1.3. Устройство и принцип работы некоторых электроизмерительных приборов

Электроизмерительный прибор состоит из подвижных и неподвижных частей. По величине отклонения подвижной части судят о величине измеряемого тока, напряжения, мощности.

В зависимости от того, какое физическое явление положено в основу действия прибора, электроизмерительные приборы, как было указано выше в таблице 1.2, разделяются на следующие системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, электростатическую, индукционную, термоэлектрическую, тепловую и т.д.

Рассмотрим подробнее некоторые из перечисленных систем.

1.3.1. Магнитоэлектрический прибор

Приборы магнитоэлектрической системы предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока.

Наиболее распространены электромагнитные приборы с подвижной рамкой, расположенной в поле постоянного магнита (рис. 1.1). Работа этих приборов основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с измеряемым током, проходящим по обмотке подвижной катушки.

Измерительный механизм прибора состоит из двух частей.

Н еподвижная часть состоит из постоянного магнита 1, его полюсных наконечников 2 и неподвижного сердечника 3. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником существует сильное магнитное поле.

Подвижная часть измерительного механизма состоит из легкой рамки 4, обмотка которой навивается на алюминиевый каркас, и двух полуосей 5, неподвижно связанных с каркасом рамки. Концы обмотки припаяны к двум спиральным пружинам 6, через которые в рамку подводится измеряемый ток. К рамке прикреплены стрелка 7 и противовесы 8.

В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником устанавливается рамка. Ее полуоси вставляются в стеклянные или агатовые подшипники.

При протекании по виткам рамки тока возникают силы (силы Ампера), образующие вращающий момент, стремящийся повернуть рамку. Свободному повороту рамки противодействуют спиральные пружины, через которые к рамке подводится ток, создающие противодействующий вращающий механический момент. Под действием обоих моментов рамка перемещается на угол, пропорциональный силе тока в рамке. Фиксируют угол поворота рамки по стрелке, которая к рамке жестко прикреплена. Так как угол поворота стрелки пропорционален силе тока, то шкала измерительного прибора магнитоэлектрической системы равномерная.

Здесь стоит отметить, что непосредственно через обмотку рамки можно пропускать только небольшие токи силой от нескольких мкА до десятков мА, чтобы не перегреть обмотки и растяжки (спиральные пружинки). Для расширения пределов измерений по току и по напряжению к рамке подключают шунтирующие и добавочные сопротивления, подключаемые извне или встроенные.

Существуют также магнитоэлектрические приборы, у которых постоянный магнит помещен внутри подвижной катушки, а также магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом, укрепленным на оси внутри неподвижной катушки. Магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом более просты, имеют меньшие габариты и массу, но меньшую точность и чувствительность, чем приборы с подвижной рамкой.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются высокая точность – до 0,1%, высокая чувствительность – до 3·10^-11 А, малое собственное энергопотребление – до 10^-5 - 10^-6 Вт, равномерность шкалы и малая чувствительность к влиянию внешних магнитных полей и окружающей температуре.

Недостатки проявляются в сложности изготовления и ремонта, высокой чувствительности к механическим сотрясениям и ударам, недопустимости перегрузок по току (отламываются стрелки, перегорают токоподводящие пружинки, растяжки, обмотка рамки). Об этих недостатках часто забывают студенты.