Уравнение вращающего момента для магнитоэлектрических приборов

Магнитоэлектрические приборы

Магнитоэлектрические приборы применяются в качестве амперметров, вольтметров и гальванометров для измерений в цепях постоянного тока, а в сочетании с преобразователями переменного тока в постоянный – и для измерений в цепях переменного тока.

Узел для создания вращающего момента состоит из сильного постоянного магнита и легкой подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток (Рис.5, а).

Обмотка подвижной катушки состоит из витков тонкого провода, поэтому магнитоэлектрический прибор можно применять непосредственно только в качестве микро- или миллиамперметра и милливольтметра.

Катушка в форме прямоугольной рамки помещена в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками магнита и цилиндрическим сердечником, т.е. в радиальном магнитном поле. Принцип действия магнитоэлектрических приборов заключается во взаимодействии поля постоянного магнита с проводником (катушкой), по которому протекает измеряемый ток. При этом возникает пара сил F (Рис.5, б), создающая вращающий момент. Энергия магнитоэлектрической системы является суммой энергии поля магнита W_п.м. , энергии катушки с током и энергии взаимодействия поля магнита и катушки с током YI, где Y — потокосцепление, численно равное произведению числа силовых магнитных линий, пересекаемых обеими сторонами катушки при ее повороте на угол а, на число витков n ее обмотки:

(5)

Здесь В – магнитная индукция в зазоре, Тл; s – площадь обеих сторон катушки, м 2 .

Таким образом, вся энергия, сосредоточенная в узле, вызывающем вращающий момент, равна

(6)

На основании формулы (1), дифференцируя выражение (6) по перемещению, получим уравнение вращающего момента

(7)

На основании формулы (2) отклонение подвижной части прибора подчинено следующей зависимости:

(8)

где S_i = Bns/W – чувствительность прибора по току.

Формула (8) является уравнением шкалы прибора магнитоэлектрической системы. Из этого уравнения следует, что отклонение указателя пропорционально измеряемому току, шкала равномерна (линейна), при включении следует соблюдать полярность, так как прибор чувствителен к постоянному току. При включении прибора в цепь по которому протекает пульсирующий или импульсный ток, отклонение указателя будет пропорционально постоянной составляющей (среднему значению) этих токов; в цепи с током синусоидальной формы вследствии инерционности подвижной части показания будут равны нулю и лишь при частоте переменного тока ниже 10 Гц подвижная часть с указателем будет совершать колебательные движения.

Время установления показаний сокращается с помощью электромагнитного успокоения, возникающего за счет индуцированного тока в катушке, возбуждаемого при пересечении ею магнитного поля: I = e/R_S , где е – индуцированная ЭДС, а R_S – сумма сопротивлений подвижной катушки и внешней цепи, на которую она замкнута;

Находим момент электромагнитного успокоения

Коэффициент успокоения в соответствии с формулой (4)

(9)

Для увеличения коэффициента успокоения нужно уменьшиь общее сопротивление, что не всегда возможно. Выход состоит в том, что катушка наматывается на алюминиевом каркасе, в котором индуцируется ЭДС; тогда формула (9) примет вид:

,

где R_k – электрическое сопротивление каркаса.

Если катушку утяжелять нежелательно, то она выполняется бескаркасной (витки склеиваются), а для получения индуцированной ЭДС наматывают дополнительный короткозамкнутый виток.

Имеются конструкции магнитоэлектрических приборов с неподвижной катушкой и подвижным магнитом на одной оси с указателем (рис. 5,в ).

К достоинствам магнитоэлектрических приборов относятся: высокая чувствительность (до 3*10 -11 А); высокая точность (до класса 0,05); малое потребление мощности от измеряемой цепи (10 -5 – 10 -6 Вт); влияющая величина –температура окружающей среды.

Недостатки: сложность изготовления и ремонта; недопустимость даже кратковременных перегрузок (деформируются или перегорают токоподводящие пружинки, нити растяжек и подвесов).

