Электромагнитный измерительный механизм

Электромагнитный измерительный механизм (рис.11.1) состоит из неподвижной катушки 3 и подвижного ферромагнитного сердечника 1, эксцентрично закрепленного на оси. К оси крепятся противодействующие пружины 2, указательная стрелка и успокоитель. В приборах такой системы, вращающий момент создается воздействием на подвижный ферромагнитный сердечник 1 магнитного поля измеряемого тока неподвижной катушки 3. Сердечник втягивается в узкую щель катушки при наличии в ней измеряемого тока. Подвижная часть устанавливается на растяжках или на опорах. Для создания противодействующего момента используют упругие свойства спиральной пружины 2. При втягивании ферромагнитного сердечника внутрь катушки с током магнитное поле катушки усиливается, возрастает энергия магнитного поля, dW = Fdl.

Вращающий момент M_Bp=k_lI².

Противодействующий механический момент спиральной пружинки М_пр = k₂α, где α — угол закручивания пружинки — угол поворота стрелки. Стрелка прибора остановится на каком-либо делении шкалы, когда вращающий и противодействующий 1моменты окажутся равны друг другу М_вр = М_пр

Рис. 11.1 или k₁I²= k₂α, откуда

α= (k₁/k₂)I² = kl².

Таким образом, угол поворота стрелки пропорционален квадрату тока, проходящего по катушке. Следовательно, шкала прибора неравномерна — в начале шкала сжата. Увеличение густоты делений в начале шкалы объясняется квадратичной зависимостью угла поворота стрелки от силы тока в катушке. Неравномерность шкалы несколько исправляется подбором формы сердечника и взаимным расположением катушки и сердечника.

Электромагнитные приборы служат для измерения в цепях постоянного и переменного токов. Сердечник из магнитомягкого ферромагнетика быстро перемагничивается с изменением направления тока в катушке и втягивается в катушку при любом направлении тока.

Электромагнитные приборы имеют низкий класс точности и используются в качестве щитовых приборов.

Достоинство электромагнитных приборов в том, что они служат для измерения величины в цепях постоянного и переменного тока, по конструкции просты, дешевы, весьма устойчивы к перегрузкам.

К недостаткам электромагнитных приборов следует отнести: неравномерность шкалы; наличие остаточного намагничивания сердечника; низкая точность в цепях постоянного тока за счет остаточного намагничивания сердечника; влияние внешних магнитных полей на показания прибора, из-за небольшого собственного магнитного поля катушки; малая чувствительность, поскольку малый ток, проходя по катушке, не может вызвать заметных отклонений подвижной части прибора, большое собственное потребление энергии.

12.Электродинамический измерительный механизм.

В электродинамических измерительных приборах (рис.12.1) имеются две катушки. Одна неподвижная 1, выполненная из толстого изолированного провода, другая катушка 2 подвижная, намотана из тонкого изолированного провода и крепится на оси. На этой же оси крепится указательная стрелка 3 и алюминиевая пластина 4 электромагнитного успокоителя.

Работа приборов электродинамической системы основана на принципе взаимодействия двух катушек с током. При прохождении тока по катушкам подвижная катушка поворачивается так, чтобы её плоскость совпала с плоскостью неподвижной катушки. Вместе с катушкой поворачивается указательная стрелка и алюминиевая пластинка успокоителя. Вращающий

момент при взаимодействии катушек пропорционален

силе токов, проходящих через них,

Рис. 12.1 М_вр = kI₁I₂,

где I₁ — ток в неподвижной катушке, I₂ — ток в подвижной катушке, k— коэффициент пропорциональности. Противодействующий момент пропорционален углу поворота катушки

М_пр = k₂α.

При равенстве моментов стрелка устанавливается в положение равновесия М_пр = М_вр. Следовательно,

k₂α = k₁l₁l₂, α= k₁l₁l₂/ k₂

Таким образом угол отклонения стрелки прибора пропорционален произведению силы токов в неподвижной и подвижной катушках.

Приборы электродинамической системы применяются в качестве амперметров, вольтметров и ваттметров в цепях постоянного и переменного токов, так как направление вращающего момента не изменяется при изменении направления обоих токов.

Электродинамические приборы имеют ряд достоинств: возможность применения для измерений в цепях постоянного и переменного тока; высокую точность, обусловленную отсутствием в токонесущих катушках металлических частей. К недостаткам электродинамических приборов нужно отнести: низкую чувствительность, так как малый ток в катушках не вызовет заметного отклонения подвижной катушки; большая чувствительность к перегрузке, так как ток в катушки подводится через тонкие спиральные пружинки 5; влияние внешних магнитных полей на показания прибора, из-за небольшого собственного магнитного поля катушек; неравномерность шкалы (кроме ваттметра).

Для устранения влияния внешних магнитных полей электродинамические приборы изготовляются экранированными. В экранированных приборах обе катушки помещаются в железный цилиндр (экран) 6.

Часть недостатков можно устранить, если внутри обоих катушек поместить ферромагнитные сердечники. Такой измерительный механизм называют ферродинамическим. Введение ферромагнитного сердечника позволяет уменьшить собственное потребление энергии, увеличить чувствительность и отказаться от электромагнитных экранов. Однако вместо устраненных недостатков появляются другие: существенно снижается точность прибора из-за наличия остаточной индукции в ферромагнитных сердечниках, усложняется конструкция прибора.

Электродинамические измерительные механизмы применяют для лабораторных переносных приборов повышенной точности, а ферродинамические чаще изготавливают щитовыми и применяют в цепях переменного тока.