Магнитоэлектрические измерительные приборы

Устройство магнитоэлектрического ИМ. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы состоит из постоянного магнита 1, пластин магнитопровода 2, полюсных наконечников 3, цилиндрического сердечника 4, подвижной рамки 5, обтекаемой током, и стрелки 6 (рис. 2).

Магнитное поле создается подковообразным магнитом с полюсными наконечниками или в виде короткого бруска; железный цилиндр, закрепленный между ними, служит для увеличения магнитного потока. Магнитная цепь образуется постоянным магнитом, магнитопроводом с полюсными наконечниками и цилиндрическим сердечником. Постоянный магнит изготавливается из высококоэрцитивной стали, для чего применяют материалы типа железо-никель-кобальтовых или железо-никель-алюминиевых сплавов, трудно поддающихся механической обработке. Пластины магнитопровода, полюсные наконечникии сердечник выполняют из магнитомягкого материала. Равномерный кольцевой зазор между двумя цилиндрическими поверхностями, образованными полюсными наконечниками и сердечником, составляет примерно 2 мм и обеспечивает возможность создания в зазоре очень сильного равномерного радиального магнитного поля с магнитной индукцией B = 0,2 ÷ 0,4 Тл (рис. 1г).

Принцип действия. Работа магнитоэлектрических приборов основана на действии магнитного поля постоянного магнита на проводник с током. Рассмотрим действие однородного магнитного поля на рамку, состоящую из одного витка и обтекаемую током в направлении, указанном на рис. 1в, и расположенную в плоскости, параллельной линиям магнитной индукции. На стороны рамки, параллельные магнитным силовым линиям, поле не действует; на стороны же, расположенные перпендикулярно магнитным силовым линиям, поле действует с силами F₁ и F₂, направление которых определяется по правилу левой руки. На рамку действует пара сил (F₁ и F₂), стремящихся повернуть рамку.

При протекании по обмотке рамки тока возникают силы взаимодействия рамки с магнитным полем в зазоре. Эти силы образуют вращающий момент. Для создания противодействующего момента используют спиральные пружинки. Рамку, имеющую обмотку из тонкого изолированного провода, наматывают на легком алюминиевом каркасике. Эта рамка может свободно вращаться в воздушном зазоре между сердечником и полюсами магнита.

Рамка - основная часть подвижной системы, которая включает и указа­тельную стрелку. Вихревые токи, возникающие в нем при движении рамки, создают момент успокоения. При пропускании тока рамка поворачивается вместе с цилиндром на его продольной оси до тех пор, пока вращающий момент сил F₁ и F₂ не уравновесится противодействующим моментом закрученных пружинок. Чем сильнее ток, тем больше угол φ поворота рамки. Уравнение преобразования или уравнение шкалы для приборов магнитоэлектрической системы было выведено выше (6) из которого следует, что отклонение подвижной рамки пропорционально току, т. е. шкала равномерна.

Основные свойства и область применения. Приборы магнитоэлектрической измерительной системы применяют для измерения постоянных токов и напряжений. На основе магнитоэлектрической системы созданы измерительные механизмы с особо высокой чувствительностью и механизмы для самопишущих приборов.

Магнитоэлектрический измерительный механизм является основой амперметров и вольтметров постоянного тока. Широко распространены универсальные измерительные приборы, построенные на основе магнитоэлектрических ИМ. Такие приборы называют тестерами. Работу прибора на переменном токе обеспечивает выпрямительная схема. Многопредельность достигается системой шунтов и добавочных резисторов. Шкала градуируется в действующих значениях тока и напряжения.

Благодаря большой индукции в зазоре магнитоэлектрические приборы обладают высокой чувствительностью (до 0,01 мкА/дел); вследствие концентрации магнитного поля в зазоре достигается помехозащищенность от внешних магнитных полей и высокочастотных помех; стабильность показаний способствует высокой точности измерений (до 0,05); для приборов этого типа характерны равномерная шкала и малое собственное потребление энергии. (10^-5 ÷ 10^-6 Вт).