Амперметры. Для измерения токов параллельно зажимам прибора присоединяется электрический шунт представляющий собой прямоугольную манганиновую пластину. Для измерения токов выше 50 А применяют наружние шунты. Переносные приборы снабжаются внутренними многопредельными шунтами или наружными наборами шунтов на несколько номинальных токов. Выбор шунта для данного прибора зависит от заданного расширения пределов измерения m= I/I_Aи внутреннего сопротивления прибора (сопротивления его катушки) R_A. Для электрической цепи, приведенной на рис.6, а, справедливы следующие равенства: I_aR_a=I_шR_ш; I=mI_a; I_ш=I-I_a. Отсюда находим сопротивление шунта: R_ш=R_аI_a/I_ш=R_aI_a/(mI_a-I_a)=R_a/(m-1). Через катушку прибора будет протекать (1/m)-я часть измеряемого тока, а через шунт – в (m-1) раз больше.

Погрешность шунтированного амперметра возрастает вследствие неточности изготовления шунтов (от 0,005 до 0,5%) и различных температурных коэффициентов сопротивления катушки и шунта.

Вольтметры. При параллельном подключении магнитоэлектрического прибора к участку электрической цепи можно измерить напряжение. В этом случае уравнение (8) примет вид:

, (10)

где S_u – чувствительность вольтметра по напряжению; R_v – сопротивление проводов катушки.

Сопротивление обмотки катушки мало и для измерения больших напряжений последовательно ей включают добавочные резисторы с сопротивлением R_д. Пусть задано расширить предел измерений в m=U/U_v раз. Для электрической цепи представленной на рис. 6, б, можно написать: U_Rд/R_д=U_v/R_v, откуда R_д=R_vU_Rд/U_v=R_v(m-1). Значит на катушке прибора падение напряжения составит (1/m)-ю часть измеряемого напряжения, а на добавочном резисторе в (m-1) раз больше. В формуле (10) вместо R_v нужно подставить R_v+R_д.

Гальванометры. Особо чувствительные магнитоэлектрические приборы для измерения токов, напряжений и количества электричества. Гальванометры часто используют в качестве нулевых индикаторов, показывающих отсутствие тока в цепи. Для этого выпускаются гальванометры с двухсторонней шкалой, т.е. с нулевой отметкой посередине.

Гальванометры разделяются на переносные и стационарные. Подвижная катушка у переносных гальванометров крепится на растяжках; внутреннее отсчетное устройство снабжено оптическим указателем. Стационарные (зеркальные) гальванометры выполняют с подвесом рамки (катушки) и внешней шкалой, на которую падает луч света, отраженный от зеркальца (Рис.2,в). Легкая катушка и малый удельный противодействующий момент создает условия для возникновения механических затухающих колебаний подвижной части гальванометра (Рис.7, кривая 1). Для убыстрения затухания колебаний применяют электромагнитное успокоение. Коэффициент успокоения (9)

,

где R_г – сопротивление проводов рамки гальванометра; R_н – сопротивление наружного резистора (цепи), на который замкнута рамка.

Зная, что P=f(R_г+R_н); изменяя наружное сопротивление, можно изменять коэффициент успокоения и интервал времени успокоения. Положим, что при некотором P=P_кр наступает критический режим, при котором в течении минимального интервала времени t_у наступает успокоение. Введем понятие степени успокоения b :

,

где R_н.кр – некоторое значение наружного сопротивления, при котором возникает критический режим.

В критическом режиме b_кр = 1 и процесс установления характеризуется кривой 3 на рис.7. Если b_кр > 1, режим апериодический (кривая 2), если b_кр

Уравнение вращающего момента для магнитоэлектрических приборов

Выпрямительные приборы с магнитоэлектрическим ИМ

Выпрямительные приборы представляют собой соединение магнитоэлектрического ИМ с полупроводниковым выпрямителем чаще всего с двухполупериодной схемой выпрямления (рис.10).

На рис. 10 обозначены: Т — период переменного тока, i — мгновенное значение переменного тока на входе прибора, i_и — мгновенное значение выпрямленного тока в рамке магнитоэлек­трического ИМ. Вращающий момент М_вр в этом ИМ будет пере­менным во времени, так как переменным во времени является ток в рамке.

