книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

ток гт , взаимодействие которого с полем магнита создает тормозную силу, обеспечивающую быстрое успокоение.

При прохождении

ной части при технической частоте будет определяться

Из выражения (2-7) следует, например, что при синусо­ идальном токе, среднее значение которого за период равно нулю, вращающий момент и угол поворота подвижной части также будут равны нулю. А нагревание подвижной части, определяемое действующим значением тока, не будет равно нулю.

Устройство измерительных механизмов магнитоэлектрической системы весьма разнообразно. Кро­ ме рассмотренного механизма с подвижной катушкой, широкое

в однородном радиальном поле между полюсными башма-

50

ками 3 и стальным ярмом 4. Рамка крепится па растяж­ ках. Такая конструкция позволяет лучше использовать энергию магнита и получить миниатюрные приборы с малой массой (меньше 100 г).

В измерительных механизмах с подвижным магнитом (рис. 2-6) магнит 1 укреплен на оси 2. Катушка 3 с измеря­ емым током создает магнитное поле, под воздействием которого магнит стремится занять положение, при кото­ ром ось его поля совпадает с осью поля катушки. Про­ тиводействующий момент создает пружинка 4. Для успоко-

Рис. 2-6. Измерительпый механизм с подвижным магнитом.

ения используется алюминиевый стакан 5, в стенках кото­ рого индуктируются токи, обеспечивающие тормозной момент. Экран 6 из пермаллоя уменьшает влияние внешнего магнитного поля.

Измерительные механизмы магнитоэлектрической си­ стемы в сочетании с выпрямителями и термопреобразо'вателями применяются в выпрямительных, электронных и термоэлектрических приборах для измерений в цепях переменного тока. Измерительные механизмы магнито­ электрической системы, применяемые в вибрационных гальванометрах и осциллографических гальванометрах, для измерения в цепях переменного тока выполняются с подвижной частью, обладающей малым моментом инер­ ции и собственным периодом колебания, равным или меньшим периоду измеряемого тока.

51

В приборах, называемых логометрами, применяются механизмы магнитоэлектрической системы с двумя рам­ ками, укрепленными на одной оси (рис. 2-7). Ток к рам­ кам подводится при помощи безмоментных подводокленточек, практически не создающих противодействующих моментов. Таким образом, при отсутствии вращающих моментов подвижная часть находится в положении безраз­ личного равновесия.

Индукция в воздушном зазоре различна в отдельных его точках, что достигается формой сердечника (рис. 2-7, а)

Еслп в рамках проходят токи 1\ и 12, то возникают два вращающих момента:

этому подвижная часть будет поворачиваться под влия­ нием их разности; при этом больший вращающий момент будет убывать, так как соответствующая рамка будет перемещаться в менее интенсивную часть поля; в то жо время меньший момент будет возрастать вследствие того, что соответствующая рамка будет перемещаться в более

52

водействующего момента, угол поворота которых зависит от отношения токов, называются л о г о м е т р а м и.

Измерительные механизмы магнитоэлектрической си­ стемы, в которых используется сильное поле постоянного магнита, отличаются высокой 'чувствительностью к току (до 5 делений/мкА), малой мощностью потерь, малой чувствительностью к внешним магнитным полям.

Температура оказывает незначительное влияние на показание измерительного механизма, так как изменение модуля упругости материала пружин, вызванное изме­ нением температуры, частично компенсируется изменени­ ем магнитной индукции в воздушном зазоре, вызванном

53

ком Б, указательной стрелкой, концом спиральной пру­ жины и алюминиевым сектором Г успокоителя.

Измеряемый постоянный ток, проходя по катушке А, намагничивает сердечник В. Сила F (рис. 2-9), втягива­ ющая сердечник внутрь катушки, стремится переместить его в положение, при котором энергия магнитного поля Wu = LP/2 имеет наибольшее значение.

При повороте сердечника Б на угол da приращение энергии магнитного поля

сШм = d {LP 12) = (Р/2) dL.

Энергия вращательного движения, как известно из механики, определяется произведе­ нием вращающего момента М на угол поворота (da), т. е.

Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов

М = М п р = Da,

откуда угол поворота,подвижной части

(2-11)

Таким образом, угол поворота а пропорционален квад­ рату тока, следовательно, шкала будет квадратичной (неравномерной.)

