Электродинамические измерительные механизмы.

В электродинамических измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема устройства электродинамического измерительного механизма

Неподвижная катушка 1 обычно состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. От расстояния между катушками зависит до некоторой степени конфигурация магнитного поля, что влияет на характер шкалы. Неподвижные катушки изготовливают из медного провода намоткой его на изоляционный каркас. Подвижная катушка 2 выполняется обычно бескаркасной из медного или алюминиевого провода. Для включения обмотки подвижной катушки в цепь измеряемого тока используются пружинки или растяжки.

Собственное магнитное поле электродинамических измерительных механизмов невелико, поэтому для защиты от влияния внешних полей применяются экранирование и астазирование. Нужная степень успокоения обеспечивается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

При наличии тока в обмотках катушек измерительного механизма возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную часть так, чтобы магнитные потоки неподвижных и подвижных катушек совпали (рис. 3.6).

Основное уравнение отклонения механизма прибора:

Из уравнения следует:

1. При одновременном изменении направлений токов I₁ и I₂ знак угла отклонения не меняется. Поэтому приборы электродинамической системы могут применяться для измерений в цепях как переменного, так и постоянного тока,

2. Характер шкалы прибора зависит от произведения токов и от закона изменения взаимной индуктивности между неподвижными и подвижными катушками, т. е. от формы катушек и их взаимного расположения. Меняя зависимость от , можно несколько улучшить шкалу, однако полностью равномерной для амперметров и вольтметров ее сделать не удается.

В цепях переменного тока из-за инерции подвижная часть не успевает следовать за мгновенными изменениями момента, а реагирует на среднее значение его. Поэтому при включении электродинамического измерительного механизма в цепь переменного тока вращающий момент, а, следовательно, и угол отклонения определяются произведением действующих значений токов в обмотках на косинус угла между ними.

Для создания вращающего момента в электродинамических измерительных механизмах не используются ферромагнитные и вообще металлические элементы. Момент создается магнитными потоками, действующими в воздухе. Это исключает возможность возникновения различного рода погрешностей, связанных с появлением вихревых токов, гистерезисом и т. п. Поэтому электродинамические приборы могут быть выполнены одними из самых точных среди приборов, применяемых в настоящее время на переменном токе.

Недостатком электродинамических приборов является большое потребление мощности.

В настоящее время применяются электродинамические амперметры, вольтметры, ваттметры, а при исполнении измерительных механизмов в виде логометров - фазометры, частотомеры и фарадометры.

Электродинамические логометры

Устройство электродинамического логометра показано на рис. 3.7. Его подвижная часть состоит из двух жестко скрепленных между собой под углом  подвижных катушек Б₁ и Б₂, находящихся в поле неподвижных катушек А. Катушки Б₁ и Б₂ посредством безмоментных токоподводов включаются в цепь по схеме, зависящей от назначения прибора. Из рассмотрения направления действия сил (рис. 3.7) следует, что момент М₁ создается составляющей F₁ соs, а момент М₂ - составляющей F₂ соs ( - ).

Рис. 3.7. Электрдинамический логометр

В самопишущих приборах, а также в приборах, предназначенных для работы в условиях вибраций, тряски и ударов, находят применение ферродинамические измерительные механизмы, отличающиеся от рассмотренных электродинамических измерительных механизмов тем, что у них неподвижные катушки расположены на сердечнике из ферромагнитного материала.

Это приводит к значительному увеличению вращающего момента и уменьшению влияния внешних магнитных полей. Однако наличие в измерительном механизме нелинейного элемента (магнитопровода) снижает точность приборов. В ферродинамических измерительных механизмах (рис. 3.8) сердечники набираются из пластин, которые выполняются из электротехнических сталей или из пермаллоев. Для уменьшения погрешностей от вихревых токов пластины изолируются друг от друга. Из тех же соображений подвижные катушки выполняются бескаркасными.

Рис. 3.8. Ферродинамические измерительные механизмы

При работе ферродинамических измерительных механизмов используется линейный участок кривой намагничивания материала сердечника. Если противодействующий момент создается при помощи упругих элементов, то для режима статического равновесия можно получить

где

I₁ и I₂ – токи соответственно в подвижной и неподвижной катушках,

 - угол отклонения подвижной части прибора,

k - коэффициент, определяемый конструкцией измерительного механизма и выбором системы единиц.

Ферродинамические приборы используются чаще всего как стационарные, относительно малоточные приборы (классов точности 1,5 и 2,5) для измерений в цепях переменного тока с частотой 10 Гц -1,5 кГц.

7) Приборы электродинамические и ферродинамические