Приборы электромагнитной системы

Среди приборов электромагнитной системы различают приборы с плоской (рис. 4, а) и с круглой катушкой (рис. 1.3, б) [2].

Устройство:

– неподвижная плоская (рис. 1.3, а) или круглая (рис. 1.3, б) катушка 1;

– подвижный ферромагнитный сердечник 2из магнитомягкого материала, жестко связанный с осью;

– ось 3;

– стрелка 4;

– успокоитель 5;

– спиральная противодействующая пружина 6;

– неподвижный сердечник 7;

– экран 8.

 

 

Катушки амперметров наматывают медным проводом диаметром 0,6 мм и более. Приборы для измерения силы тока до 5 А имеют обмотку из 40–50 витков медного провода диаметром до 1 мм. При токе около 250 А катушку выполняют из медной шины. Катушки вольтметров наматывают медным изолированным проводом диаметром 0,08–0,15 мм (при напряжении свыше 100 В) и 0,4 мм (при напряжении до 15 В).

Принцип действия. Передвижение подвижной части измерительного механизма происходит в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной катушки и одного или нескольких подвижных сердечников из ферромагнитных материалов.

При протекании тока по катушке в приборах с плоской катушкой (рис. 1.3, а) возникает магнитное поле, сердечник намагничивается и втягивается в щель каркаса катушки, поворачивая ось со стрелкой.

В приборах с круглой катушкой (рис. 1.3, б) вращающий момент создается при взаимодействии подвижной и неподвижной пластин. При протекании тока по катушке вращающий момент создается при взаимодействии подвижной и неподвижной пластин. Обе пластины намагничиваются одинаковой полярностью и взаимодействуют друг с другом. Подвижной сердечник смещается (отталкивается), поворачивая стрелку.

Шкала прибора – квадратичная, сжатая вначале. При измерении переменного тока её показания пропорциональны действующему значению напряжения.

При измерении переменного тока или напряжения сердечник одновременно с изменением магнитного поля рабочей катушки перемагничивается. Знак угла поворота (направление вращающего момента) подвижной части не зависит от направления тока в катушке, что позволяет измерять переменные токи и напряжения без дополнительных преобразователей.

 

 

Приборы магнитоэлектрической системы

Приборы магнитоэлектрической системы бывают двух разновидностей: с подвижной рамкой (рис. 1.1, а) и с подвижным магнитом (рис. 1.1, б) [2].

Устройство.

Измерительный механизм приборов магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой (рис. 1.1, а) состоит:

– из неподвижного цилиндрического сердечника 1, установленного строго по центру;

– из подвижной рамки 2 – легкого алюминиевого каркаса с обмоткой из тонкой (0,02–0,2 мм) медной или алюминиевой проволоки;

– из полюсных наконечников 3, 7;

– из постоянного магнита, изготовленного из высококачественной стали 5;

– из магнитопроводов 4, 6.

В воздушном зазоре между полюсными наконечниками создается магнитное поле с постоянной магнитной индукцией .

Измеряемый ток пропускают в обмотку рамки через две спиральные пружины, создающие противодействующий момент.

Специальные успокоители не применяются: колебание прекращается под воздействием поля постоянного магнита. В целях увеличения момента успокоения на рамку иногда наматывают несколько короткозамкнутых витков.

Кроме приборов с подвижной рамкой применяют, но значительно реже, приборы с подвижным или внутрирамочным магнитом. Подвижной магнит жёстко крепят на оси, он перемещается в магнитном поле, пропорциональном протекающему току.

При непосредственном включении приборов в измеряемую цепь можно измерить небольшие токи (15–30 мА) или напряжения (от 45 мВ до нескольких вольт). Для расширения пределов измерений применяются дополнительные устройства: шунты и добавочные резисторы.

Принцип действия. Подвижная часть перемещается в результате взаимодействия поля постоянного магнита с магнитным полем проводника с током.

На рамку действуют силы , направление которых определяют по правилу левой руки. Под действием этих сил рамка поворачивается на угол :

, (1.1)

где – магнитная индукция в зазоре; – сила тока, протекающего по рамке; – длина стороны рамки; – число витков обмотки рамки.

Создается вращающий момент:

, (1.2)

где – ширина рамки.

, (1.3)

где – площадь рамки.

При повороте рамки возникает противодействующий момент:

 

, (1.4)

где – удельный противодействующий момент упругого элемента измерительного механизма.

Противодействие вращению рамки оказывает пружина.

В установившемся режиме . Поэтому угол поворота рамки

, (1.5)

где – чувствительность прибора по току.

Из формулы видно, что угол отклонения пропорционален току ,
т. е. шкала прибора равномерная.

Угол отклонения можно выразить через входное сопротивление прибора и напряжение, приложенное на его зажимах:

, (1.6)

где – постоянная прибора по току; – постоянная прибора по напряжению.

При изменении направления измеряемого тока меняется направление отклонения рамки, в связи с этим следует учитывать полярность тока.

Достоинства:

– высокая чувствительность, обусловленная сильным собственным магнитным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент. Ток полного отклонения: 0,01 мкА;

– высокая точность вследствие высокой стабильности элементов измерительного механизма (ИМ). Класс точности: 0,05 или 0,1;

– малая потребляемая мощность (до десятых долей Ватта).

– незначительное влияние внешних магнитных полей благодаря сильному собственному магнитному полю;

– хорошее успокоение, объясняемое наличием постоянного магнита;

– равномерная шкала (у приборов с подвижной рамкой);

– простая конструкция, устойчивость к перегрузкам (у приборов с подвижным магнитом), так как измеряемый ток протекает непосредственно по катушке, а не по спиральным пружинам;

– чувствительность прибора не зависит от угла поворота рамки.

Недостатки:

1) приборов с подвижной рамкой:

– сложность и высокая стоимость конструкции;

– низкая перегрузочная способность, обусловленная перегревом противодействующих (токоведущих) пружин и изменением их свойств;

2) приборов с подвижным магнитом:

– большая масса;

– инерционность подвижной части;

– температурные влияния на точность измерения.

Область применения:

– в многопредельных, широкодиапазонных вольтметрах, амперметрах в цепях постоянного тока;

– в гальванометрах – высокочувствительных измерительных приборах с неградуированной шкалой;

– в логометрах (двухрамочных механизмах);

– в сочетании с преобразователями переменного тока в постоянный приборы используют при измерении в цепях переменного тока и при измерении сопротивлений.