Магнитоэлектрические измерительные приборы.

Принцип их действия основан на взаимодействии проводника, по которому течет постоянный ток, с постоянным магнитным полем, при котором возникает сила, вызывающая перемещение проводника.

Основным элементом магнитоэлектрических приборов является магнитоэлектрический механизм.

М = К ВI (1)

M = K E (2)

М = M (3)

К ВI = K Eφ

φ = (4)

B – магнитная индукция.

E – модуль

φ – угол.

К - коэффициент зависимости от размеров, числа витков материала.

K - зависимость от параметров спирали (длины, ширины, толщины).

K – коэффициент чувствительности.

I - ток маленькой катушки.

1 – катушка (содержит до 300 витков тонкой полированной медной пленки). 2 – сердечник. 3, 4 – оси. 5 – подшипники. 6, 7 – ленточные пружины, через которые к катушке подводится измеряемый ток. 8, 9 – полюсные наконечники. 10 – постоянный магнит. 11 – стрелка. 12 – противовесы стрелки. 13 – шкала.

При протекании через катушку измеряемого тока вокруг нее создается магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита. Причем он является однородным, т.к. толщина зазора между сердечником и полюсными наконечниками постоянна. При названном взаимодействии на катушку действует пара сил, и возникает вращающий момент М , который заставляет поворачиваться катушку (рис. б). При этом вместе с катушкой поворачивается ось 3, и закручиваются спиральные пружины, что создает противодействующий вращательный момент. Движение системы происходит до тех пор, пока момент, создаваемый катушкой не уравновесится противодействующим моментом М , создаваемым спиральными пружинами. В момент равновесия по углу поворота стрелки относительно шкалы определяется значение измеряемого тока, протекающего через катушку.

Равенство М = М позволяет получить выражение для угла поворота φ, из которого следует, что при прочих постоянных параметрах угол поворота определяется однозначно силой тока, протекающего через катушку.

Так как катушка изготавливается из медной проволоки, то при изменении температуры окружающей среды будет изменяться ее сопротивление. Для уменьшений проявления этого эффекта, который

 

 

Рис.а

 

Рис.б

 

вызывает погрешность измерений, последовательно с катушкой включают активное сопротивление, которое в 3-4 раза превосходит по значению сопротивление катушки. Это сопротивление обычно изготавливается из проволоки, изготовленной из специального сплава, называемого манганином (температурный коэффициент сопротивления сплава близок к 0). Это приводит к уменьшению чувствительности магнитного электрического механизма и вызывает необходимость использования для ее сохранения постоянных магнитов с постоянной магнитной индукцией.

Магнитоэлектрические механизмы являются чувствительными измерительными устройствами. Минимальный ток, который они способны измерить, составляет 10 А.

Магнитоэлектрические приборы постоянного тока.

Магнитоэлектрические механизмы являются основой для создания амперметров, вольтметров, иногда омметров, работающих как на постоянном, так и на переменном токе.

 

; ; ; .

Так как рамка и включенное с ней последовательно манганиновое сопротивление обладает невысоким значением суммарного сопротивления, то при создании амперметров и вольтметров постоянного тока используются схемы, показанные на рисунках а) и б) соответственно. Т.е. при создании амперметра в параллельный механизм включается шунт, через который протекает большая часть тока, и лишь небольшой ток, который может в предельном случае протекать через рамку, протекает через магнитоэлектрический механизм. Сопротивление шунта R вычисляется по формулам (см. выше), где n – отношение максимального значения измеряемого тока I и предельное значение тока I , который может протекать через магнитоэлектрический механизм без его повреждения.

 

Рис.а

 

 

Рис.б

 

В магнитоэлектрическом вольтметре (рис. б) в последовательность магнитоэлектрического механизма включается дополнительное сопротивление, значение которого вычисляется по формулам (см. выше), где m – отношение максимума измеряемого напряжения U – верхний предел измерений вольтметра; U - максимальное напряжение, которое может отводиться к магнитоэлектрическому механизму без его повреждения.

Магнитоэлектрические приборы постоянного тока являются точными чувствительными устройствами. Их классы точности обычно составляют Λ= 0,02÷1,5.

Магнитоэлектрические приборы переменного тока.

 

Для получения возможности измерения с помощью магнитоэлектрического механизма достаточно использовать дополнительное преобразование переменного тока в постоянный. Для этого используются преобразователи, которые представляют собой однополупериодные или двухполупериодные выпрямители Λ= 1÷4.

 

 

 

Рис.а

Рис.б