Меню

Измерение переменных токов прибором магнитоэлектрической системы



Магнитоэлектрическая система

Принцип действия магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии поля постоянного магнита и проводников с током. В воздушном зазоре 1 (рис. 2) между неподвижным стальным цилиндром 2 и полюсными наконечниками NS неподвижного постоянного магнита расположена алюминиевая рамка с катушкой 3, состоящей из w витков изолированной проволоки.

Рисунок 2 — Устройство прибора

Катушка жестко соединена с двумя полуосями О и О’, сидящими в подшипниках. На полуоси О закреплены указательная стрелка 4 и две спиральные пружинки 5 и 5′, через которые к катушке подводится измеряемый ток. Полюсные наконечники NS и стальной цилиндр 2 обеспечивают в зазоре 1 равномерное и радиальное распределение индукции В магнитного поля. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводниках катушки 3 создается вращающий момент. Рамка с катушкой при этом поворачивается, и стрелка отклоняется на угол a. Электромагнитная сила Fэм , действующая на каждую из двух сторон катушки, равна wBLI. Вращающий момент, создаваемый парой сил Fэм , Мвр = Fэмd = wBLId = С1I , где d и L— ширина и длина рамки (катушки); С1 — коэффициент, зависящий от числа витков w, размеров катушки и магнитной индукции В. Повороту рамки противодействуют спиральные пружинки 5 и 5′, создающие противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания a:

где С2 — коэффициент, зависящий от жесткости пружинок. Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов

Угол поворота стрелки

пропорционален величине тока; следовательно, у приборов магнитоэлектрической системы шкала равномерная, что является их достоинством.

Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. Поэтому при включении прибора нужно соблюдать полярность включения.

При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по величине и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя применять непосредственно для измерений в цепях переменного тока.

В приборах магнитоэлектрической системы успокоение (демпфирование) стрелки происходит благодаря тому, что при перемещении алюминиевой рамки 5 в магнитном поле постоянного магнита NS в ней индуктируются вихревые токи. Направление этих токов по правилу Ленца таково, что они противодействуют вращению рамки и быстро успокаивают ее колебания.

Измерительные приборы магнитоэлектрической системы находят применение также при измерениях в цепях переменного тока. При этом в цепь подвижной катушки включают преобразователи переменного тока в постоянный или пульсирующий ток. Наибольшее распространение получили детекторная и термоэлектрическая системы.

На (рис. 3, а) показана принципиальная схема для измерения переменного тока прибором детекторной системы.

Рисунок 3 — Схемы включения магнитоэлектрического прибора детекторной (а) и термоэлектрической (б) систем в цепь переменного тока

Измерительный прибор включен в диагональ АВ моста, собранного из четырех выпрямительных полупроводниковых диодов. При переменном токе в цепи в диагонали АВ возникает пульсирующий ток, не меняющий своего направления. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, создает изменяющийся по величине, но действующий в одном направлении вращающий момент, пропорциональный току.

Отклонение стрелки прибора пропорционально среднему значению вращающего момента за период, а следовательно, среднему значению тока. Если в цепи действует синусоидальный ток, то шкалу прибора можно отградуировать в действующих значениях тока, поскольку между средним и действующим значениями тока существует определенное соотношение. При отклонении формы кривой тока от синусоиды правильное измерение действующих значений при указанной выше градуировке шкалы оказывается невозможным.

В приборах термоэлектрической системы в качестве преобразователя используется термопара 1. Измерительный прибор 2 соединен со свободными концами термопары, а рабочие концы, образующие ее горячий спай, нагреваются измеряемым током проволочного нагревательного элемента 3 (рис. 3, б).

Количество тепла Q, выделяемого в нагревателе, пропорционально квадрату действующего значения тока. Температура нагрева горячего спая термопары и ее ЭДС находятся в прямой зависимости от величины Q. В связи с этим отклонение стрелки измерительного прибора, пропорциональное ЭДС термопары, также находится в прямой зависимости от квадрата действующего значения тока.

Вольтметры и амперметры детекторной и термоэлектрической систем применяются для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц) и повышенных частот.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы:

1) точность показаний;

2) малая чувствительность к посторонним магнитным полям;

3) незначительное потребление мощности;

4) равномерность шкалы.

