3.2.1. Приборы магнитоэлектрической системы

Конструкция и принцип действия.

• На рис. 3.2 упрощенно показана конструкция механизма такой системы, которая содержит преобразователь электрической величины (входного измеряемого тока) в механическую (угол отклонения) и отсчетное устройство (указатель и шкалу).

• Постоянный магнит 1, магнитопровод 2 и цилиндрический сердечник З из магнитомягкого материала создают равномерное радиальное магнитное поле в воздушном зазоре, в котором расположена и может поворачиваться рамка 4 с измеряемым током.

• Рамка (несколько десятков витков медного провода) жестко связана с осью 5, на которой закреплена стрелка 7. Эти элементы образуют подвижную часть механизма.

• Как известно, на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила.

• При протекании измеряемого тока I в рамке, находящейся в магнитном поле зазора, возникает вращающий момент М, равный произведению индукции В магнитного поля в зазоре, активной

• (т. е. находящейся в магнитном поле) площади рамки S, числу витков w и току I в рамке:

М =B·S·w·I.

• Отсчетное устройство — стрелка 7 и шкала 8— преобразует угол отклонения (поворота) рамки α в показания (отсчет). Спиральная пружина б служит для создания противодействующего момента МПР:

МПР = α Ω,

• где α — угол поворота подвижной части; Ω— удельный противодействующий момент.

• Вращающий момент заставляет рамку поворачиваться. Противодействующий момент направлен навстречу вращающему.

• В процессе поворота рамки противодействующий момент МПР, пропорционально растет. Это происходит до тех пор, пока моменты не станут равными.

При МПР = М,

BSwI= α Ω.

• Следовательно, угол поворота α имеет вид

α = (BSwI ) / Ω

• Амперметры и вольтметры. Для измерения малых токов (до 100 мА) используются непосредственно магнитоэлектрические измерительные механизмы.

• Если требуется измерять токи, превосходящие ток полного отклонения механизма, то применяются шунты (точные резисторы с малым сопротивлением: десятые — тысячные доли Ома) – рис. 3.3, а.

• При этом через измерительный механизм (ИМ) течет ток IМ, представляющий собой только часть измеряемого тока I.

• Зная соотношение между сопротивлениями рамки ИМ и шунта RШ, можно переградуировать шкалу прибора или пересчитать показания в результат измерения.

• Схема магнитоэлектрического вольтметра приведена на рис. 3.3, 6.

• Последовательно с ИМ включается резистор RV с достаточно большим сопротивлением. добавочные резисторы R Д1 и RД2 обеспечивают несколько диапазонов измерения напряжения UV

• (UV3> UV2> UV1). Ток I через ИМ на любом диапазоне не должен превосходить номинального значения

• I НОМ для механизма

Пример организации многопредельного вольтметра

• Имеется МЭ механизм с сопротивлением RИМ = 10 Ом и номинальным током IНОМ= 0,001 А.

• Для организации на базе такого механизма вольтметра с диапазоном измерения U1= 1 В необходимо включить последовательно с механизмом резистор RV, с таким сопротивлением, которое обеспечит при измеряемом напряжении U1 = 1 В ток через механизм IНОМ = 1,0 мА.

• Найдем значение этого сопротивления

RV = ( U1 / IНОМ ) - RИМ =

= (1:0,001) — 10 = 990 Ом.

• Имеем МЭ вольтметр с диапазоном измерения U1= 1 В и с внутренним сопротивлением RВН = RИм + RV, = 1 кОм, то для расширения предела измерения до U2 = 10 В необходимо включить последовательно добавочный резистор сопротивлением RД1 = 9 кОм.

• Для расширения предела измерения до U3 = 100 В (т.е. организации еще одного диапазона) необходимо подключить последовательно с имеющимся резистором RД1 еще один добавочный резистор Rд2 = 90 кОм. Таким образом, получаем схему многопредельного вольтметра постоянного тока (см. рис. 3.3, 6).

Особенности магнитоэлектрических приборов.

• Приборы МЭ системы, по сравнению с другими электромеханическими приборами, имеют ряд

• Преимуществ:

• более высокие точность и чувствительность; равномерная (линейная) шкала; сравнительно малое собственное потребление энергии от источника сигнала; практическое отсутствие влияния внешних магнитных полей (так как собственное поле в зазоре значительно).

• Недостатки:

• Это возможность работы ИМ только на постоянном токе;

• сравнительная сложность реальной конструкции;

• заметная чувствительность к перегрузкам, механическим воздействиям, ударам, вибрации;

• изменение упругих свойств пружины со временем

• зависимость показаний от изменения температуры окружающей среды.