§16 Магнитоэлектрические приборы
Узел для создания вращающего момента состоит из постоянного магнита и легко подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток. Катушка в форме прямоугольной рамки помещена в кольцевом зазоре между полюсами магнита и цилиндрическим сердечником.
Принцип работы
магнитоэлектрического прибора заключается
во взаимодействии поля постоянного
магнита с проводником, по которому
протекает измеряемый ток. При этом
возникает пара сил
,
создающая вращающий момент. Энергия
магнитоэктрической системы является
суммой энергии поля магнита, энергии
катушки с током и энергии взаимодействия
поля магнита и катушки с током
,
где
- потокосцепление, численно равно
произведению числа силовых магнитных
линий, пересекаемых обеими сторонами
катушки при её повороте на угол
на число витков её обмотки.
-
магнитная индукция, Тл;
-
площадь обеих сторон катушки, м2;
Т.о, вся энергия равна:
(*)
Дифференцируя (*) по переменным, получим уравнение вращающего момента:
Выражение для угла поворота подвижной части прибора:
-удельный
противодействующий момент зависящий
от свойств упругого элемента, тогда:
(**)
-
чувствительность прибора по току.
(**)является уравнением шкалы прибора в магнитоэлектрической системе
|
Из уравнения следует, что отклонение указателя пропорционально измеряемому току, шкала равномерна, при включение следует сохранять полярность, т.к. прибор чувствителен к постоянному току. При включении прибора в цепь, по которой протекает импульсный ток, отклонение указателя будет пропорционально постоянной составляющей этих токов. В цепи с током синусоидальной формы вследствие инерционности подвижной части, показания будут равны 0.
Амперметры
Обмотки подвижной катушки состоят из витков тонкого провода, поэтому магнитноэлектрический прибор можно применить только в качестве мини- или микроамперметра. Для измерения больших постоянных токов параллельно зажимам прибора применяется электрический шунт:
|
Выбор шунта зависит от заданного
расширения пределов измерения
и внутреннего
сопротивления прибора
Тогда сопротивление шунта равно:
Погрешность шунтированного амперметра возрастает.
Вольтметры
При параллельном подключении магнитоэлектрического прибора к участку электрической цепи можно измерить напряжение, тогда уравнение (**) принимает вид.
-чувствительность
вольтметра по напряжению;
-сопротивление
проводов катушки.
Для измерения больших напряжений последовательно к обмотке катушки подключают добавочные резисторы.
|
Пусть задано расширить предел измерений
в m раз
,
тогда
Гальванометры
Особо чувствительные магнитоэлектрические приборы для измерения токов, напряжений и количества электричества. Класс точности им не присваивается, т.к. им не пользуются в качестве нулевых индикаторов, показывающих отсутствие тока в цепи.
§17 Электромагнитные приборы
Узел для создания вращательного момента состоит из плоскости или круглой катушки 1, по которой протекает измеряемый ток, и сердечника 2, закрепленного по оси указателя. Принцип действия заключается во взаимодействии магнитного поля катушки с подвижным ферромагнитным сердечником. Энергия, запасенная в катушке:
Индуктивность катушки при движении сердечника меняется, следовательно, выражение для вращения момента будет иметь вид:
Выражение для угла поворота подвижной части прибора
|
Из уравнения следует, что отклонение указателя пропорционально квадрату измеряемого тока. Прибор пригоден для измерения как постоянного, так и переменного токов, градуировка шкалы на постоянном токе составляет действующие значения переменного тока. Недостатки: малая чувствительность, значительное потребление мощности, нелинейной шкалы (вначале стянута, в конце растянута) и незначительная точность из-за влияния величин (температура, внешнее электромагнитное поле)
Остезирование основано на взаимодействии внешнего и внутреннего магнитного полей, приводящих к нулевому суммарному эффекту.
Астатический прибор состоит из двух одинаковых узлов, создающих вращающий момент, катушки которых соединены так, что их магнитные поля противоположны.
|
Внешний поток
складывается с потоком
и вычитается из потока
Т.о., суммарный
вращательный момент остаётся неизменным.