К недостаткам следует отнести:

1) необходимость применения специальных преобразователей при измерениях в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружинки 5 и 5′ из фосфористой бронзы при перегрузках нагреваются и изменяют свои упругие свойства).

Электромагнитная система

Принцип действия электромагнитных приборов основан на втягивании стального сердечника в неподвижную катушку при существовании в ней тока. Неподвижный элемент прибора — катушка 1, выполненная из изолированной проволоки, включается в электрическую цепь (рис. 4).

Подвижный элемент — стальной сердечник 2, имеющий форму лепестка, эксцентрично укреплен на оси О. С этой же осью жестко соединены указательная стрелка 3, спиральная пружинка 4, обеспечива­ющая противодействующий момент, и поршень 5 успокоителя. Ток в витках катушки 1 образует магнитный поток, сердечник 2 намагничивается и втягивается в катушку. При этом ось О поворачивается, и стрелка прибора отклоняется на угол a.

Магнитная индукция В в сердечнике (при отсутствии насыщения) пропорциональна току катушки. Сила F, с которой сердечник втягивается в катушку, зависит от величины тока и магнитной индукции В в сердечнике. Приближенно принимают, что сила F, а следовательно, и обусловленный ею вращающий момент пропорциональны квадрату тока в катушке:

Рисунок 4 — Устройство прибора Рисунок 5 -Устройство астатического электромагнитной системы механизма электромагнитной системы прибора

Противодействующий момент, уравновешивающий вращающий момент, пропорционален углу a. В связи с этим угол отклонения стрелки находится в квадратичной зависимости от тока; шкала прибора оказывается неравномерной.

Для успокоения подвижной части прибора обычно применяют воздушный демпфер. Он состоит из изогнутого цилиндра 6 и поршня 5, шток которого укреплен на оси О. Сопротивление воздуха, оказываемое перемещению поршня в цилиндре, обеспечивает быстрое установление стрелки на определенном делении шкалы.

Достоинства приборов электромагнитной системы:

1) простота конструкции;

2) пригодность для измерения в цепях постоянного и переменного тока;

3) надежность в эксплуатации.

К недостаткам следует отнести:

1) неравномерность шкалы;

2) влияние посторонних магнитных полей на точность показаний. Последнее обусловлено тем, что магнитное поле катушки расположено в воздушной среде и поэтому его индукция невелика.

Читайте также:  Что называют полной мощностью переменного тока

Для ослабления влияния посторонних магнитных полей в некоторых приборах применяют две катушки 1 и 2 (рис. 5) и два сердечника, установленные на общей оси и действующие в одном направлении вращающие моменты

Катушки расположенные так, что их магнитные потоки Ф1 и Ф2 направлены в противоположные стороны. Постороннее магнитное поле Фвн ослабляет поток Ф1 (уменьшая вращающий момент Мвр1 и одновременно усиливает поток Ф2, увеличивая вращающий момент Мвр2 . В результате общий вращающий момент Мвр.рез остается неизменным и зависит только от измеряемого тока. Приборы такой конструкции называются астатическими. Для уменьшения погрешности измерений, вносимых посторонними магнитными полями, некоторые приборы экранируют, помещая их в стальные корпуса.

Электродинамическая система

Приборы этой системы (рис. 6, а) состоят из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка укреплена на оси ОО‘ и расположена внутри неподвижной катушки. На оси ОО‘ подвижной катушки укреплены указательная стрелка 3 и спиральные пружинки 4 и 4’, через которые подводится ток к катушке 2. Эти пружинки одновременно создают противодействующий момент Мпр ,

Рисунок 6 — Устройство прибора

электродинамической системы (а) и принцип

действия (б)

пропорциональный углу закручивания a. Принцип действия прибора (рис. 6, б) основан на взаимодействии тока I2 подвижной катушки с магнитным потоком Ф1 неподвижной катушки.

При постоянном токе электромагнитная сила Fэм, действующая на проводники подвижной катушки, пропорциональна току I2 и магнитной индукции B1. Поскольку индукция B1 пропорциональна току I1 неподвижной катушки, вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению токов катушек:

где С¢ и С¢¢— коэффициенты пропорциональности. При переменном токе вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов:

Показание прибора в этом случае определяется средним за период значением вращающего момента:

Здесь С — коэффициент, зависящий от числа витков, геометрических размеров и расположения катушек; I1 и I2 — действующие значения токов в катушках; y — угол сдвига фаз между векторами токов I1 и I2 .