Выбором формы сердечника и его расположением относительно катушки можно получить различные зави­ симости dL/da = f (а). Обычно стремятся к тому, чтобы при малых токах отношение dL/da имело большие зна­ чения, а при больших токах — малые, вследствие чего

54

При прохождении по катушке переменного тока вра­ щающий момент

М = кгР

изменяется пропорционально квадрату мгновенного зна­ чения тока.

Вследствие значительного момента инерции подвия^- ной части и большого периода собственных колебаний угол

Ри с . 2-10. Устройство электромагнитного пзме рителышго механизма с круглой катушкой .

поворота ее будет определяться средним за период зна­ чением момента:

будет пропорционален квадрату действующего значения тока.

Измерительный механизм с круглой катушкой (рис. 2-10) имеет неподвижную катушку А, внутри которой

55

укреплен стальной сердечник NS. С наружной стороны катушка закрыта стальным экраном Э, уменьшающим влияние внешнего магнитного поля. Подвижная часть имеет ось и укрепленные на ней сердечник N'S', указа­ тельную стрелку, спиральную пружину, алюминиевый сектор Г мапштоиндукционного успокоителя и проти­ вовес 17, уравновешивающий подвижную часть. При про­ хождении по катушке измеряемого тока сердечники намаг­

момент, значение которого зависит от квадрата тока соот­ ветствующей катушки и угла поворота подвижной части, а знак момента — от знака производной dLlda. Для того чтобы получить вращающие моменты противоположных знаков, сердечники укрепляют на оси так (рис. 2-11), что при увеличении угла а индуктивность одной из катушек увеличивается (dL > 0), а другой уменьшается (dL < 0).

При измерении подвижная часть устанавливается в том положении, при котором моменты уравновешивают друг

56

следовательно, угол поворота подвижной части определя­ ется отношением квадратов токов в катушках логометра. Электромагнитные логометры применяются для измерения

низмов при нарастающих значениях постоянного тока меньше, чем при убывающих, на 2—3% вследствие влия­ ния остаточной индукции сердечника. Применение сортов стали или сплавов с малой остаточной индукцией (пермал­ лой) приводит к значитель­ ному уменьшению этой по­ грешности, давая возмож­ ность получить приборы клас­

сов точности 0,5 и 0,2.

При переменном токе в ме­ таллических частях и сердеч-

Р а с . 2-12. Устройство астатического измерительного меха­ низма электромагнитного прибора (а) и расположение маг­ нитных полей (б).

пике возникают вихревые токи, размагничивающие послед­ ний, вследствие чего показания прибора уменьшаются. Эта погрешность от частоты, незначительная при / = 50 Гц, возрастает с ее увеличением.

Магнитное поле электромагнитного прибора характери­ зуется небольшой индукцией, вследствие чего дополни­ тельная погрешность от внешнего магнитного поля может быть значительной, что следует иметь в виду при уста­ новке прибора. Для уменьшения этой погрешности при­ меняют стальные экраны (рис. 2-10) или прибегают к так называемому астатированию.

В астатическом измерительном механизме (рис. 2-12) имеются две одинаковые катушки, соединенные последо­ вательно. Магнитные поля катушек, созданные измеряемым током, направлены противоположно, а поворот подвижной части вызывается моментами одного направления, прило-

57

женными к двум сердечникам, укрепленным на оси при­ бора.

Внешнее однородное поле, уменьшая вращающий мо­ мент, действующий на один сердечник, на столько же уве­ личивает вращающий момент, действующий на второй сердечник.

2-3. Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И Ч Е С К А Я СИСТЕМА

В измерительных механизмах электродинамической системы перемещение подвижной части происходит вслед­

ствие электродинамического взаимодействия между тока-

2-14) состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 катушек. На оси, кроме катушки 2, крепятся указательная стрелка, крыло воздушного успокоителя и концы двух спиральных пружин для подвода тока к катушке.

58

Из написанного следует, что вращающий момент зависит от токов 1г и 72 и от положения подвижной катушки отно­ сительно неподвижной. Зависимость скорости изменения взаимной индуктивности от угла поворота подвижной

вызывающего поворот подвижной части на угол, при кото­ ром он уравновесится моментом пружин, т. е.

в катушках.

Если по катушкам измерительного механизма проходят переменные токи i и i 2 , то мгновенный вращающий момент

М = к^^,

59