книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

ке подвижной части прибора. Пружина 9 другим концом крепится к неподвижной части прибора, а пружина 3 — к поводку 4 корректора, который служит для установки стрелки б прибора на нуль. Поворачивая винт 5 коррек­ тора, посредством поводка изменяют угол закручивания пружин и тем самым смещают стрелку прибора на ну­ левую отметку шкалы 7. Для уравновешивания подвиж­ ной части и, следовательно, для устранения влияния мо-

Рис. 14.1. Общие детали электроизмерительных приборов

ментов сил ее тяжести применяются балансные грузи­ ки 8. Некоторые приборы имеют одну пружину.

Шкалы и стрелки служат для удобного и быстрого отсчета измеряемой величины. По характеру расположе­ ния делений различают шкалы равномерные и неравно­ мерные (рис. 14.1,6), что определяется зависимостью угла отклонения подвижной части прибора от измеряе­ мой величины. Точные приборы имеют зеркальные шка­ лы (рис. 14.1, б). В ряде приборов находит применение световое отсчетное устройство.

Для быстрой установки подвижной части прибора в положение равновесия применяются так называемые успокоители. Последние обычно бывают воздушные (рис. 14.1, г) и магнитоиндукционные (рис. 14.1,(3). При повороте оси прибора поршень воздушного успокоителя,

270

двигаясь в камере, встречает сопротивление воздуха, благодаря чему подвижная часть прибора быстро оста­ навливается. В магнитоиндукционном успокоителе алю­ миниевый диск может свободно перемещаться между по­ люсами постоянного магнита. При движении в диске индуцируются вихревые токи, которые, взаимодействуя с полем постоянного магнита, тормозят движение диска, обусловливая тем самым быстрое успокоение подвижной части прибора.

§ 14.3. ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Действие приборов магнитоэлектрической системы основано на взаимодействии магнитных полей постоян-

ного магнита и подвижной катушки, по которой прохо­ дит измеряемый ток. Устройство приборов этой системы показано на рис. 14.2, а. Прибор состоит из подковооб­ разного магнита 1 с полюсными наконечниками 2, ме­ жду которыми укреплены неподвижный стальной ци­ линдр 3 и алюминиевая рамка с катушкой 4, свободно поворачивающаяся вокруг цилиндра. На оси рамки на­ ходится стрелка прибора, отклоняющаяся вместе с по­ воротом рамки. Противодействующий момент создают две спиральные пружины 5, через которые подводится измеряемая сила тока к обмотке катушки. Конец стрел­ ки перемещается над шкалой 6. Все детали прибора монтируются в корпусе, который, как правило, изготов­ ляется из металла или пластмассы.

271

При прохождении тока по обмотке рамки возникает магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем по­ стоянного магнита, создает вращающий момент. Под действием этого момента происходит поворот рамки, а вместе с ней и стрелки прибора.

Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора (рис. 14.2,6), определится выражением

lBlbw=K&.

Решая это выражение относительно угла поворота,

вые токи, взаимодействующие с полем постоянного маг­ нита.

Магнитоэлектрические приборы пригодны только для постоянного тока, так как при переменном токе средний за период вращающий момент равен нулю и стрелка не будет отклоняться. Направление отклонения стрелки за­ висит от направления тока, поэтому на зажимах этих приборов ставят знаки плюс ( + ) и минус (—), причем положительный зажим расположен, как правило, справа от шкалы прибора или сверху.

272

Приборы магнитоэлектрической системы имеют сле­ дующие основные достоинства: равномерную шкалу, вы­ сокую чувствительность и большую точность, весьма ма­ лую чувствительность к внешним магнитным полям, ма­ лое потребление энергии, хорошую апериодичность, т. е. подвижная система приборов быстро успокаивается.

Основными недостатками приборов этой системы яв­ ляются пригодность только для измерений постоянного тока, большая чувствительность к перегрузкам и тряс­ кам, сравнительно высокая стоимость прибора.