Подвижная часть ИМ, обладая значительной инерцией, реаги­рует на среднее за период значение вращающего момента и соот­ветственно на среднее за период значение тока в рамке. Послед­нее равно среднему значению выпрямленного по двухполупери­одной схеме входного тока I_ср. С учетом изложенного вращаю­щий момент М_вр магнитоэлектрического ИМ выпрямительного прибора может быть представлен в виде зависимости

В свою очередь уравнение преобразования магнитоэлектриче­ского ИМ для выпрямительного прибора будет определяться зависимостью

где W — удельный противодействующий момент.

Чувствительность по току магнитоэлектрического ИМ для вы­прямительного прибора может быть представлена в виде формулы

Как следует из формулы (15), в которую входят все постоянные величины, чувствительность выпрямительных приборов с магни­тоэлектрическим ИМ также величина постоянная: S_I = const.

Характер шкалы выпрямительных приборов с магнитоэлектри­ческим ИМ равномерный, что объясняется линейной зависимо­стью (14) показаний прибора от измеряемой величины.

Выпрямительные приборы имеют меньшую точность и чувст­вительность по сравнению с самим магнитоэлектрическим ИМ. Это объясняется свойствами полупроводникового выпрямителя. Одно из них — зависимость вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямителя от температуры, другое — наличие паразитной емкости у выпрямителя. Первое свойство приводит к изме­нению параметров выпрямителя с изменением температуры. Вто­рое свойство приводит к ухудшению ВАХ реального выпрямите­ля по сравнению с идеальным. Оба эти свойства полупроводни­кового выпрямителя в конечном итоге ухудшают такие метрологические характеристики выпрямительных приборов, как точ­ность и чувствительность.

Выпрямительные приборы измеряют среднее значение выпрямленного тока и напряжения. Если шкала выпрямительного прибора градуирована в средних значениях измеряемой величи­ны, показания такого прибора не зависят от формы измеряемого тока или напряжения. Однако следует иметь в виду, что боль­шинство выпрямительных приборов выпускают со шкалой, градуированной в действующих значениях измеряемой величины. Это легко осуществляется, так как действующее значение переменного тока и его среднее выпрямленное значение связаны про­стым линейным соотношением

где k_ф — коэффициент формы, зависящий от формы перемен­ного тока и схемы его выпрямления.

Значение k_ф приводится во многих математических, электро- и радиотехнических справочниках. Например, при двухполупериодной схеме выпрямления:

k_ф = 1,11 —для синусоидального тока;

k_ф = 1,0 — для тока прямоугольной формы.

Все отечественные выпрямительные амперметры и вольтмет­ры, как правило, выпускаются со шкалой, градуированной в дей­ствующих значениях измеряемой величины для синусоидальной формы тока, т.е. с учетом коэффициента формы k_ф=1,11. При этом следует иметь в виду, что при градуировке шкалы прибора в действующих значениях измеряемой величины его показания будут отягощены значительной погрешностью от формы измеряемого тока, если она отличается от синусоидальной. Например, при измерении силы тока прямоугольной формы таким выпрями­тельным прибором погрешность от формы измеряемого тока со­ставит 11%. Исключить эту погрешность можно, вычислив дей­ствующее значение измеряемого тока по формуле

— показание выпрямительного прибора, градуированно­го в действующих значениях измеряемой величины;

k_ф — коэффициент формы измеряемого тока.

Частотный диапазон выпрямительных приборов ограничивает­ся рабочими частотами полупроводникового выпрямителя, ис­пользованного в приборе и, как правило, не превышает 300 кГц.

Термоэлектрические приборы с магнитоэлектрическим ИМ

Термоэлектрические приборы представляют собой соединение магнитоэлектрического измерительного механизма с термоэлек­трическим преобразователем (рис. 11).

