Логометр.

Это приборы магнитоэлектрической системы. Логометр (рис.2.23) состоит из двух жестко закрепленных между собой рамок, изготовленных из медной проволоки, сопротивлением r1 и r2. На общую ось рамок наса- жена стрелка прибора.

В воздушном кольцевом зазоре между цилиндрическим наконечни- ком из мягкой стали и полюсными наконечниками вращаются активные стороны рамок. Воздушный зазор между полюсными наконечниками и сердечником неравномерен и поэтому магнитное поле здесь распределено неравномерно. Так, зазор по горизонтальной оси минимален и увеличива- ется по обе стороны от этой оси. В соответствии с этим магнитная индук- ция в центре максимальна и уменьшается примерно по квадратичному за- кону по мере удаления от центра к краям полюсных наконечников. Таким

образом, магнитная индукция является функцией угла поворота рамок, т.е. токи I1 и I2, проходящие соответственно в рамках r1 и r2, направлены так, что возникающие в них моменты M1 и М2 направлены навстречу друг дру- гу:

M1=C1B1I1; M2=C2B2I2, (2.33) где C1, C2 - постоянные коэффициенты, зависящие от геометрии рамок; B1, В2 - магнитная индукция, пронизывающая рамки.

 

 

2 r2 r1 2

 

 

N S R1

R

2

 

 

U

I 3 1

2 I1

+

 

 

Rл Rл

 

Rt

 

Рис.2.23. Логометр:

1 – сердечник; 2 – рамки; 3 – магнит

В логометре уравно- вешивание момента, дей- ствующего в одной из ра- мок, происходит за счет момента другой рамки. Для исключения погреш- ности измерения токопро- воды рамок выполняют безмоментными, напри- мер, из тонкой золотой ленты или маломомент- ными - из бронзовой про- волоки малого диаметра.

Пусть при измене-

нии сопротивления Rt уве-

личился ток I1, что приво-

дит к увеличению момента M1, который начинает поворачивать подвиж- ную систему против часовой стрелки. При этом окажется, что активные стороны рамки r1 будут перемещаться из поля большей магнитной напря- женности в поле с меньшей напряженностью. Активные стороны рамки r2, наоборот, из поля меньшей магнитной напряженности в поле с большей напряженностью. При этом момент M1 будет уменьшаться, а М2 - расти, вследствие уменьшения B1 и роста B2. При некотором угле поворота под- вижной системы наступит состояние равновесия, т.е.

M1=M2,

C1I1B1=C2l2B2,

откуда

I 1 = C 2 B 2

I 2 C 1 B 1

= C B 2 =

B 1

f (ϕ)

или ϕ = f(I2 / I1).

Из этого следует, что угол поворота подвижной системы определяет-

ся отношением (по-гречески "логус") двух токов, что объясняет название прибора - логометр.

Выражая токи I1 и I2 через напряжение питания U и соответст-

вующие сопротивления, имеем:

ϕ = f (I 2) =

I 1

f (U /(r 2 + R 2)) =

U /(Rt + r 1 + R 1 + 2 Rл)

f (Rt + r 1 + R 1 + 2 Rл), (2.34)

r 2 + R 2

r1, R1, r2, R2, Rл = const, поэтому ϕ = f(Rt).

Таким образом, логометр измеряет отношение токов, генерируемых

одним источником. Изменение его напряжения в определенных пределах не влияет на показания прибора. Это его преимущество.

Так как рамки выполнены из меди, то при изменении температуры окружающей среды сопротивление рамок меняется. Для уменьшения влияния температуры последовательно с сопротивлениями r1 и r2 рамок включены добавочные резисторы R1 и R2, выполненные из манганина. Зна- чение сопротивлений

R1 и R2 много больше

 

R2 R5

 

 

a

Rр1

R4

 

 

R1

 

Rэ

 

 

 

R3

 

 

Rр2

 

R6

 

 

 

b

 

Rвн2

 

 

Rвн1

U сопротивлений r1 и r2

рамок. Но при этом из- Rt за уменьшения токов уменьшается чувстви-

тельность логометра. Для увеличения чувст- вительности логометра и уменьшения темпе- ратурного коэффици- ента используют схему симметричного нерав- новесного моста, в диагональ которого

включены рамки ло-

Рис.2.24. Схема подключения логометра

гометра (рис.2.24).

