Приборы магнитоэлектрической системы

Конструктивно измерительные механизмы (ИМ) приборов данной системы могут быть выполнены с подвижным магнитом или с подвижной катушкой.

Рис. 2.1 Устройство прибора магнитоэлектрической системы:

1 – постоянный магнит; 2 – полюсные наконечники; 3 – неподвижный сердечник; 4 – обмотка; 5, 6 – полуоси; 7, 8 – пружины; 9 – стрелка;

10 - уравновешивающий груз.

Динамика подвижной системы описывается с помощью следующих выражений:

, (2.4)

- момент вращения;

- противодействующий момент;

(2.5)

В – магнитная индукция в зазоре;

S – площадь рамки;

ω – число витков в катушке;

К – жесткость пружины.

- угол поворота.

Из этого следует, что угол поворота рамки () пропорционален чувствительности прибора () и величине измеряемого тока ():

,

где - чувствительность прибора к току.

Для величины измеряемого тока используют следующее соотношение:

;

где - постоянная прибора по току.

Таким образом, значение измеряемого тока можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току , известной для каждого прибора.

Гасители колебаний: пневматически жидкостные и на вихревых токах. Противодействие пружины используется для подвода тока к рамке. Подвижная система крепится с помощью растяжек, анкерных соединений.

Достоинства: характеризуется высокой линейностью, чувствительностью, стабильностью показателей, малое собственное потребление мощности, большой диапазон измерений, на показания прибора не влияют внешние магнитные и электрические поля.

Недостатки: без преобразователей приборы используют только в цепях постоянного тока, имеют малую перегрузочную способность, сложны и дороги, на показания прибора оказывает влияние изменение температуры окружающей среды.

Применение: магнитоэлектрические ИМ используются в амперметрах, вольтметрах, омметрах, гальванометрах, в электронных приборах. Используют для измерения различных физических величин – электрической и неэлектрической природы.

В логометрах этой системы создаётся второй противодействующей рамкой, что позволяет измерять отношение токов и делает показания прибора независимыми от напряжения источника питания. Подвижная система таких приборов состоит из двух жестко закрепленных между собой под определенным углом рамок. Особой формой полюсных наконечников и сердечника, находящегося между ними, искусственно создается неравномерное поле магнитное поле от постоянного магнита. Токи к рамкам подводятся через безмоментные токоподводы, не создающие противодействующего момента. Направление токов в рамках логометра выбирается так, чтобы моменты, создаваемые рамками, были направлены в противоположные стороны. Тогда в общем виде можно записать:

(2.6)

Равновесие такой подвижной системы наступает при равенстве моментов, действующих на рамки, что определяет соотношение токов вида:

~. (2.7)

Рис. 2.2 Электрическая схема и устройство маг­нитоэлектрического логометра.

У логометра при повороте рамки магнитное поле в воздушном зазоре изменяется неравномерно.

К магнитоэлектрическим приборам относятся и гальванометры – высокочувствительные приборы для измерения крайне малых токов. В гальванометрах нет подшипников, их подвижная часть подвешена на тонкой ленточке или нити, используется более сильное магнитное поле, а стрелка заменена зеркальцем, приклеенным к нити подвеса (рис. 1). Зеркальце поворачивается вместе с подвижной частью, а угол его поворота оценивается по смещению отбрасываемого им светового зайчика на шкале, установленной на расстоянии около 1 м. Самые чувствительные гальванометры способны давать отклонение по шкале, равное 1 мм, при изменении тока всего лишь на 0,00001 мкА.

На рисунке показана схема устройства магнитоэлектрического гальванометра постоянного тока.

Рис. 2.3 Схема устройства магнитоэлектрического гальванометра:

1 – подвес; 2 постоянный магнит; 3 – зеркало; 4 – рамка; 5 – полюсные наконечники; 6 – токоподводы; 7 – неподвижный сердечник.

На рамку ИМ при подаче тока действуют вращающий момент, пропорциональный величине измеряемого тока, противодействующий момент, создаваемый закручивающимся подвесом и моментом успокоения. Коэффициент успокоения такой подвижной системы (р) определяется конструктивными параметрами гальванометра (Ψ) и значениями сопротивлений измерительной цепи. Изменяя величину сопротивления можно изменять коэффициент успокоения системы.

Известно, что движение вращающегося тела определяется уравнением

, (2.8)

где J – момент инерции подвижной системы.

Для гальванометра это уравнение примет вид

. (2.9)

Интеграл этого дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами дает описание динамики подвижной системы прибора: .

Рис. 2.4 Передаточная характеристика измерительного устройства.

При слабом демпфировании такой динамической системы колебания подвижной части гальванометра будут постепенно затухать из-за потерь на трение подвижной части прибора (режим – 1).

При критическом значении коэффициента демпфирования происходит быстрое установление стационарного состояния подвижной части прибора (режим - 2). Величина критического сопротивления определяет динамические характеристики гальванометра, и значение этого сопротивления указывается на шкале прибора.

При сильном демпфировании колебаний в системе не будет происходить, движение рамки будет апериодическим (кривая - 3).

К метрологическим характеристикам таких приборов относится: чувствительность, период собственных колебаний, внешнее, и полное критическое значения сопротивлений.

Гальванометры используют для измерения малых токов (до А) и напряжений (до В), а также в качестве нуль - индикаторов.

Резонансные гальванометры имеют подвижную часть, настраиваемую в резонанс с внешним сигналом. По ширине световой полосы судят о величине амплитуды сигнала.

Регистрирующие приборы записывают «историю» изменения значения измеряемой величины. К наиболее распространенным типам таких приборов относятся самописцы, записывающие кривую изменения величины на диаграммном бумажном носителе, аналоговые электронные осциллографы, развертывающие кривую процесса на экране электронно-лучевой трубки, и цифровые осциллографы, запоминающие однократные или редко повторяющиеся сигналы.

Основное различие между этими приборами – в скорости записи. Ленточные самописцы с их движущимися механическими частями наиболее подходят для регистрации сигналов, изменяющихся за секунды, минуты и еще медленнее. Электронные осциллографы же способны регистрировать сигналы, изменяющиеся за время от миллионных долей секунды до нескольких секунд.

Основные компоненты ИИС

Измерение электрической мощности и энергии

Система автоматического контроля

Измерительные механизмы с выпрямителями и термопреобразователями

Поисковая система телеизмерений

Вернуться в оглавление: Методы и средства измерений электрических величин