Принципиальное устройство электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы

Общие сведения.

Электроизмерительные приборы.

Для измерения различных характеристик электромагнитного поля используют электроизмерительные приборы. Например, силу элект­рического тока измеряют амперметром, напряжение (разность потен­циалов) - вольтметром, электрическое сопротивление - омметром, мощность тока - ваттметром и т. д.

В отличие от длины, непосредственно, визуально измеряемой на­блюдателем, характеристики электромагнитного поля не воспринима­ются органами чувств и поэтому должны быть преобразованы.

Электроизмерительные приборы - средства измерений характе­ристик электромагнитного поля, вырабатывающие сигнал в форме, доступной для восприятия наблюдателя.

По типу вырабатываемого сигнала электроизмерительные приборы подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровые приборы вырабатывают сигналы, представляемые в цифровой форме на дисплее.

Аналоговые приборы представляют сигнал, являющийся непре­рывной функцией измеряемой физической величины. Например, в амперметре угол отклонения стрелки на шкале прибора пропорциона­лен силе тока.

В аналоговых приборах энергия электрического или магнитного поля преобразу­ется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора.

По способу преобразования энергии и по конструктивным особен­ностям аналоговые приборы подразделяют на следующие системы (см. табл. 1).

№	Система прибора	Условное обозначение системы
	Электростатическая
	Электродинамическая
	Электромагнитная
	Магнитоэлектрическая

Условное обозначение системы измерительного прибора схемати­чески показывает принцип преобразования энергии электромагнит­ного поля в механическую энергию перемещения подвижной части прибора.

Принцип действия прибора электростатической системы осно­ван на электростатическом взаимодействии электродов, между кото­рыми существует разность потенциалов (напряжение).

В приборе электродинамической системы магнитное поле, созда­ваемое током в неподвижной катушке, действует на ток, протекаю­щий в подвижной катушке. Взаимодействие токов приводит к поворо­ту подвижной катушки.

В приборе электромагнитной системы измеряемый ток протекает по неподвижной катушке. Воздействие магнитного поля катушки на ферромагнитный сердечник приводит к его повороту, угол которого зависит от силы измеряемого тока.

Остановимся подробнее на устройстве приборов магнитоэлектри­ческой системы.

Принципиальное устройство электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы.

В электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы (амперметрах, вольтметрах) используют поворот рамки с током в маг­нитном поле. В магнитном поле постоянного магнита располагается катушка, намотанная на цилиндр из мягкого железа, способная вра­щаться вокруг горизонтальной оси. При такой конструкции угол между собственной и внешней индукцией равен , так что вращательный момент, действующий на катушку, максимален.

На катушку действует вращательный момент, пропорциональный силе тока и числу витков : . Катушка с током поворачивается до тех пор, пока момент сил Ампера, действующих на катушку со стороны маг­нитного поля, не уравновесится моментом сил упругости пружины, возвращающих катуш­ку в положение равновесия. Можно считать, что момент сил упругости пружины пропор­ционален углу поворота катушки:

Где – постоянный коэффициент пропорциональности. Равенство моментов позволяет найти измеряемую силу тока:

Измеряемая сила тока прямо пропорциональна углу отклонения стрелки, т. е. данный прибор можно использовать как амперметр.

Если к катушке с сопротивлением приложено напряжение , то из закона Ома получаем:

Приложенное напряжение прямо пропорционально углу поворота катушки, следовательно, такой прибор можно использовать в качест­ве вольтметра.

В таблице 2 приведены некоторые обозначения на шкале приборов, характеризующих ток, и требуемое пространственное расположение шкалы прибора.

Тип	Обозначение	Положение шкалы	Обозначение
Постоянный		Вертикальное
Переменный, 50Гц		Горизонтальное
Трёхфазный		Наклонное под углом к горизонту