Приборы магнитоэлектрической системы обычно ис­ пользуются в качестве амперметров и вольтметров. От­ личие между ними состоит в том, что амперметры имеют малые сопротивления, а вольтметры — большие. Ампер­ метры обычно снабжаются шунтами, а вольтметры—• добавочными резисторами (§ 15.2). Магнитоэлектриче­ ские приборы используются также в качестве омметров

илогометров.

Внастоящее время выпускается большое количество различных типов как технических (рис. 14.2, б), так и лабораторных приборов магнитоэлектрической системы. Почти все лабораторные приборы имеют зеркальные шкалы. Кроме того, приборы этой системы высших клас­ сов обычно изготовляют многопредельными и комбини­ рованными, т. е. для измерения силы тока и напряже­ ния.

§ 14.4. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

Действие приборов электромагнитной системы осно­ вано на втягивании стального сердечника в неподвиж­ ную катушку при прохождении по ней измеряемого тока. Устройство одной из наиболее распространенных кон­ струкций этой системы схематически показано на рис. 14.3, а. Прибор состоит из неподвижной катушки 1, плоского ферромагнитного сердечника 2, закрепленного эксцентрично на оси прибора, спиральной пружины 3, магнитоиндукционного успокоителя 4, стрелки, шкалы и корпуса. Экран 5 защищает прибор от внешних магнит­ ных полей.

При прохождении по катушке измеряемого тока соз­ дается магнитное поле, под действием которого сердеч­ ник намагничивается и втягивается внутрь катушки, по-

ворачиваясь при этом с осью. При повороте сердечника закручивается пружинка, создавая тем самым противо­ действующий момент системы.

Вращающий момент, действующий на сердечник при неизменной измеряемой силе тока, пропорционален при-

Рис. 14.3. Прибор электромагнитной системы:

а — схема устройства; б — внешний вид

ращению энергии магнитного поля при повороте по­ движной системы, т. е.

дается спиральной пружиной, то при достижении равно­ весия подвижной системой будем иметь следующее ра­ венство:

Р dL „

274

откуда находим угол поворота стрелки прибора

Из уравнения (14.8) следует, во-первых, то, что на­ правление отклонения стрелки не зависит от направле­ ния тока. Это означает, что электромагнитные приборы пригодны для измерений как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока. Причем в цепях перемен­ ного тока приборы измеряют действующие значения силы тока и напряжения. Во-вторых, угол отклонения пропорционален квадрату силы тока при неизменной чув­ ствительности, т. е. шкала электромагнитных приборов неравномерная. Для получения более равномерной шка­ лы форму сердечника выполняют так, чтобы индуктив­ ность системы при перемещении сердечника изменялась неравномерно. Однако сделать шкалу полностью равно­ мерной не удается.

Основными достоинствами электромагнитных прибо­ ров являются: простота конструкции, сравнительно ма­ лая стоимость, малая чувствительность к перегрузкам, возможность изготовления для измерения больших сил токов без применения дополнительных устройств, при­ годность для измерения в цепях постоянного и перемен­

ся: неравномерность шкалы, большое собственное по­ требление энергии, зависимость показаний от внешних магнитных полей.

Для устранения влияния внешних магнитных полей электромагнитные приборы изготовляют с внешним или внутренним магнитным экраном. В качестве таких экра­ нов используются корпуса из ферромагнитных материа­ лов, а если корпус пластмассовый, то измерительный механизм прибора закрывается ферромагнитным сердеч­

Приборы электромагнитной системы применяются главным образом в качестве амперметров и вольтме­ тров. Отличие между ними состоит в том, что катушки амперметров изготовляются из толстой проволоки и не­ большого числа витков, а катушки вольтметров — из тон­ кой проволоки и большого числа витков. Шунты для электромагнитных амперметров не применяются, а для расширения пределов измерения при измерениях в це­ пях переменного тока применяются измерительные трансформаторы тока. Для расширения пределов изме­ рений электромагнитных вольтметров применяются до­ бавочные резисторы, а в цепях переменного тока при­ меняют еще измерительные трансформаторы напряже­ ния.

Современные электромагнитные приборы применя­ ются как в качестве стационарных (рис. 14.3,6), так и в качестве переносных приборов.

