Феродинамічні вимірювальні механізми
Прилади цієї групи по суті є різновидом електродинамічних приладів: від останніх вони відрізняються не принципом дії, а лише конструкцією. З метою підвищення чутливості нерухома котушка феродинамічних механізмів рис.6.4 обладнана магнітом’яким осердям (магнітопроводом) 1. Рухома котушка 2 розміщується поміж полюсами магнітопровода. Наявність магнітопроводу значно зменшує поле розсіювання і збільшує магнітне поле нерухомої котушки 3, отже збільшує обертовий момент та чутливість механізму. Однак платою за це є зменшення точності приладів, що відбувається внаслідок неоднорідності та нелінійності магнітних характеристик
Рис. 6.4 |
осердя. Рівняння перетворення для цих механізмів та способи включення обмоток такі ж самі, як і для електродинамічних приладів. Дані вимірювальні механізми можуть застосовуватись для тих самих цілей, що і електродинамічні. Однак най-частіше вони застосовуються для вимірювання потужності або відношення двох величин – струмів чи напруг (див. логометри). |
3. Електромагнітні вимірювальні механізми
Принципи дії цих механізмів полягає у взаємодії магнітного поля струмів нерухомої котушки з рухомим феромагнітним осердям. Схематичне зображення механізму цього типу подано на рис. 6.5.
На рисунку позначено: 1- нерухома котушка; 2- рухома пермалоєва пелюстка (пермалой – це магнітом’який сплав заліза з нікелем з високою магнітною проникністю); 3-спіральна пружина; 4 –вісь; 5 –шкала.
|
Рис. 6.5 |
|
Енергія магнітного поля нерухомої котушки становить
(6.8)
де
L
–
індуктивність котушки,
–
струм, що протікає по катушці.
Індуктивність котушки змінюється з просуванням магнітної пелюстки в поле котушки, отже L= f( ), тому
.
(6.9)
Обертовий момент Mоб зрівноважується протидіючим моментом пружини Мпр=ka. Після зрівноваження маємо Моб= Мпр, тому рівння вимірювання приладу дорівнює
.
(6.10)
Якщо по котушці протікає змінний струм, то внаслідок інерційності системи маємо
.
(6.11)
Отже система вимірює квадрат дійсного значення струму.
Таким чином, кут a не залежить від напрямку протікання струму і пропорційний квадрату дійсного (ефективного) значення струму. Тому такі прилади можуть використовуватись для вимірювання струмів як в ланцюгах змінного, так і в ланцюгах постійного струмів.
Лінеаризувати шкалу приладу можна завдяки вибору форми осердя 2.
4. Електростатичні вимірювальні механізми
Принцип дії цих механізмів полягає у електростатичній взаємодії заряджених рухомого і нерухомого електродів механізму. Схематичне представлення конструкції механізму подано на рис.6.6.
Ємність конденсатора залежить від активної (тієї що перекривається) площі електродів, тобто від взаємного розташування електродів. Механізм на рис.6.6 складається з нерухомих електродів 1, рухомих електродів 2, вісі 3, плоскої пружини 4, стрілки 5 та шкали 6.
Енергія електромагнітного поля системи електродів дорівнює
,
(6.12)
де С – ємкість між пластинами конденсатора, для плоского конденсатора
,
(6.13)
де
– S
– площа активних ділянок пластин; h
–
відстань
між пластинами;
=
8,85 .
10-12
-
діелектрична проникність повітря;
- прикладена до електродів конденсатора
напруга.
Рис. 6.6 |
По суті механізм приладу уявляє собою різновид плоского повітряного конденсатора з рухомими електродами. У зрівноваженому режимі Моб = Мкр, отже
|
.
(6.14)
.
(6.15)
З рівняння вимірювання випливає, що показання приладу не залежать від полярності напруги, а у випадку вимірювання змінної напруги маємо
. (6.16)
Отже квадратичний характер рівняння вимірювання лишається і на змінному струмі.
Розглянуті механізми електростатичної системи використовують лише як вольтметри. До числа переваг таких приладів слід віднести:
1) широкий частотний діапазон;
2) низьку потужність споживання;
3) незалежність показань від шкідливої дії зовнішніх магнітних полів;
4) високий вхідний опір та малу вхідну ємність;
5) незалежність результату вимірювання від форми напруги ;
Певними недоліками приладів такого типу можна вважати:
1) низьку чутливість та точність;
2) необхідність екранування від впливу зовнішніх електричних полів;
3) квадратичний характер шкали;
4) можливість пробою між електродами конденсатора.
Найчастіше вольтметри цього типу використовують для вимірювання напруги в ланцюгах з малопотужними джерелами.