2.4 Ферродинамический измерительный механизм
Применение: в самопишущих приборах и приборах, работающих в условиях вибраций, тряски и ударов, предназначенных для измерения постоянных и переменных токов, напряжения, мощности.
Схематически устройство одной из конструкций ферродинамического измерительного механизма показано на рис.2.6. Магнитопровод набирается из пластин электротехнических сталей или пермаллоя, для уменьшения погрешности от вихревых токов пластины изолируют друг от друга, а подвижная катушка часто выполняется бескаркасной. Наружная часть магнитопровода служит магнитным экраном, поэтому измерительный механизм защищён от влияния внешних магнитных полей.
Благодаря тому, что магнитный поток замыкается по железному сердечнику, в такой конструкции при той же затрате возбуждающих ампервитков, что в электродинамическом механизме, удаётся достигнуть двадцатикратного вращающего момента. Обычно магнитная индукция в магнитопроводе выбирается не более 0,15 Тл, поэтому погрешность измерения увеличивается не более чем на 0,3…0,5% от максимального значения шкалы.
3 |
Ф1 |
|
+ |
||
|
||
4 |
2 |
|
|
||
Ф2 |
1 |
Рис. 2.6. Одна из конструкций ферродинамического измерительного механизма:
1 - магнитопровод; 2 - ферромагнитный круговой цилиндр; 3 - неподвижная катушка возбуждения; 4 - поворотная измерительная катушка
Вращающий момент Мвр возникает в результате взаимодействия подвижной катушки с током и потока неподвижной катушки. В конструкции, показанной на рис.2.6, плоскость подвижной катушки стремится занять положение, перпендикулярное магнитному потоку Ф1, вращаясь по часовой стрелке. Если магнитное поле в воздушном зазоре радиально, мгновенное значение вращающего момента подсчитывается по выражению
Мвр.t = Bt s2w2i2 ,
где Bt – мгновенное значение магнитной индукции в воздушном зазоре;
s2, w2, i2 – площадь, число витков и ток в подвижной катушке.
Среднее значение вращающего момента находим интегрированием:
|
1 |
Т |
|
Mвр = |
|
∫Мвр.t dt = Bs2w2I2 cos( B,I2 ) , |
|
Т |
|||
|
0 |
где В и I2 – эффективные значения индукции в воздушном зазоре и тока в подвижной катушке.
Если используется линейный участок кривой намагничивания материала сердечника, то
В = k1I1,
где k1 – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей измерительного механизма.
Если магнитопровод сделан из высококачественного материала, можно пренебречь углом потерь и считать, BI2 = I1,I2 . Полагая противодействующий момент пропорциональным углу поворота рамки
α, получим
k1s2w2I1I2 cos( I1,I2 )= cα ,
откуда
α = k I1 I2 cos( I1,I2 ),
где с – жёсткость пружинок;
k – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров.
Следовательно, отклонение стрелки прибора пропорционально эффективным значениям токов I1 и I2. Частотный диапазон приборов ферродинамической системы от постоянного тока до примерно
1500 Гц.
18