Логометры магнитоэлектрической системы

Логометры – это приборы для измерения отношения двух электрических величин.

Принцип действия логометров магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии полей постоянного магнита и полей двух жестко связанных между собой рамок с током, которые могут вращаться в поле постоянного магнита (рис. 4).

Логометр состоит из рамок 1 и 2, расположенных под углом 30–90° на сердечнике 3, имеющем эллиптическую форму для создания неравномерного магнитного поля. Сердечник с рамками закрепляют между полюсами постоянного магнита 4. Токи к рамкам подводят с помощью тонких металлических ленточек, практически не создающих противодействующих моментов.

Рис. 4

По обмоткам рамок протекают токи I₁ и I₂, направление которых подбирают так, чтобы возникающие вращающие моменты М_вр1 и М_вр2 были направлены навстречу друг другу. В логометрах нет устройства, создающего противодействующий момент, поэтому подвижная система будет поворачиваться в ту сторону, в которую направлен больший по значению вращающий момент.

Равновесие подвижной части наступает при М_вр1=М_вр2. Угол поворота зависит от отношения токов I₁ и I₂, т. е. =f (I₁/I₂), и каждому отношению токов соответствует свое положение равновесия.

Кроме логометра с подвижными катушками изготавливают логометры магнитоэлектрической системы с неподвижными катушками и подвижным постоянным магнитом.

Логометры магнитоэлектрической системы используют для измерения отношения двух токов или в качестве составной части приборов для измерения других величин, например, сопротивлений в логометрическом мегаомметре.

Приборы электромагнитной системы

Принцип действия. В приборах электромагнитной системы перемещение подвижной части измерительного механизма исходит в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной катушки и подвижного ферромагнитного сердечника из магнитомягкого материала (рис. 5). При протекании тока по катушке возникает магнитное поле, сердечник намагничивается и втягивается в щель каркаса катушки, поворачивая ось со стрелкой.

Рис. 5

Сила F, действующая на сердечник, пропорциональна магнитной индукции в щели катушки В₁ и в сердечнике В₂:

F = kВ₁В₂, (9)

где k – коэффициент пропорциональности.

Приближенно индукция пропорциональна силе протекающего тока I, поэтому:

F = kk₁Ik₂I = k₃I².

Сила F создает вращающий момент, который также пропорционален квадрату тока

М_вр = k₄I². (10)

При измерении переменного тока или напряжения сердечник одновременно с изменением магнитного поля рабочей катушки перемагничивается. Направление вращающего момента не изменяется, что позволяет измерять переменные токи и напряжения без дополнительных преобразователей.

Противодействующий момент создается спиральной пружиной. Равновесие подвижной части наступает при равенстве моментов:

М_вр = М_пр или k₄I² = D ,

Откуда

= (k₄/D)/I² = k₅I². (11)

Коэффициент k₅ зависит от конструктивных особенностей измерительного механизма.

Устройство. Прибор (рис. 5) состоит из неподвижной плоской катушки 3 и подвижного сердечника 4, закрепленного на оси 1. Дополнительно с осью соединены спиральная противодействующая пружина 5 и успокоитель 6. С помощью поводка корректора устанавливают стрелку 4 на нуль шкалы.

В приборах электромагнитной системы (рис. 6) широко используют измерительные механизмы с круглой катушкой 2, помещенной в экран 1. Внутри катушки закреплены неподвижный сердечник (пластинка) 7 из магнитомягкого материала и подвижной сердечник (пластинка) 6, жестко связанный с осью 3 измерительного механизма. При протекании тока по катушке неподвижный и подвижный сердечники намагничиваются одинаковой полярностью. Подвижной сердечник смещается (отталкивается), поворачивая стрелку 4 вдоль шкалы 5.

Рис. 6

В приборе используются другие элементы: ось с кернами и подпятниками, противодействующая пружина, корректор, балансные грузики и магнитоиндукционный успокоитель.

Катушки амперметров наматывают медным проводом диаметром 0,6 мм и более. Приборы для измерения силы тока до 5 А имеют обмотку из 40–50 витков медного провода диаметром до 1 мм. При токе около 250 А катушку выполняют из медной шины. Катушки вольтметров наматывают медным изолированным проводом диаметром 0,08–0,15 мм (при напряжении свыше 100 В) и 0,4 мм (при напряжении до 15 В).

Для устранения воздействия на приборы внешних магнитных полей их помещают в металлический корпус. В лабораторных приборах с этой же целью применяют астатический измерительный механизм (рис. 7).

Он имеет две катушки 1, 6 и сердечника 4, 5, насаженные на одну ось 3 со стрелкой 2. Обмотки катушек включены встречно по отношению к измеряемому току (напряжению) Магнитные поля Ф₁ и Ф₂ при таком включении направлены противоположно, но сердечники конструктивно укреплены на оси так, что вращающие центры, создаваемые магнитными полями, направлены в одну сторону. Внешнее магнитное поле Ф₃ имеет направление, ослабляющее поле Ф₁ и усиливающее полe Ф₂ в одинаковой мере. Общий вращающий момент не изменяется, и внешнее магнитное поле не влияет на показания прибора.

Рис. 7

Для измерений токов до 150 А и напряжений до 600 В разработаны приборы электромагнитной системы, включаемые непосредственно в измеряемые цепи. При более высоких значениях токов и напряжений приборы включают в цепь с помощью трансформаторов тока (рис. 8 и напряжения рис. 9).

Рис. 8

Достоинства и недостатки. Приборы пригодны для измерения в цепях постоянного и переменного тока, устойчивы к кратковременным перегрузкам (до стократной перегрузки по току в приборах специальной конструкции), просты по конструкции и относительно дешевы.

Недостатками являются неравномерность шкалы, восприимчивость к внешним магнитным полям, относительно низкая чувствительность, невысокая точность показаний и большое собственное потребление энергии.

Область применения. Щитовые приборы широко используют для измерения токов и напряжений на подвижных и стационарных объектах. Переносные и лабораторные приборы этой системы используют реже.

Рис. 9

Переносные используют для измерения токов и напряжений в устройствах автоматики, телемеханики, связи и энергетики, лабораторные – для измерения параметров реле автоблокировки и других устройств в лабораториях контрольно-измерительных приборов (КИП).