Противодействующий момент упругих сил, создаваемых спиральными пружинами равен

 

M_пр=W a, (6)

 

где a - угол поворота подвижной катушки; W – удельный противодействующий момент пружин.

Под действием момента сил, определяемого (5), рамка будет поворачиваться относительно оси. Она остановится, когда модули двух указанных моментов будут равны. Прировняв выражения (5) и (6), получим выражение для угла отклонения рамки (стрелки):

 

, (7)

 

где – чувствительность прибора по току.

Из (7) следует, что угол отклонения указателя прямо пропорционален измеряемому току, т.е. шкала прибора линейна (равномерна). При включении следует соблюдать полярность, так как при изменении направления тока в катушке направление вращения подвижной части изменяется на противоположное. Полярность указывается на выводах рамки.

Приборы магнитоэлектрической системы применяются в цепях постоянного тока. При включении в цепь переменного тока при частоте ниже 10 Гц указатель будет совершать колебательные движения относительно нулевой отметки, а при более высоких частотах вследствие инерционности подвижной части указатель будет вообще оставаться на нулевой отметке. Для измерений в цепях переменного тока к магнитоэлектрическим приборам присоединяют выпрямители.

Если в (7) силу тока выразить через напряжение, используя закон Ома, то получим:

 

, (8)

 

где r – сопротивление катушки; U – напряжение на катушке; – чувствительность по напряжению.

Таким образом, могут применяться в качестве измерителей как тока (амперметры (А) и гальванометры (G)), так и напряжения (вольтметры (V)). Гальванометр – высокочувствительный прибор, предназначенный для измерения малых токов и напряжений, а также количества электричества. Гальванометры часто используются в качестве нулевых индикаторов, показывающих отсутствие тока в цепи.

Достоинства магнитоэлектрических приборов: высокая чувствительность (до 3.10^-11 А), высокая точность (до класса 0.2), малая потребляемая мощность от измеряемой цепи (~10^-9 Вт). Недостатки: чувствительность к перегрузкам, сложность изготовления и ремонта и относительно высокая стоимость.

 

Приборы электромагнитной системы

 

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток, и подвижного сердечника из магнитомягкого ферромагнитного материала, эксцентрично расположенного на оси и соединенного с указательной стрелкой. Намагничиваясь под действием магнитного поля катушки, стержень втягивается в нее и поворачивает стрелку (рис 3), подобно тому, как притягивается к магниту первоначально ненамагниченный железный предмет.

В приборах такого типа a = kI², т.е. шкала прибора нелинейна. Зато прибор может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного тока (при изменении направления тока изменяется на противоположное и направление магнитного поля в сердечнике и он снова втягивается в катушку). Кроме того, приборам характерна простота конструкции, низкая стоимость, высокая надежность.

К электромеханическим измерительным приборам относятся также электростатические приборы и термоэлектрические приборы. Первые из них предназначенные для измерений напряжения до 1 МВ в цепях постоянного тока и переменного тока частотой до 30 МГц, вторые – в цепях переменного тока.

 

 

 

Рис. 3. Устройство приборов электромагнитной системы: 1– катушка; 2 – сердечник; 3 – ось; 4 – спиральная пружина; 5 - стрелка; 6 – шкала.

 

 

Выпрямительные приборы

 

Как отмечалось, магнитоэлектрические приборы пригодны только для измерений в цепях постоянного тока. Возможность измерений в цепях переменного тока с помощью таких приборов достигается путем преобразования переменного тока с в пульсирующий ток (направление тока постоянно, а величина изменяется). Это достигается с помощью выпрямителей на основе полупроводниковых диодов. В схеме однополупериодного выпрямителя (рис 4а) через измерительный механизм проходит только положительная полуволна, что определяется включением полупроводникового диода в соответствующей полярности. В двухполупериодной схеме выпрямителя (рис 4б) ток проходит через измерительный механизм в обе половины периода.

 

Рис. 4. Выпрямитель переменного тока; а,б,в – однополупериодная схема; г,д,е – двухполупериодная схема.

 

Выпрямительные приборы измеряют некоторое усредненное значение силы тока или напряжения. При использовании двухполупериодного выпрямителя величина измеренной постоянной силы тока (или напряжения), называемой средневыпрямленной, определяется формулой:

 

 

Для синусоидального тока I_c = 0,637* I_m, где I_m - амплитудное значение тока. На практике используют среднеквадратичное значение тока или напряжения,

называемое действующим или эффективным:

 

 

Действующим называют такой постоянный ток (напряжение), который выделяет такую же тепловую мощность на активном сопротивлении, что и переменный ток.

Величины I_эф и I_с связаны соотношением: I_эф @1.11* I _с. Шкала выпрямительных приборов нелинейна.