Прилади магнітоелектричної системи

Прилади магнітоелектричної системи застосовують для вимірювання величини струму, напруги і опору в колах постійного струму. Разом з перетворювачами змінного струму в постійний або пульсуючий ними можна вимірювати в колах змінного струму, а також неелектричні величини — тиск, температуру і т. ін.

Нерухомою частиною приладу є постійний магніт 1 (рис. 3.2) з двома полюсними наконечниками 2, які охоплюють нерухомий циліндр 4, створюючи однаковий повітряний зазор величиною до 2 мм (рис. 3.3). У повітряному зазорі утворюється рівномірний розподіл індукції (В) магнітного поля, тобто в будь-якій точці робочої частини повітряного зазора В = const.

Полюсні наконечники й осердя є магнітопроводом, тому їх виготовляють з магнітом'яких матеріалів з можливо меншим магнітним опором. Постійний магніт виготовляють із спеціальних сплавів (залізо-нікельалюмінієві) з великою залишковою індукцією.

Для зміни величини магнітної індукції у повітряному зазорі при підгонці відхилення стрілки по шкалі приладу змінюють положення магнітного шунта 1 (ним відводиться 10 % магнітного потоку), який кріпиться до полюсних наконечників або до каркаса гвинтом 2. Інколи привод переміщення магнітного шунта виводять на корпус приладу.

Рухома частина приладу складається з прямокутної алюмінієвої рамки 3 (рис. 3.2), на якій намотана котушка з мідного ізольованого проводу діаметром 0,02—0,2 мм. До рамки прикріплені півосі 6, які встановлюються в підп'ятниках. До півосей кріплять внутрішні кінці спіральних пружин 5 і стрілку 10 з тягарцями 9, за якими рухому систему приводять до байдужої рівноваги. Одна з протидіючих пружин другим кінцем прикріплена до важеля коректора 7, яким з допомогою регулювального ексцентрика 8 стрілку встановлюють проти початкової поділки шкали. Вимірюваний струм І підводиться до котушки через спіральні пружини. Проходячи по котушці, він взаємодіє з магнітним полем постійного магніту, створюючи обертальний момент (рис. 3.3), пропорційний цьому струму,

де В — магнітна індукція в зазорі, Вб/м², ω, І, d — число витків котушки, активна довжина витка, м, ширина рамки, м.

Під впливом цього моменту котушка повернеться на кут α, при якому обертальний момент зрівноважиться протидіючим моментом М_пр пружин.

Оскільки то при

Отже, кут відхилення стрілки по шкалі буде тим більшим, чим більше вимірюваний струм І і чутливість приладу S. Для цього приладу чутливість є сталою величиною, тому відхилення стрілки пропорційне струму і шкала рівномірна. При зміні напряму струму (рис. 3.3) змінить свій напрям і обертальний момент, тому при односторонній шкалі слід додержуватися вказаних полярностей. При вмиканні магнітоелектричного приладу безпосередньо в коло змінного струму напрям обертального моменту змінюватиметься згідно з частотою струму, середнє значення дорівнюватиме нулю, тому стрілка не відхилятиметься.

Заспокоювання стрілки магнітоіндукційне, а саме в алюмінієвому каркасі, при його русі індукується е.р.с і виникає струм. При взаємодії цього струму з магнітним полем створюється гальмівний момент, що забезпечує швидке (2—3 с) заспокоювання рухомої частини приладу.

Прилади магнітоелектричної системи виготовляють різної чутливості — від 10^-12 до 10^-2  А на всю шкалу приладу.

Магнітоелектричні гальванометри призначені для вимірювання малих значень струмів — від 10^-6 до 10^-12 А. Для розширення межі вимірювання приладів магнітоелектричної системи застосовують шунти і додаткові опори.

Шунт — це опір, що приєднують паралельно до вимірювального приладу (амперметра, гальванометра, рис. 3.4). Для збільшення границі вимірювання в п раз на підставі співвідношень

Опір шунта R_ш дорівнюватиме

Шунти виготовляють з манганіну (Сu 84 %, Мn 13 %, Ni 3 %), питомий опір якого порівняно великий з малим температурним коефіцієнтом опору (0,00001 град^-1).

Застосовують шунти тільки для приладів постійного струму (магнітоелектричної системи), тому що на змінному струмі треба враховувати реактивний опір приладу, який залежить від частоти; крім того, це веде до збільшення опору шунта і його розмірів при допустимій температурі перегріву, що є невиправданим.

На відміну від амперметра (з малим власним опором), що вмикають у коло послідовно із споживачем і яким вимірюють величину струму навантаження, вольтметром вимірюють різницю потенціалів на ділянці кола, вмикаючи його паралельно до споживача. Для того щоб не порушити режиму роботи кола, опір вольтметра має бути великим. Для цього послідовно вимірювальному механізму приладу вмикають додатковий опір (рис. 3.5). Додатковий опір вмикають для розширення меж вимірювання вольтметрів різних систем — магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної та ін.

Величину додаткового опору визначають з таких міркувань. Якщо вольтметр розрахований на U_B вольт, а ним треба вимірювати U_ном > U_В, тобто розширити межі вимірювання в раз, то, виходячи з того що струм у колі вольтметра і додатковий опір дорівнюватиме

Додатковий опір виготовляють з тонкого ізольованого манганінового проводу з розрахунку 100—300 Ом на 1 В для технічних вольтметрів і 1000—30000 Ом на 1 В вимірюваної напруги для лабораторних вольтметрів.

Позитивні якості приладів магнітоелектричної* системи: висока точність (0,5; 0,2 і навіть 0,1 %), чутливість, мале власне споживання потужності, рівномірна шкала, мала чутливість до зовнішнього магнітного поля, добре заспокоювання рухомої частини і т. ін.

До недоліків слід віднести: придатність лише для постійного струму (без перетворювачів), складність конструкції, порівняно велика вартість, недостатня перевантажувальна здатність (120 % номінального до 5 хвилин) і т. ін.