Переменный ток, действующее значение которого I, пропуска­ется через нагреватель термопреобразователя Т_пр. Через магнито­электрический измерительный механизм ИМ протекает постоян­ный ток I_и, который прямо пропорционален термоэдс Е_т, возни­кающей между холодными концами термопары, и обратно про­порционален сумме сопротивлений термопары R _т , соединитель­ных проводов R_пр и измерительного механизма R_и. В свою очередь термоэдс прямо пропорциональна тепловой мощности, вы­деляемой в нагревателе, которая определяется квадратом дейст­вующего значения переменного тока I, протекающего через на­греватель термопары.

С учетом изложенного ток измерительного механизма I_и оказы­вается равным:

Таким образом, вращающий момент М вр магнитоэлектрического ИМ термоэлектрического прибора может быть представлен в виде зависимости

,

где k_т — коэффициент термопреобразования, учитывающий тип и конструкцию термопреобразователя.

Очевидно, что в термоэлектрических приборах должны исполь­зоваться калиброванные провода и тот тип термопреобразовате­ля, который соответствует градуировке шкалы прибора.

С учетом формулы (18) уравнение преобразования магнито­электрического ИМ для термоэлектрического прибора будет оп­ределяться зависимостью

,

где W — удельный противодействующий момент.

Чувствительность по току магнитоэлектрического ИМ для тер­моэлектрического прибора может быть представлена в виде фор­мулы

.

Как следует из формулы (20), чувствительность термоэлектри­ческих приборов с магнитоэлектрическим ИМ зависит от изме­ряемой величины и поэтому является величиной непостоянной: S _I ≠ const .

Характер шкалы термоэлектрических приборов с магнитоэлек­трическим ИМ неравномерный, степенной, что объясняется нелинейной, степенной зависимостью (19) показаний прибора от измеряемой величины.

Низкая точность термоэлектрических приборов в значительной степени объясняется большими потерями тепловой энергии в тер­мопреобразователе.

Низкая чувствительность этих приборов обусловлена очень малым значением термоЭДС (несколько десятков милливольт на 1000 °С). Для повышения чувствительности термоэлектрических приборов выбирается почти предельный нагрузочный режим термопреобразователя. Этим объясняется тот факт, что у термоэлектрических приборов низкая перегрузочная способность, даже 10%-я перегрузка может вывести термопреобразователь из строя.

Термоэлектрические приборы измеряют действующее значение тока или напряжения, так как измеряемая величина в уравнение преобразования (19) входит во второй степени.

Частотный диапазон термоэлектрических приборов достаточно широк и ограничивается поверхностным эффектом и эффектом близости в термопреобразователе. Верхняя граница частотного диапазона термоэлектрических приборов определяется значением около 10 МГц.

Показания термоэлектрических приборов практически не зави­сят от формы измеряемой величины, так как входное сопротив­ление у них остается практически одинаковым даже для гармо­ник очень высоких частот.

Приборы с электромагнитным измерительным механизмом

У приборов с электромагнитным ИМ вращающий момент соз­дается за счет взаимодействия ферромагнитного сердечника с магнитным полем неподвижной катушки (рамки), по которой протекает измеряемый ток. Вращающий момент М_вр определяет­ся зависимостью

,

где I — значение силы тока в неподвижной катушке;

L — значение индуктивности катушки;

dL/dα — производная от индуктивности по углу поворота под­вижной части ИМ.

Уравнение преобразования у таких измерительных механизмов имеет следующий вид:

.

Чувствительность по току электромагнитных ИМ в соответст­вии с формулой (8) определяется зависимостью

.

Как следует из формулы (23), чувствительность электромагнитных ИМ зависит от измеряемой величины и от перемещения их подвижной части и поэтому является величиной непостоян­ной: S _I ≠ const .

Характер шкалы приборов с электромагнитным ИМ неравномерный, степенной, что объясняется нелинейной, степенной за­висимостью (22) показаний прибора от измеряемой величины.

Точность и чувствительность приборов с электромагнитным ИМ средняя.

