3.5. Обертовий і протидіючий моменти

Встановлене відхилення рухомої частини приладу визна­чається рівнянням рівноваги, тобто рівністю обертового (М_о6) і протидіючого моментів (М_пр). Протидіючий момент у більшості сучасних електровимірювальних приладів створюється за допо­могою плоских спіральних пружинок, які виготовляються з фосфо­ристої, олово-цинкової, берилієвої і кадмієвої бронзи. Застосо­вуються також інші антимагнітні сплави. Внутрішній кінець пружини скріплюється з рухомою частиною звичайним спаюван­ням, а зовнішній припаюється до важеля коректора (рис. 3.8). Протидіючий момент, який створюється пружиною, строго пропорційний куту б, на який пружина закручена (або розкручена) від положення, яке вона займає у вільному стані тобто

М_пр=W ·а, (3.3)

де W — питомий протидіючий момент.

Питомий протидіючий момент—це момент, який створюється пружиною при закручуванні її на одиницю кута, тобто на один радіан. У приладобудуванні пружинки часто характеризують величиною М₉₀ — моментом, необхідним для закручування пружи­ни на 90°. В деяких приладах протидіючий момент створюється розтяжками або підвісами, на яких закріплена рухома частина. Розтяжки і підвіси, як і пружинки створюють протидіючий момент, пропорційний куту обертання (повороту). Пружинки, розтяжки, підвіси створюють протидіючий момент чисто механічним шляхом. На противагу цьому у деяких приладах (логометрах) протидіючий момент створюється так як і обертовий момент — за рахунок електромагнітних сил. Є також конструкції приладів, у яких протидіючий момент створюється постійним магнітом, який діє на кусок сталі, що посаджений на осі рухомої частини. У старих конструкціях електровимірювальних приладів з горизонтальною віссю протидіючий момент часто створювали за рахунок сили тяжіння, збираючи рухому частину так, щоб її центр ваги був нижче осі обертання.

Обертовий момент. Прилади магнітоелектричної, електро­магнітної, електродинамічної, індукційної, магніто-індукційної і електростатичної систем об'єднують, у порядку класифікації, в одну групу і називають їх приладами електромеханічними, протиставляючи їм прилади теплової і вібраційної систем. Прила­ди електромеханічної групи мають спільне те, що механічна сила, яка змушує відхилятися рухому частину, створює у них за рахунок взаємодії провідників з струмами і магнітних полів або за рахунок сил взаємодії електричних зарядів. Ця обставина дозволяє користу­ватися єдиним теоретичним прийомом при розгляданні питання про обертовий момент приладів цієї групи. З теоретичних основ електротехніки відомий вираз для механічної роботи, яка вико­нується при переміщенні провідника зі струмом у магнітному полі:

Fdх = dW_м, (3.4)

де F — сила, яка діє на провідник у напрямку елементарного переміщення dх; dW_м — зміна запасу енергії магнітного поля.

Якщо провідник рухається по колу з радіусом r, то

dx = rda

де dа — елементарний кут повороту.

Відповідно Frda = dW_M

де F_r — обертовий момент – M_oб тобто

M_обdα = dW_M

і у кінцевому

M_об = dW_M / dα (3.5)

Це рівняння є узагальненим виразом обертового моменту для всіх приладів, в яких використовуються сили електромагнітного поля. Аналогічно можна показати, що для приладів електро­статичних, в яких використовують взаємодію електричних зарядів, буде справедливо

M_об = dW_Е / dα (3.6)

де dW_Е — зміна запасу енергії електричного поля.

Наведені узагальнені вирази обертового моменту дають можливість загального аналізу роботи вимірювальних механізмів електромеханічної групи, а у часткових випадках дозволяють робити і точний розрахунок цих приладів.