Логометры. Устройство. Принцип действия.

Логометры предназначены для измерения температуры в комплекте с термопребразователями сопротивления. Рассмотрим принцип действия логометра.

Р и с. 3.1 Принципиальная схема магнитоэлектрического логометра

Логометр имеет подвижную часть, состоящую из двух жестко скрепленных под небольшим углом рамок (обмоток), поворачивающихся на опорах (кернах) около вертикальной оси в неравномерном магнитном поле постоянного магнита. Действие прибора основано на измерении отношения сил токов, протекающих в двух параллельных электрических цепях, питаемых от источника постоянного тока, в каждую из которых включено по одной рамке. Показания логометра практически не зависят от колебаний напряжения источника питания, что является достоинством этого прибора. На рис. 3.1 показана схема логометра с термопреобразователем сопротивления R _T и источником питания Б. Между полюсными наконечниками постоянного магнита, имеющими овальную выточку, расположен стальной цилиндрический сердечник, образующий с ними переменный по ширине воздушный зазор, постоянно уменьшающий магнитную индукцию от середины наконечников к их краям. В зазорах перемещаются одинаковые скрещенные под углом 15-20° рамки R _Р1 и R _Р2 из тонкого изолированного провода, жестко скрепленные между собой и с указательной стрелкой прибора.

Измерительная схема логометра состоит из параллельных цепей I и II, питаемых от источника тока Б. В цепь I включены рамка R _Р1 и резистор R, в цепь II – рамка R _Р2, термопреобразователь сопротивления R _T и соединительная линия R _л. Через рамки логометра R _Р1 и R _Р2 протекают токи J₁ и J₂, обратно пропорциональные сопротивлениям цепей I и II. Они образуют магнитные поля, взаимодействие которых с полем основного магнита создает вращающие моменты M ₁ и М ₂, действующие на рамки в противоположных направлениях.

Если сопротивления цепей I и II одинаковы, т. е.

R _Р1 +R=R _Р2 +R _T +R _л, (3.1)

то

J ₁ = J ₂ . (3.2)

Тогда при симметричном расположении рамок R _Р1 и R _Р2 относительно полюсных наконечников вращающие моменты М ₁ и М ₂ будут равны. В этом положении при определенном значении R _Т подвижная часть логометра находится в состоянии равновесия и стрелка прибора устанавливается посредине шкалы.

При увеличении с повышением измеряемой температуры сопротивления R _Т ток J ₂ в цепи II уменьшится и момент М ₁ станет больше, чем М ₂. Под влиянием появившейся разности вращающих моментов подвижная часть логометра начнет поворачиваться в сторону действия большего момента (на рис. 3.1 – по часовой стрелке) до тех пор, пока не наступит новое состояние равновесия. Это равновесие возникает благодаря тому, что рамка R _Р1 с большей силой тока входит в расширяющуюся часть воздушного зазора, т.е. в область более слабого магнитного поля, постоянно уменьшая тем самым момент M ₁. Одновременно с этим рамка R _Р2 с меньшей силой тока входит в сужающуюся часть воздушного зазора, т.е. в более сильное магнитное поле, что ведет к увеличению момента М ₂. Новое равновесие подвижной части прибора наступит в положении, при котором вращающие моменты рамок сравняются. В этом случае будем иметь

M ₁ = М ₂, или k ₁ B ₁ J ₁ = k ₂ B ₂ J ₂, (3.3)

где B ₁, B ₂ – магнитные индукции в зонах расположения рамок R _Р1 и R _Р2; k ₁, k ₂ – постоянные коэффициенты, определяемые геометрическими размерами рамок и числом витков проводов в них.

Размеры обеих рамок и число витков в них одинаковы, поэтому уравнение (1) принимает вид

. (3.4)

Отношение магнитных индукций есть функция угла поворота подвижной части, зависящая от формы полюсных наконечников. Тогда уравнение (15) можно представить в виде

. (3.5)

С учетом значений токов J ₁ и J ₂

, (3.6)

а так как сопротивления R _Р1, R _Р2, R и R_л являются постоянными, то

. (3.7)

Следовательно, отклонение стрелки логометра зависит только от сопротивления R _Т, определяемого температурой преобразователя. Это позволяет для данного типа преобразователя сопротивления производить градуировку шкалы логометра в °С. Кроме того, из уравнений (3) и (5) следует, что каждому значению R _Т соответствует определенное отношение независимо от напряжения Е источника питания. Однако для логометра отклонение напряжения источника питания от номинального допускается в пределах ±20%, так как при малом напряжении возрастает влияние упругости проводников, подводящих ток к рамкам, и сил трения при перемещении подвижной части, а при большом происходит нагрев измерительным током обмотки термометра и рамок прибора, вызывающий изменение соотношения токов в цепях логометра.