5. Будова і принцип дії приладу електромагнітної системи

Будову приладів цієї системи, що працюють за принципом взаємодії магнітного поля, створюваного котушкою, через яку проходить вимірюваний струм, з феромагнітним осердям зображено на рис. 6.2.

Тут осердя, виготовлене у вигляді пелюстки 2, втягується в котушку під дією магнітного поля, створюваного в ній струмом, і вісь, на якій закріплено вказівну стрілку 5, повертається.

Протидіючий момент приладу утворюється спіральною пружиною 4. Для заспокоєння рухомої частини використовується повітряний заспокоювач 3. Робота останнього грунтується на гальмуючій дії повіт­ря, що стискається у вигнутому циліндрі поршнем. Повітря при стиснен­ні переходить з одної частини цилінд­ра в другу через кільцеву щілину, утворену поршнем і стінкою циліндра. Чим більший вимірюваний струм, тим сильніше магнітне поле котушки, тим, більше втягується осердя в котушку і тим більший кут повороту осі приладу, а значить, тим більше відхиля­ється вказівна стрілка.

Силу втягування осердя в котушку можна наближено вважати пропор­ційною квадрату сили струму в ній. Тому й обертаючий момент приладу буде пропорційний квадрату сили струму, тобто

Протидіючий момент, створюваний спіральною пружиною, пропор­ційний куту її закручування:

При усталеному відхиленні рухомої системи

М=М_пр,

а звідки

Таким чином, кут повороту вказівної стрілки пропорційний стру­му в другому степені. Це означає, що шкала приладу буде квадратичною, тобто нерівномірною.

Позитивними якостями приладів електромагнітної системи є: прос­тота конструкції, можливість прямого вмикання їх в мережу зі струмами до 300 А без застосування спеціальних вимірювальних трансформаторів струму чи шунтів, стійкість до перевантажень, застосов­ність при постійному та змінному струмах, невисока вартість. До не­доліків приладів цієї системи належать: мала точність; чутливість до .спотворюючої дії зовнішніх магнітних полів (цей недолік усувається введенням спеціальних екранів, які захищають вимірювальний меха­нізм від дії зовнішніх магнітних полів, або застосуванням приладів спеціальної конструкції, які називаються астатичними); нерівно­мірність шкали, що утруднює зняття показів приладу.

Простота і надійність конструкції роблять ці прилади найбільш поширеними у великострумових промислових установках, де не по­трібна висока точність показів.

6 Вимірювання струму

Сила струму в електричних колах вимірюється за допомогою приладів, які називаються амперметрами.

Для визначення сили струму на будь-якій ділянці кола потрібно, щоб увесь струм цієї ділянки проходив через вимірювальний механізм амперметра. Це значить, що прилад повинен бути ввімкнений в розсічен­ня цієї ділянки кола, тобто послідовно з навантаженням .

Щоб вмикання амперметра не впливало помітно на загальний опір кола й не змінювало істотно струм у ньому, струмоведучі частини при­ладу повинні мати дуже малий опір. Для вимірювання постійного струму придатні амперметри магнітоелектричної, електромагнітної та електродинамічної систем, а змінного струму — електромагнітної, електродинамічної та індукційної систем.

З розглянутих вище приладів тільки амперметри електромагнітної системи можуть вимірювати струм до 300 А. У приладів інших систем струмоведучі частини розраховано на проходження дуже малих стру­мів. Особливо це стосується амперметрів магнітоелектричної системи, де допускається струм не більше 10 мА. Зрозуміло, що такі прилади великого практичного застосування мати не можуть.

Для збільшення меж вимірюваного постійного струму застосову­ються шунти, а змінного — вимірювальні трансформатори струму.

Розглянемо спосіб розширення меж вимірюваного постійного стру­му за допомогою шунта (рис. 6.5, б). Шунт — це дуже малий опір, який вмикається в коло послідовно з навантаженням. Амперметр при­єднується до шунта паралельно. В точці А струм І розгалужується на струм шунта І_ш і струм амперметра І_а.

Шунт розраховується на струм, який становить близько 99 % струму І. Через амперметр проходить тільки близько 1 % струму І. Оскільки при змінах струму в колі це співвідношення залишається незмінним, шкалу амперметра можна градуювати на весь струм кола. Градуювання провадиться за допомогою еталонного амперметра.

Шунти виготовляються з манганіну, який має цінну властивість сталості опору при змінах температури.

Шунти на малі струми монтуються всередині амперметра; при ве­ликих струмах використовуються виносні шунти. На змінному струмі через великі спотворення показів приладу шунти не застосовуються.