§ 14.5. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Принцип действия электродинамических приборов ос­ нован на взаимодействии магнитных потоков катушек, по которым протекает измеряемая сила тока. Схема устройства приборов электродинамической системы по­ казана на рис. 14.4, а. Прибор состоит из неподвижной катушки 1, изготовляемой обычно из двух частей, по­ движной катушки 2, двух спиральных пружин 3, воз­ душного успокоителя 4, стрелки 5, шкалы и корпуса.

При прохождении измеряемой силы тока по катуш­ кам, соединенным последовательно или параллельно, создаются магнитные потоки и подвижная-катушка стре­ мится повернуться и занять такое положение, при кото­ ром магнитные потоки имели бы одинаковое направле­ ние, а энергия магнитного поля была бы наибольшей. Спиральные пружины, закручиваясь при повороте по­ движной катушки, противодействуют этому вращению.

Вращающий момент, действующий на подвижную катушку при неизменной измеряемой силе тока, пропор­ ционален приращению энергии магнитного поля при по­ вороте катушки в пределах, некоторого угла

dW,daм

276

а

Рис. 14.4. Прибор электродинамической системы: а — схема устройства; б — схема включения

При повороте подвижной катушки и, следовательно, изменении взаимного расположения катушек индуктив­ ности их остаются постоянными, а взаимная индуктив­ ность между ними изменяется. Следовательно,

Так как противодействующий момент создается пру­ жинами, то для установившегося отклонения подвижной системы можно написать равенство

откуда определяется угол поворота стрелки прибора

277

изменении направлений токов в катушках угол откло­ нения подвижной системы не меняется. Это значит, что приборы электродинамической системы пригодны для из­ мерений постоянного и переменного тока; 2) угол откло­ нения пропорционален произведению токов и множите­ лю dM/da, т. е. шкала электродинамических приборов — неравномерная. Меняя форму катушек и их взаимоин­ дуктивность, удается несколько улучшить шкалу, однако полностью равномерной для амперметров и вольтметров ее сделать не удается; 3) если по катушкам проходят силы токов / н и 1П, сдвинутые по фазе на угол ф, то угол поворота подвижной системы пропорционален произве­ дению действующих значений сил токов в катушках и

В зависимости от схем включения обмоток подвиж­ ной и неподвижной катушек приборы электродинамиче­ ской системы могут применяться в качестве амперме­ тров, вольтметров и ваттметров. По точности и чувстви­ тельности эти приборы лучше приборов других систем, применяемых при измерениях в цепях переменного тока.

В вольтметрах и амперметрах на силу тока до 0,5 А катушки соединяются последовательно, а в амперметрах

278

Из выражений 14.12 следует: 1) во-первых, электро­ динамический ваттметр, включенный в цепь постоянного

или у напряжения, то изменится и направление откло­ нения стрелки ваттметра. Поэтому, чтобы стрелка при­ бора отклонялась только вправо, один из зажимов токо­ вой катушки и катушки напряжения обозначают звездоч­ кой (*) и подключают их со стороны генератора, т. е. источника питания.

Достоинства электродинамических приборов: пригод­ ность для измерений в цепях переменного и постоянного токов; высокая чувствительность и большая точность приборов.

Недостатки электродинамических приборов: неравно­ мерность шкалы амперметров и вольтметров, большая чувствительность к перегрузкам; чувствительность к влиянию внешних магнитных полей.

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей электродинамические приборы иногда снабжаются фер­ ромагнитными сердечниками (рис. 14.5, а) ; в таком слу­ чае приборы называются ферродинамическими. Ферро­ магнитный сердечник значительно увеличивает магнит­ ное поле прибора, благодаря чему его' показания прак­ тически не зависят от внешних магнитных полей и зна­ чительно увеличивается вращающий момент прибора. Кроме того, для уменьшения влияния внешних магнит­ ных полей современные электродинамические приборы без железа делают экранированными или астатически­

Астатические же приборы этой системы отличаются от обычных тем, что у них имеются две пары катушек (рис. 14.5,6), расположенных так, что внешнее магнит­ ное поле создает дополнительные вращающие моменты, которые, действуя в противоположных направлениях,

279