Рамки логометра

включены в диагональ моста, составленного из постоянных манганиновых резисторов R1, R2, R3 и R6 и термометра сопротивления Rt. Средняя точка

между рамками соединена через последовательно включенные медный ре- зистор R5 и манганиновый R4 с вершиной моста, к которой подведен один провод источника питания, второй провод источника питания подключен к противоположной вершине. Резистор R4 - сопротивление для изменения пределов измерения (угла отклонения подвижной системы), a R5 - для тем- пературной компенсации.

Для обеспечения наибольшей чувствительности мостовая схема симметрична, т.е. R2=R3. Резистор R1 выбран так, чтобы мост находился в равновесии при сопротивлении термометра сопротивления Rt, соответст- вующему значению температуры в середине шкалы прибора. При этом из- за равенства потенциалов на вершинах моста а и b падение напряжения на резисторах R2 и R3, а значит и силы токов в рамках Rр1 и Rр2 равны, и обе рамки располагаются в магнитном поле симметрично относительно оси полюсных наконечников.

При увеличении сопротивления термометра сила тока I2 в рамке Rр2 уменьшится, а в рамке Rр1 соответственно увеличится. При уменьшении сопротивления термометра произойдет обратное явление, то есть I2 увели- чится, a I1 уменьшится.

Под действием возникающей в обоих случаях разности вращающих моментов, магнитная система поворачивается вправо или влево до наступ- ления нового равновесия. Из головки термометра выходит три провода: два из них через уравнительные манганиновые катушки Rвн1, Rвн2, а третий подсоединен к источнику питания. Этот провод, входящий в диагональ пи- тания моста не имеет уравнительной катушки, так как сопротивление про- вода не сказывается на работе логометра.

Таким образом, плечи R1+Rвн1 и Rt+Rвн2+R6 смежные, следовательно изменение сопротивления соединительных проводов из-за изменения тем- пературы окружающей среды почти не влияет на результаты измерения. При проверке правильности подгонки сопротивления соединительных проводов их закорачивают на зажимах головки термометра и вместо Rt включают Rэ, для чего провод, подводящий ток к зажиму 1, подключают к зажиму 2. В этом случае при включении питания стрелка логометра долж- на остановиться на контрольной отметке.

Одинаковое изменение сопротивления рамок логометра при изме- нении температуры окружающей среды не влияет на показание прибора только при равновесии мостовой схемы. Температурную погрешность прибора компенсируют соответствующим выбором резистора R5.

Если температура t отличается от градуировочной to, то

R5 = R5°[1 + α (t-to)],

где R5 ° - сопротивление резистора при температуре градуировки; α - тем-

пературный коэффициент электрического сопротивления меди.

Сопротивление резистора

R 0 ((2 R + R

+ R) R

+ R 2)

R o = p

1 t 4

, (2.36)

 

 

p

где R=R2=R3, R 0

R (R 1 + Rt)

- сопротивление рамок логометра при температуре to.

0 0

При известных Rp, R, R4, R1 и Rt можно определить R5, а следова-

тельно R5 для диапазона (to ÷ t). В формулу входит Rt, поэтому полную

компенсацию температурной погрешности можно получить для двух опре-

деленных значений Rt.

Эта схема позволяет для логометров класса точности 1,5 иметь до- полнительную погрешность не более ±0,75% от значения диапазона изме- рения на каждые 10°С изменения температуры окружающей среды в пре- делах от 5 до 50°С. Классы точности промышленных логометров 0,5; 1;

1,5; 2; 2,5.