При равенстве моментов (Мвр = Мпр) подвижная катушка отклоняется на угол a и стрелка указывает на шкале числовое значение измеряемой электрической величины. Для успокоения подвижной части прибора используют воздушные демпферы. Электродинамические приборы применяют, главным образом, для измерения мощности в цепях переменного тока.

Достоинства приборов электродинамической системы:

1) высокая точность (обусловленная отсутствием ферромагнитных сердечников).

2) возможность использования для измерения электрических величин в цепях постоянного и переменного тока.

Недостатками приборов являются:

1) чувствительность к перегрузкам;

2) влияние посторонних магнитных полей на точность измерений;

3) неравномерность шкалы;

Электростатическая система

Энергия, запасенная системой заряженных пластин электростатического прибора при фиксированном напряжении

может изменятся только вследствие изменения электроемкости. Поэтому такие приборы могут быть построены на основе изменения расстояния между пластинами, активной площади пластин или среды между ними. Во всех случаях с поворотом подвижной части прибора должна изменяться энергия W за счет изменения емкости C.

Устройство вольтметра электростатической системы с переменным расстоянием между пластинами показано на рисунке 7. Измеряемое напряжение подключается к клеммам «А» и «Б» вольтметра, соединенным с двумя неподвижными изолированными пластинами «а» и «с». Между неподвижными пластинами на тонких бронзовых ленточках (пружинах) подвешена подвижная пластина «b» и электрически соединена с одной из неподвижных пластин. При включении напряжения эти пластины получают заряд одного знака, и подвижная пластина отталкивается от неподвижной. Вторая неподвижная пластина получает заряд противоположного знака, поэтому она притягивает к себе подвижную пластину. Таким образом, силы, действующие на подвижную пластину со стороны неподвижных, направлены в одну сторону. Поступательное перемещение подвижной пластины через тягу «d» преобразуется во вращательное движение оси и стрелки прибора.

Устройство электростатического вольтметра с переменной активной площадью показано на рисунке 8. Подвижные пластины «с» всегда получают заряды, противоположные по знаку зарядам неподвижных камер «а» и «b», и втягиваются в них. Успокаивающий момент создается, как правило, магнитоиндукционным способом.

Ценным свойством электростатических вольтметров является: отсутствие собственного потребления мощности при измерениях на постоянном токе и очень малое потребление мощности на переменном.

Рисунок 7 -Устройство вольтметра Рисунок 8 — Устройство электро-

Источник

Электроизмерительные приборы

Электроизмерительные приборы по принципу действия делятся на следующие системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, элек­тродинамическую, индукционную, электростатическую, тепловую и др.

Рассмотрим устройство и принцип действия приборов магнито­электрической системы (рис. 1).

Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток.

Применяя различные преобразователи и выпрямители, магнитоэлектрические приборы можно использовать также для электрических измерений в цепях переменного тока высокой частоты и для перемещения неэлектрических величин (температуры, давлений, перемещений и т. д.). Лабораторные измерения на постоянном токе производятся преимущественно посредством магнитоэлектрических приборов.

Неподвижную часть прибора со­ставляют постоянный подковооб­разный магнит 1 и железный цилиндр 2. В рабочем зазоре между ними образуется радиальное магнитное поле. Подвижная катушка 3 выпол­нена из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминие­вый каркас, помещена в узком рабочем зазоре, укреплена на оси и может свободно поворачиваться относительно этой оси.

Концы катушки электрически соединены с пру­жинками, по которым поступает ток в катушку. При наличии тока в катушке возникают силы со стороны магнитного поля, создающие вра­щаю­щий момент, пропорциональный току: . В то же время возникает и противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинками, который пропорционален углу закручивания пружинок .

При равенстве вра­щаю­щего и противодействующего моментов получаем

Таким образом, угол отклонения катушки, а следовательно, и скрепленной с нею стрелки, будет пропорционален силе протекающего по обмотке тока: .

Из последнего выражения следует, что шкала приборов магнито­электрической системы равномерная.

Для того чтобы по­движная часть возможно скорее устанавливалась в положении равновесия, в приборы есть успокоители. Последние нужны для поглощения кине­тической энергии подвижной части. Для большинства стрелочных при­боров время успокоения должно быть не более 4 с, причем временем успокоения считается время от момента включения прибора до момен­та, когда стрелка прибора отклоняется от положения равновесия не более чем на 1% шкалы. Применяются магнитоиндукционные и воздушные успокоители. Магнитоиндукционное успокоение основано на взаимодействии вихревых токов, индуктируемых в подвижной алюминие­вом каркасе при его движении в магнитном поле постоянного магнита, с этим полем.

