Электромагнитные измерительные механизмы

В электромагнитных измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит вследствие взаимодействия магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, с измеряемым током и одного или нескольких ферромагнитных сердечников. Наибольшее распространение получили измерительные механизмы с плоской (рис. 2.1.8) и с круглой катушкой. Неподвижная часть измерительного механизма первого типа в основном состоит из плоской катушки А, магнита М и экрана Э. Подвижная часть имеет ось В с укрепленными на ней стальным сердечником Б, указательной стрелкой, концом спиральной пружины и алюминиевым сектором Г успокоителя. Измеряемый постоянный ток, проходя по катушке А, намагничивает сердечник Б. Сила F (рис. 2.1.9), втягивающая сердечник внутрь катушки, стремится переместить его в положение, при котором энергия магнитного поля имеет наибольшее значение. При повороте сердечника Б на угол d a приращение энергии магнитного поля .

Энергия вращательного движения, как известно из механики, определяется произведением вращающего момента М на угол поворота (d a), т.е. . Поэтому

.

Отношение (d L / d a) есть скорость изменения индуктивности катушки при повороте сердечника. Приняв в первом приближении отношение (d L / d a) постоянным, получим:

М = k₁I².

Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов

М = М _пр = Da, откуда угол поворота подвижной части . Таким образом, угол поворота a пропорционален квадрату тока, следовательно, шкала будет квадратичной (неравномерной). Выбором формы сердечника и его расположением относительно катушки можно получить различные зависимости (d L / d a) = f (a). Обычно стремятся к тому, чтобы при малых токах отношение (d L / d a) имело большие значения, а при больших токах – малые, вследствие чего шкала будет близкой к равномерной в ее рабочей части, т.е. от 20 до 100 % номинального значения.

При прохождении по катушке переменного тока вращающий момент М = k₁ i ² изменяется пропорционально квадрату мгновенного значения тока. Вследствие значительного момента инерции подвижной части и большого периода собственных колебаний угол поворота ее будет определяться средним за период значением момента:

Рис. 2.1.10 Измерительный механизм логометра электромагнитной системы

, так как (квадрату действующего значения тока), а угол поворота будет пропорционален квадрату действующего значения тока.