Электромагнитные измерительные механизмы.

Вращающий момент в электромагнитных измерительных механизмах возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма. В настоящее время наибольшее применение получили три конструкции измерительных механизмов: а) с плоской катушкой; б) с круглой катушкой; в) с замкнутым магнитопроводом.

На рис. 3.3 показан измерительный механизм с плоской катушкой. Катушка 1 наматывается медным проводом и имеет воздушный зазор, в который может входить эксцентрично укрепленный на оси сердечник 2. Обычно материалом сердечника в щитовых приборах служит электротехническая сталь, а в точных переносных приборах – пермаллой.

При наличии тока в катушке сердечник стремится расположиться в месте с наибольшей концентрацией поля, т. е. сердечник втягивается в зазор катушки. При этом закручиваются пружинки 3, в результате чего возникает противодействующий момент. На рис. 3.3 в измерительном механизме используется воздушный успокоитель, состоящий из камеры 4 и крыла 5.

Сильное влияние на электромагнитные измерительные механизмы с плоской или с круглой катушкой оказывают внешние магнитные поля. Это объясняется тем, что собственное магнитное поле механизма невелико. Для защиты от внешних полей применяются в основном два способа - астазирование и экранирование.

В астатическом измерительном механизме на оси подвижной части укреплены два одинаковых сердечника, каждый из которых размещается в магнитном поле одной из катушек, включенных между собой последовательно. Обмотки включены так, что магнитные поля катушек направлены навстречу друг другу. Если такой измерительный механизм попадает в равномерное внешнее поле, то суммарный момент, а, следовательно, и показания прибора при этом не изменяются.

Рис. 3.4. Электромагнитный измерительный механизм с замкнутым магнитопроводом

 

При магнитном экранировании измерительный механизм помещается внутрь замкнутого кожуха из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (чаще всего из пермаллоя). Действие экрана состоит в том, что магнитные линии внешнего поля почти не проникают во внутреннюю область.

На рис. 3.4 показан электромагнитный измерительный механизм с замкнутым магнитопроводом. Катушка 1 помещена на магнитопровод 2 с полюсными наконечниками 3. При наличии тока в обмотке катушки подвижный сердечник 4 стремится повернуться по часовой стрелке вокруг оси 0, втягиваясь в рабочее пространство между полюсными накладками.

Основные достоинства измерительного механизма с замкнутым магнитопроводом: повышенная чувствительность, уменьшение погрешности от влияния внешних магнитных полей, возможность относительно просто менять характер шкалы путем изменения положения левого полюсного наконечника относительно правого.

В заключение отметим, что по своему устройству электромагнитные измерительные механизмы являются самыми простыми среди измерительных механизмов приборов разных групп. Основное уравнение отклонения механизма прибора:

Из выражения видно следующее:

1.Знак угла отклонения подвижной части не зависит от направления тока в обмотке. Это значит, что электромагнитные приборы могут применяться для измерений в цепях постоянного и переменного тока. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение тока (или напряжения),

2. Шкала электромагнитного прибора неравномерная, т.е. между измеряемой величиной (током) и углом отклонения нет прямопропорциональной зависимости. Характер шкалы зависит от множителя , т. е. от закона изменения индуктивности с изменением угла поворота сердечника, и от квадрата тока в катушке. Меняя форму сердечника и его расположение в катушке, можно получить практически равномерную шкалу, начиная с 20 - 25% верхнего предела диапазона измерений.

Устройство измерительного механизма электромагнитного логометра с катушками А и Б представлено на рис. 3.5. Сердечники на оси укреплены так, что при повороте подвижной части в некоторых пределах индуктивность одной катушки увеличивается, а другой - уменьшается, вследствие чего вращающие моменты направлены в противоположные стороны. Для статического равновесия (установившегося режима) моменты катушек должны быть равны по величине и обратны по знаку. Угол поворота катушек будет некоторой функцией отношения токов в катушках.

Рис. 3.5. Измерительный механизм электромагнитного логометра

Электромагнитные измерительные механизмы используются в настоящее время в амперметрах, вольтметрах, в фазометрах и частотомерах. Кроме этих приборов, применяются резонансные электромагнитные приборы, в которых частота собственных колебаний подвижной части (сердечника) настраивается в резонанс с частотой тока в обмотке. К таким устройствам относятся вибрационные частотомеры.

Главными достоинствами электромагнитных приборов являются:

- простота конструкции и, как следствие, дешевизна и надежность в работе;

- способность выдерживать большие перегрузки, что объясняется отсутствием токопроводов к подвижной части;

- возможность применения для измерений в цепях постоянного и переменного тока (отдельных приборов до частоты примерно 10000 Гц).

К недостаткам приборов относятся относительно малые точность и чувствительность.