Читайте также:  Прибор регулирующий силу тока в цепи 7 букв

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения посто­янных токов и напряжений, а также в качестве гальванометров и инди­каторов при измерении сопротивле­ний.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: высокая чувствительность и точность показаний; нечувствительность к внешним магнитным полям; малое потребление энергии; равномерность шкалы; апериодичность (стрелка быстро устанавливается на соответствующем делении почти без колебаний).

К недостаткам приборов этой системы относятся: возможность измерения только в цепях постоянного тока; чувствительность к перегрузкам. Для измерения переменного тока магнитоэлектрический измерительный механизм должен быть соединен с тем или иным преобразователем переменного тока в постоянный (напри­мер, двухполупериодный выпрямитель).

Для расширения пределов измерения приборы магнитоэлектриче­ской системы; а также приборы других систем снабжают набором ре­зисторов для делителей измеряемых величин. Резистор, включаемый последовательно с катушкой измерительного механизма, называется добавочным резистором (рис. 2) ; резистор, который включается параллель­но с катушкой измерительного механизма или с ветвью, содержащей катушку и добавочный резистор, называется шунтом (рис. 3).

Если магнитоэлектрический прибор, применяемый для измерения напряжения, имеет внутреннее сопротивление и номинальный предел измерения , а нужно расширить предел до , то сопротив­ле­ние добавочного резистора рассчитывается по формуле (вывести самостоятельно)

,

где , U – измеряемое напряжение, UV — предел измере­ния.

Если магнитоэлектрический прибор, применяемый для измерения тока, имеет внутреннее сопротивление и номинальный предел измерения IA, а нужно расширить предел до , то сопротив­ле­ние шунта определяется по формуле (вывести самостоятельно)

,

где , I — измеряемый ток, IA — предел измере­ния.

Шунты и добавочные резисторы являются простейшими измери­тельными преобразователями.

Приборы электромагнитной системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки А, по которой протекает измеряемый ток, и подвижного сердечника В из магнитомягкого ферромагнитного материала (рис. 4). Сердечник закреплен эксцентрично на оси и может входить в щель катушки, поворачиваясь вокруг оси О к которой прикреплена стрелка-указатель. Под действием магнитного поля катушки сердечник, стремясь расположиться так, чтобы его пересекало возможно больше силовых линий, втягивается в катушку по мере увеличения в ней силы тока. Противодействующий момент создается спиральной пружиной К. Приборы электромагнитной системы снабжаются воздушным успокоителем, представляющим собой камеру D, в которой перемещается алюминиевый поршенек Е (демпфер). При повороте сердечника поршенек встречает сопро­тивление воздуха, вследствие чего колебания подвижной части быстро затухают.

Магнитное поле катушки пропорционально току; намагничивание железного сердечника тоже увеличивается с увеличением тока, поэтому вращающий момент пропор­ционален квадрату силы тока:

,

где k1 – коэффициент, зависящий от конструкции прибора.

Противодействующий момент Мпр, создавае­мый пружиной К, про-пропорционален углу поворота подвижной части прибора:

,

где k2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от упру­гих свойств пружины.

Равновесие подвижной части прибора определится равенством моментов, действующих на нее в противоположных направлениях, т. е.

, где k=k1/k2 .

Таким образом видно, что угол отклонения подвижной части и указателя пропорциона­лен квадрату тока, поэтому шкала электромагнитных при­боров нерав­номер­ная.

С изменением направления тока меняется как направление магнитного поля, так и полярность намагничивания сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы применяются для измерения как на постоянном, так и на переменном токе низких частот, что является одним из их достоинств.

К другим достоинствами приборов электромагнитной системы относятся: про­стота конструкции, механическая прочность, выносливость в отношении перегрузок. Их недос­татками являются: неравномерность шкалы, меньшая точность и чувст­вительность, чем у приборов магнитоэлектрической системы, зависи­мость показаний от внешних магнитных полей.

