56.Магнитоэлектрический измерительный механизм. Конструкция и принцип работы
В магнитоэлектрическом измерительном механизме вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током. Конструктивно проводник выполняется в виде рамки.
Практические конструкции магнитоэлектрических ИМ могут быть 2-х разновидностей:с подвижной катушкой и неподвижным магнитом;с неподвижной катушкой и подвижным магнитом.Более широкое применение получили магнитоэлектрические ИМ первой разновидности, поэтому мы его и рассмотрим. Конструкция его имеет следующий вид (рисунок 2.2).
Магнитная система ИМ образуется постоянным магнитом 1, полюсными наконечниками с цилиндрической расточкой 2 и неподвижным сердечником цилиндрической формы 3. Сердечник изготавливается из ферромагнитного материала. Такая конструкция магнитной системы позволяет создать в зазоре между сердечником и полюсными наконечниками радиальное равномерное магнитное поле. Силовые линии поля в зазоре имеют одинаковую плотность. Благодаря тому, что магнитное поле равномерное, обеспечивается постоянная чувствительность ИМ, а следовательно и измерительного прибора на его основе. В этом поле свободно поворачивается катушка 4 в виде прямоугольной рамки. На ее оси жестко закреплена стрелка, которая вместе со шкалой образует отсчетное устройство. Противодействующий момент создается двумя спиральными пружинами 5, которые одновременно служат и токопроводами, т.е. через них подается в рабочую катушку измеряемый ток. Момент успокоения в таких ИМ создается, как правило, с помощью нескольких короткозамкнутых витков, намотанных на каркас рабочей катушки. Это пример магнитоиндукционного успокоителя.
Рисунок 2.2 - Магнитоэлектрический измерительный механизм.
Получим уравнение преобразования этого ИМ. При протекании по рабочей катушке измеряемого тока возникает вращающий момент. Для рассматриваемой системы при измерении постоянного тока электромагнитная энергия, запасенная в ней, будет определяться выражением:
, (2.6),
где
–
магнитный поток в зазоре.
Подставив
значение
из (2.6) в общее выражение (2.2) для
,
получим: 
(2.7)
Так
как магнитное поле является радиальным
и равномерным, то
равен: 
, (2.8),
где
–
магнитная индукция в зазоре (величина
постоянная);
–
площадь витка рамки;
–
количество витков рабочей катушки;
–
угол поворота подвижной части ИМ.
Подставив
значение
из (2.8) в выражение (2.7) для
и взяв дифференциал, получим конечное
значение
магнитоэлектрического ИМ: 
(2.9).
Из него видно, что так как величины
,
,
постоянны для данной конструкции ИМ,
то
однозначно определяется величиной
измеряемого тока I.
Приравняв вращающий (2.9) и противодействующий (2.3) моменты, получим уравнение преобразования магнитоэлектрического ИМ:
и
,где
- чувств. по току ИМ.
Полученные выражения позволяют сделать следующие выводы о достоинствах и недостатках магнитоэлектрических ИМ, а следовательно и приборов на их основе.
Достоинства:угол поворота стрелки прямо пропорционален току, протекающему по рабочей катушке. Это значит, что магнитоэлектрический ИМ можно непосредственно использовать для измерения силы тока;
чувствительность ИМ по току постоянна, т.е. его шкала является равномерной;
магнитоэлектрические приборы являются наиболее точными из всех электромеханических приборов и изготавливаются вплоть до класса точности 0,05;
благодаря сильному собственному магнитному полю в зазоре внешние магнитные поля практически не влияют на работу прибора. Влияние температурных воздействий также незначительно, а при необходимости может быть уменьшено с помощью специальных схем термокомпенсации;
малое собственное потребление мощности.
К недостаткам таких ИМ можно отнести следующее:достаточно сложное устройство и относительно высокая стоимость по сравнению с другими электромеханическими приборами;
боязнь к перегрузкам, как электрическим, так и механическим;
возможность непосредственного измерения только постоянных или медленно изменяющихся токов, что и ограничивает их область применения.