的反射信息的不足之處，在多軸掃描機(jī)構(gòu)上安裝超聲換能器在數(shù)控系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)編程的共同作用下進(jìn)行檢測(cè)。一般來說復(fù)合材料的單個(gè)鋪層厚度為0.15mm，因此我們采用反射法來進(jìn)行測(cè)量，方便之處是如果要跟蹤測(cè)量多個(gè)型面，只測(cè)量一個(gè)工件就夠用。

3 結(jié)語

科學(xué)研究與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要保障在于電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備，電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的技術(shù)理論研究對(duì)電氣自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展尤其有非常重要的意義。因此自動(dòng)化相關(guān)部門應(yīng)該重視研究電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的技術(shù)原理，同時(shí)結(jié)合具體應(yīng)用促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，為我國(guó)電氣自動(dòng)化發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。

［1］溫澍萍.電氣自動(dòng)化儀器檢測(cè)原理及技術(shù)性能[J].價(jià)值工程，2012，4（8）:15.

［2］董世芳，黃娟.電力系統(tǒng)自動(dòng)化未來發(fā)展新技術(shù)的若干探討[J].中小企業(yè)管理與科技，2011,3（12）:54.

［3］金建華.配電自動(dòng)化與配電開關(guān)設(shè)備的發(fā)展（上）[J].華通技術(shù)，2013，8（11）:32.

［4］周志敏.電子裝置的過壓和過流保護(hù)與器件[J].通信電源技術(shù)，2012，9（13）:44-45.