Электромагнитные приборы являются одними из самых распро­страненных щитовых приборов для измерений в цепях переменного тока. Следует отметить, что основные данные электроизмерительного прибора указаны уловными обозначениями на его шкале (часть их может быть размещена и на корпусе прибора) которые приведены в приложении I.

Источник

§ 96. Магнитоэлектрические приборы

Устройство и принцип действия.

Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 321,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3. В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 321,б). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.

Магнитоэлектрический измерительный механизм Рис. 321. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизмаРис. 321. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

При прохождении тока I по катушке на каждый из ее проводников будет действовать электромагнитная сила. Суммарное действие всех электромагнитных сил создает вращающий момент М, стремящийся повернуть катушку и связанную с ней стрелку прибора на некоторый угол α. Так как индукция В магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, неизменна и не зависит от тока I, то:

где c1 — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров данного прибора (числа витков катушки, ее размеров, индукции В в воздушном зазоре).

Повороту подвижной части измерительного механизма препятствует противодействующий момент Мпр, создаваемый спиральными пружинами или растяжками. Этот момент пропорционален углу закручивания, т. е. углу поворота α подвижной части, при этом:

где c2 — постоянная величина, зависящая от жесткости спиральных пружин или растяжек.

Поворот подвижной части измерительного механизма и стрелки будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент М, создаваемый током I, не уравновесится противодействующим моментом Мпр. В момент равновесия М = Мпр, откуда получим:

Следовательно, угол поворота в подвижной части пропорционален измеряемому току I. Поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу.

Постоянная величина к называется чувствительностью прибора, она характеризуется углом поворота стрелки в градусах или в делениях шкалы, приходящимся на единицу изменения измеряемой величины.

Величина, обратная чувствительности, c=1/к называется постоянной прибора, или ценой деления. Если умножить отсчет по шкале на цену деления прибора с, то можно определить значение измеряемой величины. Для устранения колебаний подвижной системы прибора при переходе стрелки из одного положения в другое электроизмерительные приборы снабжают воздушными или магнитно-индукционными демпферами.

Воздушный демпфер (рис. 322, а) выполнен в виде цилиндрической камеры, внутри которой перемещается крыло 1 в виде поршня, связанного с подвижной системой. При перемещении подвижной части происходит торможение движущегося в камере 2 крыла, и колебания подвижной части быстро затухают.

Читайте также:  Схема простейшего электродвигателя постоянного тока

Магнитно-индукционный демпфер (рис. 322, б) выполнен в виде неподвижного постоянного магнита 3, который при повороте подвижной системы прибора индуцирует вихревые токи в металлическом (алюминиевом) секторе 4, установленном на оси прибора.

Взаимодействие этих токов с магнитом создает согласно правилу Ленца силу, тормозящую подвижную систему и обеспечивающую быстрое затухание колебаний стрелки. В магнитоэлектрических приборах роль демпфера выполняет алюминиевый каркас 6 катушки (см. рис. 321,б).

При повороте подвижной части прибора изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас катушки. Благодаря этому в каркасе индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий быстрое успокоение подвижной части.

Рис. 322. Воздушный (а) и магнитно-индукционный (б) демпферы

Рис. 322. Воздушный (а) и магнитно-индукционный (б) демпферы

Для того чтобы любой электроизмерительный прибор обеспечил требуемую точность измерений, необходимо, чтобы отклонение подвижной системы прибора определялось только вращающим моментом, создаваемым катушкой, и противодействующим усилием пружины. Для устранения влияния силы тяжести, создающей погрешности при измерениях, подвижную систему прибора (рис. 323) уравновешивают противовесами 5 (рис. 323, а), представляющими собой стержни с перемещающимися по ним грузиками.

Рис. 323. Устройство подвижной части электроизмерительного прибора

Рис. 323. Устройство подвижной части электроизмерительного прибора

Для уменьшения влияния трения оси приборов снабжают тщательно отполированными стальными наконечниками 1, выполненными из материала с высокой износостойкостью (закаленная сталь, вольфрамо-молибденовый сплав и пр.). Наконечники вращаются в подпятниках 4, выполняемых с вкладышами 2 из корунда, агата, рубина и т. п. Зазоры между наконечниками и подпятником регулируются стопорным винтом 3.

Электроизмерительные приборы обычно снабжают корректором — приспособлением, позволяющим устанавливать стрелку в нулевое положение. Корректор состоит из винта 6, выходящего из корпуса, и поводка 7, при помощи которых можно смещать на некоторое расстояние точку закрепления спиральной пружины 8, создающей противодействующее усилие.