Амперметры и вольтметры с электромагнитным ИМ работают как на постоянном, так и на переменном токе. Это объясняется тем, что сила тока в уравнение преобразования (22) электромаг­нитного ИМ входит во второй степени. На переменном токе по­казания приборов с электромагнитным ИМ соответствуют дейст­вующим значениям измеряемых величин. Это следует из того, что из-за инерции подвижной части ИМ реагирует на среднее за период значение вращающего момента. Однако мгновенное зна­чение вращающего момента зависит от мгновенного значения то­ка или напряжения в квадрате. Следовательно, показание прибора с электромагнитным ИМ будет зависеть от среднего за период значения силы тока или напряжения в квадрате. В электротехни­ке среднее квадратическое за период значение тока или напряже­ния называют действующим значением.

Частотный диапазон приборов с электромагнитным ИМ ограничен частотами до 2-3 кГц. Это объясняется наличием индуктивного входного сопротивления и ферромагнитного сер­дечника в ИМ.

Зависимость показаний приборов с электромагнитным ИМ от формы измеряемого напряжения или тока слабая, так как входная индуктивность у этих ИМ небольшая.

Приборы с электродинамическим измерительным механизмом

У приборов с электродинамическим измерительным механиз­мом вращающий момент создается за счет взаимодействия маг­нитных полей двух обтекаемых токами катушек, одна из которых подвижная, а другая неподвижная.

Вращающий момент М_вр определяется зависимостью

,

где I_н и I_п — значение силы тока в неподвижной и подвижной катушках;

ψ — фазовый сдвиг токов в неподвижной и подвижной катуш­ках;

М — коэффициент взаимной индуктивности между катушками;

dM / dα — производная от взаимной индуктивности по углу по­ворота подвижной катушки относительно неподвижной.

Особенностью конструкции электродинамических измеритель­ных механизмов является полное отсутствие в них ферромагнит­ных сердечников или деталей.

Уравнение преобразования у таких измерительных механизмов имеет следующий вид:

.

Формула (25) требует пояснения. Дело в том, что у вольтмет­ров с электродинамическим ИМ подвижная и неподвижная ка­тушки соединяются последовательно друг с другом, а у ампер­метров — или последовательно, или параллельно. При последо­вательном соединении очевидно, что I_н=I_п=I и ψ=0. При параллельном соединении ток в каждой из катушек пропорциона­лен общему току, а их произведение пропорционально квадрату значения общего тока. Условие ψ=0 достигается подбором па­раметров катушек.

Чувствительность по току электродинамических ИМ в соответ­ствии с формулой (8) определяется зависимостью

.

Как следует из формулы (26), чувствительность электродина­мических ИМ зависит от измеряемой величины и от перемеще­ния их подвижной части и поэтому является величиной непосто­янной: S _I ≠ const .

Характер шкалы приборов с электродинамическим ИМ нерав­номерный, степенной, что объясняется нелинейной, степенной зависимостью (25) показаний прибора от измеряемой величины.

Точность приборов с электродинамическим ИМ высокая, тогда как чувствительность низкая. Этим объясняется тот факт, что они чаще используются как образцовые приборы и не используются как рабочие.

Высокая точность электродинамических амперметров и вольт­метров обусловлена отсутствием ферромагнитных элементов в ИМ, которые в измерительном приборе являются источниками различных погрешностей. Отсутствием ферромагнитных элемен­тов объясняется также и низкая чувствительность приборов с электродинамическим ИМ, так как магнитное поле катушек без сердечников и их взаимодействие оказываются очень слабыми. Высокая точность электродинамических приборов обеспечивает их малую инструментальную погрешность измерения, тогда как низкая чувствительность является причиной большой методиче­ской составляющей погрешности измерения. Это связано с тем, что от чувствительности прибора зависит мощность сигнала из­мерительной информации, отбираемая ИМ из цепи измерения.

Амперметры и вольтметры с электродинамическим ИМ рабо­тают как на постоянном, так и на переменном токе. Это объясня­ется тем, что сила тока в уравнение преобразования (17) электро­динамического ИМ входит во второй степени. На переменном токе показания приборов с электродинамическим ИМ, так же как и приборов с электромагнитным ИМ, соответствуют действую­щим значениям измеряемых величин.

