Приборы магнитоэлектрической системы

Приборы магнитоэлектрической (МЭ) системы основаны на взаимодействии поля постоянного магнита с полем контура с током.

Они могут быть двух типов:

1. - с подвижной рамкой

2. - с подвижным магнитом

Первые обладают лучшей точностью и большей чувствительностью. Вторые - проще надёжнее и дешевле. На практике большее распространение получили приборы МЭ системы с подвижной рамкой (рис.5).

Рис.5.

Полная энергия , сосредоточенная в измерительном механизме состоит из энергии поля постоянного магнита , энергии катушки с током и энергии взаимодействия поля магнита с катушкой с током , где - потокосцепление, равное произведению числа силовых линий, пересекаемых обеими сторонами катушки при её повороте на угол , на число её витков n:

где В – магнитная индукция (Тл), S – площадь обеих сторон катушки (м²). Таким образом, полная энергия механизма будет равна

. (9)

Ранее было показано, что вращающий момент равен . Дифференцируя (9), получим М=В·s·n·I. Также уже было отмечено, что подвижная система поворачивается до тех пор пока не наступит равенство вращающих и противодействующих моментов . Рассмотрим три случая.

1. Через прибор протекает постоянный ток.

Учитывая, что противодействующий момент , получим . Решая это равенство относительно угла поворота стрелки α можно определить уравнение шкалы прибора МЭ системы

где - чувствительность прибора по току

Отсюда видно, что шкала прибора равномерная, а отклонение указателя зависит от направления протекания тока.

Для регулирования угла отклонения механизма применяют магнитный шунт.

вид снизу

Пластинка, через которую проходит часть магнитного потока, изготовлена из магнитомягкого материала. Перемещая её можно регулировать ответвляющийся в магнитный шунт поток и тем самым менять индукцию в воздушном зазоре прибора.

Успокоение подвижной системы МЭ приборов магнитоиндукционное, без применения специальных устройств. Момент магнитоиндукционного успокоения возникает в результате взаимовоздействия магнитного потока с токами Фуко, возникающими в алюминиевом каркасе катушки.

2. Рассмотрим второй случай, когда измеряемый ток имеет синусоидальную форму .

В этом случае мгновенное значение вращающего момента

Среднее же значение вращающего момента за период равно

Следовательно, приборы МЭ системы при включении их в цепь синусоидального тока показывают нуль.

3. Случай когда к прибору подводят сложный переменный сигнал, содержащий постоянную составляющую: .

При подведении к прибору МЭ системы переменного сигнала прибор измеряет постоянную составляющую этого сигнала (или среднее значение).

Приборы МЭ системы являются интеграторами, т.к. выполняют операциюусреднения:

Достоинства приборов МЭ системы:

1. Высокая чувствительность (до 3⋅10^-11А).

2. Высокая точность (до класса точности 0,05).

3. Хорошая защищённость от внешних магнитных полей, т.к. собственная индуктивность между близко расположенными полюсами постоянного магнита велика и составляет 0,15 – 0,3 Тл.

4. Малое потребление мощности от измеряемой цепи (10^-5-10^-6 Вт) .

5. Малые габариты.

К недостаткам приборов МЭ системы можно отнести:

1. Прибор не защищен от перегрузок.

2. Измеряет только постоянную составляющую сигнала (среднее значение), и не позволяет измерять переменные сигналы.

3. Повышенная чувствительность к температуре окружающей среды.

Область применения.

Амперметры и вольтметры для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока. В сочетании с различными преобразователями могут работать и в цепях переменного тока. На базе МЭ системы создаются омметры, образцовые лабораторные и рабочие средства измерения. высокочувствительные гальванометры.