В большинстве современных электроизмерительных приборов подвижная часть 11 подвешивается на двух растяжках 10 — упругих металлических лентах, которые служат для подвода тока к катушке прибора и одновременно создают противодействующий момент (рис. 323,б). Растяжки прикреплены к двум плоским пружинам 9 и 12, расположенным во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Кроме рассмотренного выше измерительного механизма с внешним (по отношению к катушке) постоянным П-образным магнитом, существуют механизмы с магнитами другой формы (цилиндрической, в виде призмы, а также с внутрирамочными неподвижными и подвижными магнитами).

Применение прибора.

Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В частности, на э.п.с. и тепловозах их используют в качестве амперметров и вольтметров. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам (см. § 101).

Для уменьшения проходящего по катушке тока и компенсации влияния температуры на показания прибора в вольтметрах последовательно с катушкой включают добавочный резистор, который обычно встраивается в корпус прибора. Сопротивление этого резистора значительно больше сопротивления катушки, и он выполнен из материала, электрическое сопротивление которого весьма мало зависит от температуры (константан, манганин и пр.). В амперметрах параллельно катушке прибора часто включают образцовый резистор, называемый шунтом.

Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления катушки прибора, вследствие чего измеряемый ток в основном проходит по шунту. Шунты и добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения приборов.

Из принципа действия магнитоэлектрического прибора следует, что направление отклонения его стрелки зависит от направления тока I, проходящего по катушке. Следовательно, при включении этих приборов в цепь постоянного тока должна быть соблюдена правильная полярность, при которой стрелка отклоняется в требуемую сторону.

Для переменного тока магнитоэлектрические приборы непригодны, так как при питании катушки переменным током среднее значение создаваемого ею вращающего момента равно нулю и стрелка прибора будет стоять на нуле, испытывая чуть заметные колебания.

Достоинством приборов магнитоэлектрической системы являются равномерность шкалы, высокая точность и независимость показаний от посторонних магнитных полей. К недостаткам их относятся непригодность для измерения переменного тока, необходимость соблюдения полярности при включении и чувствительность к перегрузкам (при перегрузке тонкая проволока катушки и спиральные пружины, подводящие к ней ток, могут сгореть).

Источник

Измерение переменных токов прибором магнитоэлектрической системы

Магнитоэлектрическая система .

В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаи­ модействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.

В магнитоэлектрическом механизме с подвижной катушкой, рис. 1, последняя установлена на опорах и может поворачиваться в воздушном зазоре магнитной цепи постоянного магнита 1 (см. механизм магнито-электрической системы ).

Угол между направлениями вектора магнитной индукции В в воз душном зазоре и тока I в активной части проводников (длинная сторона рамки) длиной l по­движной катушки равен 90°. Следовательно, на каждый из проводни ков действует электромагнитная сила

F = В· I · l , а на подвижную часть механизма — вращающий момент

Мвр = 2F·w·d/2 = w·l·B·I·d = w·S·B·I = квр · I , (12.2)

где d — диаметр каркаса катушки с числом витков w и площадью по­перечного сечения S = l · d ; квр = w · S · d коэффициент пропорциональ ности.

Так как противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинами, прямо пропорционален углу закручивания α, т. е. Мпр = кпр · α, то угол поворота катушки при равенстве моментов Мвр= Мпр прямо пропорционален измеряемому току:

где Спр постоянная прибора («цена деления»).

Постоянный магнит создает сильное магнитное поле в воздушном зазоре магнитной цепи прибора (0,2—0,3 Тл), и даже при малых зна­ чениях измеряемых токов можно получить достаточный вращающий момент Мвр . Поэтому магнитоэлектрические приборы весьма чувствитель­ ны, внешние магнитные поля мало влияют на их показания, и их соб ственное потребление энергии относительно мало. В частности, галь­ ванометры в большинстве случаев изготовляются магнитоэлектри­ ческой системы. Высокая чувствительность прибора позволяет умень­ шить плотность тока в токоведущих частях. Поэтому магнитоэлектри­ ческий прибор достаточно вынослив к перегрузкам. Этому способ­ ствует также линейная зависимость его вращающего момента от тока, а не квадратичная, характерная для большинства других си­ стем приборов.

Источник