Частотный диапазон приборов с электродинамическим ИМ ог­раничен частотами до 5 кГц. Это объясняется наличием индук­тивного входного сопротивления. Отсутствие ферромагнитных деталей в измерительном механизме является причиной более высокой частотной границы электродинамических ИМ по срав­нению с электромагнитными ИМ.

Зависимость показаний приборов с электродинамическим ИМ от формы измеряемого напряжения или тока слабая, так как входная индуктивность у этих ИМ небольшая.

Приборы с ферродинамическим измерительным механизмом

Ферродинамический ИМ отличается от электродинамического лишь тем, что у первого и подвижная и неподвижная катушки имеют ферромагнитные сердечники. Вращающий момент ферродинамического ИМ, так же как и у электродинамического ИМ, создается за счет взаимодействия магнитных полей подвижной и неподвижной катушек, усиленных ферромагнитными сердеч­никами. Именно поэтому зависимость, определяющая вращаю­щий момент М_вр ферродинамического ИМ, та же, что и у элек­тродинамического ИМ (см. формулу (24)). Уравнение преобразо­вания ферродинамического ИМ и формула для определения его чувствительности по той же причине аналогичны тем, которые были приведены для электродинамического ИМ: (25) и (26).

Характер шкалы приборов с ферродинамическим ИМ, так же как и у приборов с электродинамическим ИМ, неравномерный, степенной, что также объясняется нелинейной, степенной зави­симостью (25) показаний прибора от измеряемой величины.

Приборы с ферродинамическим ИМ содержат большой объем ферромагнитного материала в сердечниках и магнитопроводах. Поэтому они обладают низкой точностью, высокой чувствитель­ностью и значительным вращающим моментом. Перечисленные свойства приборов с ферродинамическим ИМ позволяют исполь­зовать их в качестве рабочих в тяжелых условиях эксплуатации (движение, тряска, вибрация, пыль и т.п.).

Амперметры и вольтметры с ферродинамическим ИМ, так же как и с электродинамическим ИМ, работают как на постоянном, так и на переменном токе. Это объясняется тем, что сила тока в уравнение преобразования (25) ферродинамического ИМ вхо­дит во второй степени. На переменном токе показания приборов с ферродинамическим ИМ, так же как и приборов с электродина­мическим ИМ, соответствуют действующим значениям измеряе­мых величин.

Частотный диапазон приборов с ферродинамическим ИМ зна­чительно уже частотного диапазона приборов с электродинами­ческим ИМ и ограничен частотами до 1,5 кГц, но наиболее широ­ко такие приборы используют для измерений тока и напряжения промышленной частоты 50, 400 Гц. Это объясняется наличием большого объема ферромагнитного материала в сердечниках и магнитопроводах приборов с ферродинамическим ИМ.

Зависимость показаний приборов с ферродинамическим ИМ от формы измеряемого напряжения или тока значительная, так как входная индуктивность у этих ИМ большая из-за большо­го объема ферромагнитных сердечников в катушках ИМ.

Уравнение вращающего момента для магнитоэлектрических приборов

АНАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

Структурную схему аналогового электромеханического прибора в общем виде можно представить как:

Измерительная цепь – обеспечивает преобразование электрической величины Х в промежуточную электрическую величину Y, функционально связанную с величиной Х и пригодную для непосредственной обработки измерительным механизмом.

Измерительный механизм – основная часть прибора, предназначенная для преобразования электромагнитной энергии в механическую, необходимую для создания угла поворота a.

Отсчетное устройство – состоит из указателя, связанного с измерительным механизмом и шкалы.

Указатели – бывают стрелочные (механические) и световые.

Шкала – совокупность отметок, представляющих ряд последовательных чисел вдоль какой либо линии.

По начертанию шкалы бывают прямолинейные (горизонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге 180°) и круговые (при дуге > 180°).

Цена деления шкалы определяются как:

где: Х – конечное значение шкала на данном пределе измерения,

N . число отметок шкалы.

Рассмотрим общий принцип действия измерительного механизма.

