Приборы магнитоэлектрической системы
В приборах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается за счет взаимодействия поля постоянного магнита с рамкой (катушкой), по которой протекает ток. Конструктивно измерительный механизм прибора может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной рамкой. На рис. 4 показана конструкция
прибора с подвижной рамкой. Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма.
В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное радиальное магнитное поле, в котором находится подвижная прямоугольная рамка 4, намотанная тонким медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (или
без каркаса). Рамка закреплена между полуосями 5. Спиральные пружинки 6, предназначенные для создания противодействующего момента, одновременно используются для подачи измеряемого тока в рамку. Рамка жестко соединена со
стрелкой7. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики 8.
|
Рис. 4. Устройство прибора
магнитоэлектрической системы
Рис. 5. Рамка с током в магнитном поле
Выражение для вращающего момента, действующего на подвижную систему при
прохождении через рамку тока, получим, используя формулу для силы Лоренца,
воздействующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле.
При прохождении электрического тока I через проводник длиной L,
расположенный в магнитном поле с индукцией В (рис. 5), на проводник действует сила
F,определяемаяформулой
F=IBLsin(B,I),
где (В,1) – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.
Рабочими участками витка проволоки, намотанной на рамку, являются отрезки длиной L, расположенные на сторонах рамки, параллельных оси вращения.
Для этих отрезков угол между направлением тока и вектором магнитной индукции равен 90°, следовательно, на отрезок проволоки длиной L действует сила F = IBL. При
этом силы, действующие на противоположные отрезки витков, равны, но
противоположны по направлению. В результате, на рамку из w витков проволоки действует вращающий момент
МВР
=2Fb=BS
2
PwI ,
где b – ширина рамки; Sp – площадь рамки. Т.к.
МВР
=МПР,то
a=BS Pw I .
W
Таким образом, угол отклонения подвижной части пропорционален току,
протекающемупорамке. Коэффициент пропорциональности
SI =
BS Pw
W ,
называется чувствительностьюмагнитоэлектрического прибора к току.
Зависимость угла отклонения a от приложенного к рамке напряжения:
a=BSPw U WRP
= SUU ,
где SU – чувствительностьмагнитоэлектрического прибора к напряжению.
Чувствительности SI и SU являются постоянными величинами, зависящими лишь от параметров измерительной цепи и механизма. Отсюда следует, что шкала магнитоэлектрического прибора равномерна, а изменение направления тока, протекающего через рамку, ведет к изменению направления угла отклонения стрелки. Подвижная система измерительного механизма магнитоэлектрических приборов обладает значительной инерцией, поэтому такие приборы реагируют лишь на постоянную составляющую тока и непригодны для измерения переменного тока или напряжения. Для измерений в цепях переменного тока необходимо предварительно преобразовать переменный ток в постоянный.
Достоинства и недостатки. Общими достоинствами приборов магнитоэлектрической системы являются высокая чувствительность, высокая точность (класс точности 0,05; 0,1), малая потребляемая мощность, незначительное влияние внешних магнитных полей из-за наличия сильного собственного магнитного поля.
Приборы с подвижной рамкой имеют равномерную шкалу; с подвижным магнитом
– простую конструкцию, устойчивость к перегрузкам, т. к. измеряемый ток протекает непосредственно по катушке, а не по спиральным пружинам.
К недостаткам приборов с подвижной рамкой относят сложность и высокую стоимость конструкции, низкую перегрузочную способность в результате изменения свойств или перегорания спиральных противодействующих пружин.
Область применения. Приборы применяют в качестве вольтметров,
милливольтметров, амперметров, миллиамперметров, микроамперметров и малогабаритных индикаторов. Часто нужно только фиксировать ток, не измеряя его
значения. Для этих целей используют высокочувствительные приборы с условной шкалой – гальванометры.