5.3. Магнитоэлектрические приборы

Принцип их работы основан на взаимодействии измеряемого тока в катушке, расположенной на рамке подвижной системы с полем, создаваемым постоянным магнитом и формируемым магнитной системой. Устройство таких приборов поясняется рис. 5.1.

 

Рис. 5.1 Устройство магнитоэлектрического прибора: а – конструкция, б – расположение обмотки в магнитопроводе: 1 – цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала; 2, 3 – полюсные наконечники (1, 2, 3 – организуют в воздушном зазоре равномерное магнитное поле); 4 – постоянный магнит; 5 – магнитопровод; 6 – рамка с обмоткой из медной проволоки, по которой течет измеряемый ток; 7 – стрелка, жестко сцепленная с рамкой; 8 – циферблат со шкалой; 9 – растяжки из упругого материала; в – магнитные силовые линии в зазоре 

Создание вращающего момента в подвижной подсистеме иллюстрируется рис. 5.2, а и б. На рис. 5.2, а В – индукция магнитного поля в воздушном зазоре; I – измеряемый ток; М_вр – вращающий момент.

 

Рис. 5.2 Создание вращающего момента: а – взаимодействие тока и магнитного поля; б – поворот стрелки, созданный моментом

Общая формула для всех электромеханических приборов:

,

где W_энерг – энергия, запасенная измерительным механизмом.

Для магнитоэлектрических

,

где B – индукция магнитного поля;  – активная площадь рамки;  – число витков; I – измеряемый;  – угол отклонения; ₀ – угол между начальным положением и вертикальной осью.

, противодействующий момент, , где W – удельный противодействующий момент, определяемый упругостью растяжки.

М_вр=М_пр    , – чувствительность к току.

5.4. Электромагнитные приборы

Работа электромагнитных измерительных механизмов основана на взаимодействии магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, укрепленными на оси. Набольшее распространение получили механизмы с плоской и круглой катушкой, а также замкнутым магнитопроводом.

 

Рис. 5.3 Устройство электромагнитного прибора

Рассмотрим механизм с замкнутым магнитопроводом (рис. 5.3). Катушка 1 расположена на неподвижном магнитопроводе 3 с двумя парами полюсных наконечников 4 и 5, магнитопровод и полюсные наконечники выполнены из магнитомягкого материала. Подвижный сердечник 2 из магнитомягкой стали или пермаллоя, укрепленный на растяжках, может перемешаться в зазоре между полюсными наконечниками. Успокоитель жидкостный, состоящий из двух дисков, один укреплен на подвижной части, а другой – на неподвижной. В маленький зазор между хорошо отполированными поверхностями дисков заливается маловысыхаюшая жидкость определенной вязкости. При движении подвижной части из-за трения между слоями жидкости возникает момент успокоения.

При протекании постоянного тока I через катушку механизма возникает магнитное поле, которое воздействует на подвижный сердечник 2, стремится расположить его так, чтобы энергия магнитного поля была наибольшей. Энергия магнитного поля электромагнитного механизма, имеющего катушку с током I, равна

,

где L – индуктивность катушки; I – ток в обмотке катушки.

При перемещении подвижной части изменяется индуктивность системы.

.

При протекании в обмотке катушки переменного тока  подвижная часть вследствие инерционности реагирует на среднее значение вращающего момента, равное

,

где I – действующее значение переменного тока в обмотке катушки.

Из условия статического равновесия М = –М_ПР или  можно получить выражение для угла отклонения .

Недостатки: неравномерная шкала, влияние внешних магнитных полей на механизмы без магнитопровода и большое собственное потребление мощности.

Достоинства: пригодность для работы на постоянном и переменном токе, устойчивость к токовым перегрузкам, простота конструкции, повышенная чувствительность у измерительного механизма с замкнутым магнитопроводом.

Используются в щитовых амперметрах и вольтметрах класса 1,0 и более низких классов для измерений в цепях переменного тока. Кроме того, они применяются в переносных многопредельных приборах класса 0,5.