Приборы магнитоэлектрической системы

В конструкции приборов магнитоэлектрической системы можно выделить магнитную и подвижную системы (рис. 1.30). Первая состоит из подковообразного магнита 1, полюсных наконечников 2 и цилиндрического сердечника 3. Кольцевой зазор между сердечником и полюсными наконечниками характеризуется наличием практически равномерного электромагнитного поля.

В этом зазоре соосно с сердечником размещается рамка 4. Момент сил, противодействующий вращению рамки, создается специальными пружинами.

Взаимодействие тока, протекающего по рамке, с полем постоянного магнита 2 вызывает появление вращающего момента, который, будучи уравновешен противодействующим моментом пружин, поворачивает рамку на определенный угол. Вращающий момент, действующий на рамку, равен

М_вр = w*B*L*I*d = C₁*I,

где w – число витков рамки, В – индукция поля постоянного магнита, L и d – ширина и длина рамки, С₁ = w*B*L*d – коэффициент. Так как параметры w, B, L и d неизменны для прибора, то коэффициент С₁ является постоянным. То есть вращающий момент пропорционален величине тока и его изменения зависят только от изменения тока.

Пружины создают противодействующий момент

М_пр = С₂*,

 = (С₁ / С₂)*I.

Таким образом, угол поворота рамки пропорционален величине протекающего по рамке тока. Угол поворота рамки показывается прикрепленной к ней стрелкой.

Данный принцип измерения лежит в основе работы амперметров и вольтметров. Соответственно, шкалы этих приборов проградуированы в единицах силы тока и напряжения.

Достоинства приборов данной системы:

- точность показаний,

- малая чувствительность к посторонним электромагнитным полям,

- незначительное потребление мощности,

- равномерность шкалы.

Недостаток: принцип не предназначен для измерения переменного тока. Для использования прибора в цепях переменного тока необходимы преобразователи.

Приборы электромагнитной системы

Принцип действия основан на втягивании стального сердечника 2 (рис. 1.31) в неподвижную рамку с током 1. На рис. 1.31 а показан разрез рамки, на рис. 1.31 б – вид сбоку. Рамка может иметь квадратную, круглую или, как в данном случае, овальную форму.

Сердечник вращается на оси, к которой прикреплена стрелка, показывающая на шкале угол поворота. Сердечник уравновешен пружиной (на рис. не показана).

При протекании тока I через рамку возникает магнитное поле, втягивающее сердечник в внутрь рамки. Полностью втянуться ему не дает пружина. Вращающий момент, действующий на сердечник:

М_вр = С₁*I₂,

где С – постоянный коэффициент.

Противодействующий момент пружины

М_пр = С₂*.

Тогда, учитывая, что в уравновешенном состоянии прибора М_вр = М_пр, можно получить:

 = (С₂ / С₁)*I₂,

то есть, угол поворота сердечника и стрелки пропорционален квадрату величины тока.

Достоинства приборов данной системы:

– пригодность для измерения как постоянного, так и переменного токов;

– простота конструкции (по сравнению, например, с приборами магнитоэлектрической системы они имеют меньше элементов);

– надежность (как следствие простоты конструкции).

Недостатки:

– малая чувствительность,

– значительное потребление мощности из измеряемой цепи,

– влияние температуры, посторонних электромагнитных полей и др. на точность показаний,

– неравномерность шкалы (из-за того, что  зависит от квадрата тока, расстояния между делениями шкалы будут неравномерны).