3.3. Прилади електромагнітної системи
К
онструкція
електромагнітних вимірювальних
механізмів заснована на механічній
взаємодії магнітного поля, що створюється
котушкою, з феромагнітний осердям,
вміщеним в полі цієї котушки. Електромагнітні
вимірювальні механізми виготовляють
з плоскою (рис. 3.5, а)
або
круглою (рис. 3.5, б)
котушкою.
Рис 3.5. Будова електромагнітного вимірювального механізму з котушкою:
а – плоскою, б - круглою
У механізмах з плоскою котушкою осердя 1 встановлене на осі, на якій закріплена стрілка. При проходженні струму І по котушці 2 осердя буде намагнічуватися і втягуватися в котушку, повертаючи її рухому частину. Обертаючий момент, що створюється котушкою, пропорційний силі притягування електромагніта F, під дією якої осердя втягується в котушку. Сила F притягування електромагніту пропорційна квадрату індукції, отже, квадрату струму в котушці. Тому обертаючий момент, створений котушкою,
(3.12)
тут с1 - коефіцієнт, що залежить від числа витків і розмірів котушки, матеріалу і форми осердя і його положення відносно котушки.
При втягуванні осердя в котушку величина с1 змінюється. Під дією моменту М рухома частина буде повертатися доти, поки цей момент не буде врівноважений протидіючим моментом Мnp=c2, створеним пружинами 3 або розтяжками. У момент рівноваги М=Мпр звідки
. (3.13)
Отже, в приладах з електромагнітним вимірювальним механізмом кут повороту стрілки пропорційний квадрату струму, тому шкала у такого приладу нерівномірна (квадратична). Для згладжування нерівномірності шкали осердю 1 надається особлива листоподібна форма, внаслідок чого форма магнітного поля і момент М, що створюється котушкою, змінюються по мірі втягування осердя (змінюється коефіцієнт с). Для заспокоєння коливань рухомої частини приладу при переміщенні її з одного положення в інше у вимірювальному механізмі є заспокоювач 4.
У приладах з круглою котушкою рухома частина повертається внаслідок взаємодії двох стальних осердь 1, що намагнічуються, розташованих всередині котушки. Один з них укріплений на осі 5 приладу, а інший на внутрішній поверхні каркасу котушки 2. При проходженні струму І по котушці пластини намагнічуються, і їх однойменні полюси виявляються розташованими один проти одного. У результаті між ними виникають сили відштовхування і створюється обертаючий момент М=cІ2, що повертає вісь зі стрілкою.
Електромагнітні прилади використовують головним чином для вимірювання струму і напруги в промислових установках змінного струму. При періодичній зміні струму, що проходить через прилад, момент М, який створюється його котушкою, не буде змінюватися за напрямом, оскільки він пропорційний квадрату струму. Кут відхилення стрілки визначається деяким середнім моментом, величина якого залежить від середньоквадратичного значення струму або напруги за період.
Отже, при включенні електромагнітних приладів в коло змінного струму, вони вимірюють діючі значення струму або напруги.
Котушка при вимірюваннях може бути включена послідовно в електричне коло або до двох вузлів кола, між якими діє деяка напруга. У першому випадку прилад буде працювати як амперметр, у другому як вольтметр.
Котушка електромагнітного вимірювального механізму створює відносно слабке магнітне поле, оскільки силові лінії його проходять в основному по повітрю. Тому такі механізми досить чутливі до впливу зовнішніх магнітних полів.
Для захисту від цих впливів електромагнітні вимірювальні механізми екранують стальними екранами, а в деяких випадках виконують астатичними. В астатичному механізмі є дві плоскі котушки і два осердя, розташовані на загальній осі. Обмотки котушок вмикають так, щоб напрями їх магнітних полів Ф1 і Ф2 були протилежні. Обертальні ж моменти діють на рухому систему приладу в одному напрямку. Тому зовнішнє магнітне поле буде підсилювати поле однієї котушки і ослабляти другої; створений же ними сумарний обертаючий момент буде незмінним.