Обобщенная механическая схема измерительного механизма представлена на рисунке.

1 – ось, 2 – электромеханический преобразователь, приведенный к общему центру масс, 3 – стрелка, 4 – пружина, 5 – подшипниковые опоры.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу измерительного механизма, имеет вид:

где J – момент инерции подвижной части измерительного механизма,

— угол отклонения подвижной части,

— угловое ускорение.

На подвижную часть (при движении) воздействуют следующие составляющие моментов:

Вращающий момент – М- определяется скоростью изменения энергии электромагнитного поля , сосредоточенной в механизме, по углу отклонения .

Противодействующий момент — М— создается, как правило, при помощи спиральных пружин и растяжек

где: W – удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (определяется её материалом, длиной и т.д.).

Момент успокоения – М_усп— момент сил сопротивления движению. Всегда направлен встречно вращающему моменту.

р- коэффициент успокоения (демпфирования) подвижной части.

После подстановки всех составляющих момента в основное уравнение получим:

или

В статическом режиме, т.е когда стрелка прибора находится в неподвижном состоянии при каком то угле отклонения a, можно записать:

По типу измерительного механизма приборы делятся на:

магнитоэлектрический механизм;

магнитоэлектрический механизм логометрического типа;

электромагнитный механизм;

электромагнитный механизм логометрического типа;

электромагнитный поляризованный механизм;

электродинамический механизм;

электродинамический механизм логометрического типа;

ферродинамический механизм;

ферродинамический механизм логометрического типа;

электростатический механизм:

измерительный механизм индукционного типа.

Общие технические требования ко всем электроизмерительным приборам нормируются

Условные обозначения определены в

ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТИПА.

Общее устройство прибора электромагнитного типа показано на рисунке:

На рисунке а показана схема магнитоэлектрического механизма с подвижным магнитом, а на рисунке б- с неподвижным магнитом.

На рисунке приняты следующие обозначения:

стрелка; 2- катушка; 3- постоянный магнит; 4- пружина; 5- магнитный шунт; 6- полюсные наконечники.

Вывод уравнения шкалы прибора.

Уравнением шкалы называется математическая зависимость, дающая связь между измеряемой величиной и углом отклонения стрелки прибора.

Обозначим потокосцепление, связанное с катушкой как , тогда:

=I, где — энергия электромагнитного поля запасенной в измерительном механизме, I- величина тока, протекающего по катушке.

Если катушка имеет n витков, длина и ширина катушки соответственно l и b, магнитная индукция пронизываюшая катушку –В уравнение для потокосцепления в полном виде можно записать как:

или где S активная площадь катушки.

Подставив эти уравнения в уравнение для статики получим:

После подстановки имеем:

Тогда установившийся угол отклонения aу можно записать как:

или

где S_п— чувствительность прибора.

Уравнение шкалы показывает, что шкала магнитоэлектрического измерительного механизма — линейна.

Следует отметить, что подвижная часть магнитоэлектрического механизма обладает относительно большим моментом инерции. Поэтому при включении в цепь переменного синусоидального тока, среднее значение которого за период равно нулю, средний вращающий момент также

равен нулю. Следовательно, данный механизм, примененный непосредственно может измерять только постоянные токи.

Магнитоэлектрический механизм логометрического типа.

Механизм устроен следующим образом: первая и вторая катушки формируют вращающие моменты М₁ и М₂ направленные всегда встречно друг другу.

Индексами 1- обозначены параметры, относящиеся к первой катушке, а индексами 2- ко второй.

Если моменты окажутся равными, тогда можно записать:

Откуда можно записать уравнение шкалы магнитоэлектрического логометра.

или

Применяются логометрические механизмы, например в омметрах.

Необходимо отметить, что в некоторых типах логометров в отключенном состоянии стрелка может находиться в произвольном положении.

Достоинства магнитоэлектрических приборов:

Большой вращающий момент при малых токах, высокие классы точности, малое самопотребление.

Недостатки магнитоэлектрических приборов:

Сложность конструкции, высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность,