3.2. Электромагнитная система

Принцип действия приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки (1) (рис. 3.2.1), по которой протекает измеряемый ток I, и подвижного железного сердечника (2). Плоский ферромагнитный сердечник эксцентрично закреплен на оси вместе с противодействующей пружиной (3) и стрелкой (4). При пропускании тока по катушке сердечник втягивается внутрь, при этом закручивается пружина и поворачивается стрелка прибора на угол φ.

Втягивающий момент пропорционален квадрату силы тока: М=k1I2. При равновесии втягивающий момент уравновешивается моментом, создаваемым закрученной пружиной: k1I2=k2φ, следовательно

φ =kI², (3.2)

Шкала приборов электромагнитной системы неравномерная (φ~I2).

С изменением направления тока меняются направление магнитного поля и полярность намагничивающегося сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы применяются для измерений как постоянных, так и переменных токов.

К достоинствам приборов этой системы относится простота конструкции, выносливость в отношении перегрузок, возможность измерения постоянных и переменных токов. Изменяя число витков и сечение провода обмотки легко изготовить приборы на разные токи полного отклонения (обычно от 100 мА до 100 А).

Недостатками приборов электромагнитной системы являются неравномерность шкалы, меньшая точность по сравнению с магнитоэлектрическими приборами, зависимость показаний от внешних магнитных полей, поскольку собственное магнитное поле слабо, зависимость показаний от частоты. Полное сопротивление катушки определяется ее активным сопротивлением R и индуктивностью L и зависит от частоты, поэтому величина тока через обмотку уменьшается с увеличением частоты. При неизменном напряжении

Обычно приборы этого типа градуируют на частотах 50 – 400 Гц, когда активное сопротивление катушки много больше индуктивного. Эти частоты указываются на шкале прибора.

Для защиты от внешних полей употребляют два способа – астатирование и экранирование.

В астатическом измерительном механизме на оси подвижной части укреплены два одинаковых сердечника, каждый из которых размещается в магнитном поле одной из катушек, включенных между собой последовательно. Направление обмоток выбрано так, что магнитные поля Ф1 и Ф2 катушек направлены навстречу друг другу. Ось подвижной части такого прибора будет находиться под действием суммы двух моментов, каждый из которых создается одним из сердечников и действующей на него катушкой. Если такой измерительный механизм поместить в равномерное внешнее поле, то один из моментов, для которого направление собственного и возмущающего момента будут совпадать, увеличится, а второй, соответственно, уменьшится. Суммарный момент, действующий на ось, а следовательно, и показания прибора при этом не изменятся.

При магнитном экранировании измерительный механизм помещают внутрь замкнутой оболочки из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (чаще всего из пермаллоя). Для улучшения магнитной защиты иногда применяют экраны из двух или нескольких оболочек. Действие экрана состоит в том, что магнитные линии внешнего поля, стремясь пройти по пути с наименьшим магнитным сопротивлением, сгущаются внутри стенок экрана, почти не проникая во внутреннюю область.