Приборы магнитоэлектрической системы

Принцип работы приборов магнитоэлектрической системы основам на использовании электромагнитной силы взаимодействия проводника с током и магнитного поля постоянного магнита.

Прибор состоит из постоянного магнита I подковообразной формы, к полюсам которого прикреплены полюсные наконечники 2 из магнитно-мягкой стали с цилиндрической выточкой (рис. 55). Между полюсными наконечниками неподвижно укреплен сердечник 3 цилиндрической формы из мягкой литой стали. Сердечник служит для создания в воздушном зазоре достаточно сильного, однородного магнитного поля. В воздушном зазоре свободно поворачивается укрепленная на оси подвижная катушка 4, охватывающая цилиндрический сердечник 3. Эта катушка и является подвижной частью прибора. На одной оси с катушкой укреплена указательная стрелка 5, конец которой перемещается по шкале прибора 6.

Рисунок 55. Устройство электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы

 

Для получения высокой точности и чувствительности подвижная катушка выполняется легкой и состоит из тонкой алюминиевой рамки прямоугольной формы, на которую намотано W витков тонкого медного изолированного провода. Сопротивление катушки равно 5 Ом и она допускает незначительные по величине тока, не превышающие 30 мА.

С каждой стороны катушки на полуосях закреплены две спиральные пружинки 7. Они служат для подвода измеряемого тока к подвижной катушке и создания противодействующего момента, изготовляются пружинки из немагнитного материала, обычно из фосфористой бронзы. При протекании тока по катушке, вследствие взаимодействия магнитного поля магнита с этим током, на каждый проводник катушки будет действовать электромагнитная сила F,направление действия которой определяется правилом "левой руки" (рис. 55). Величина этой силы определяется формулой:

,          (5.1)

где:          В - индукция магнитного поля;

I - величина тока в катушке;

l - активная длина проводника;

W – число витков катушки;

 - угол между направлением магнитных линий и направлением тока в проводнике.

Поскольку магнитные линии поля направлены нормально к катушке, то:

sinα =1.

Полученная пара сил (см. рис. 54) создает вращающий момент, под действием которого катушка вместе со стрелкой поворачивается на угол .

 

I (5.2)

где: d - ширина катушки;

 - постоянный коэффициент

Подвижная катушка будет поворачиваться до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом спиральных пружинок, пропорциональным углу их закручивания.

,                                     (5.3)

где:         - коэффициент, определяющий удельный момент закручивания пружинок.

Равновесие подвижной части наступает и стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов , т.е. когда:

C ₁ I = C ₂ α.

 

Отсюда определится угол поворота стрелки по шкале прибора.

 

α = I = CI.

т.е. он пропорционален величине измеряемого тока. Это свидетельствует о том, что шкала магнитоэлектрических приборов равномерная, и чувствительность в любой точке шкалы одинакова.

Если изменить направление тока в подвижной катушке, то изменится и направление вращающего момента, стрелка будет отклоняться в обратную сторону, т.е. влево от нулевой отметки. Поэтому при включении в цепь данных приборов следует учитывать полярность зажимов, которая обычно обозначается знаками «+» и «-».

При включении магнитоэлектрического прибора в цепь переменного тока на катушку прибора действует быстро изменяющиеся по величине и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Именно поэтому эти приборы нельзя применять для измерений в цепях переменного тока.

Успокоение (демпфирование) подвижной части со стрелкой происходит благодаря тому, что при перемещении алюминиевой рамки (каркаса катушки) в магнитном поле постоянного магнита в ней индуктируются вихревые токи. Направление этих токов по принципу Ленца таково, что при взаимодействии их с магнитным полем создаются тормозящие силы, способствующие быстрому успокоению подвижной части.

Рассмотренным здесь магнитоэлектрическим прибором можно непосредственно измерить ток до 30 мА и напряжение до 150 мВ. Поэтому для расширения пределов измерения амперметры снабжаются шунтами, а вольтметры – добавочными сопротивлениями.

Приборы магнитоэлектрической системы обладают следующими достоинствами:

1. обладают высокой чувствительностью;

2. имеют равномерную шкалу по всей ее длине;

3. имеют высокую точность измерения, и хорошее успокоение подвижной части.

4. собственное потребление мощности мало, 0,3 до 1,3 Вт.

К недостаткам этих приборов относятся:

1. малая перегрузочная способность;

2. высокая стоимость;

3. непригодность для измерений в цепях переменного тока.