12.8. Логометры

Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов зависит от значений токов в их катушках. Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины (сопротивления, индуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты и т. д.), не являющейся прямой функцией тока, необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от величины, подлежащей измерению, и не зависящим от напряжения источника питания.

Для таких измерений применяют механизм, отклонение подвижной части которого определяется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений. Приборы, построенные по этому общему принципу, называются логометрами (по-гречески «логос» —отношение). Могут быть построены логометрические механизмы любой электроизмерительной системы с характерной особенностью отсутствием механического противодействующего момента, создаваемого закручи­ванием пружин или растяжек.

В качестве простого примера рассмотрим работу магнитоэлектрического логометра с эллипсовидным сечением сердечника.

Подвижная часть такого механизма отличается от обычного механизма с механическим противодействующим моментом тем, что она состоит из двух катушек 1 и 2 (рис. 12.19, а), укрепленных на общей оси и жестко скрепленных между собой под некоторым углом. Токи в эти катушки подводятся через три мягкие серебряные спирали, не создающие при закручивании механического момента (одна из спиралей — общая для цепей токов обеих катушек). Если подвижная часть прибора достаточно хорошо уравновешена, то при отсутствии токов она находится в состоянии безразличного равновесия — стрелка указателя может быть на любом делении шкалы прибора.

Если в цепях обеих катушек есть токи I1и I2, то на .подвижную часть действуют два вращающих момента, противоположных по направлению и создаваемых воздействием поля постоянного магнита с индукциями В1 и В₂ на токи в катушках (.12.2):

и

где ω₁ и ω₂ — числа витков катушек; S — их одинаковая площадь поперечного сечения.

Предположим, что М_вр1 > М_вр2 Под действием большего вращающего момента подвижная часть поворачивается, но при этом первая катушка, на которую действует больший вращающий момент, перемещается в более слабое магнитное поле (с меньшим значением индукции В₁ из-за большего воздушного зазора в магнитопроводе).

Одновременно вторая катушка, на которую действует меньший вращающий момент, перемещается в область более сильного магнитного поля (воздушный зазор в магнитопроводе меньше и индукция В₂ больше). Таким.образом, по мере поворота подвижной части больший вращающий момент убывает, а меньший возрастает. Следовательно, при некотором определенном положении подвижной части должно установиться равновесие моментов: М_вр1 = М_вр2

На схеме (рис. 12.19, 6) показано включение логометра для измерения сопротивлений. Здесь Е — ЭДС источника; r₁ — постоянное сопротивление цепи первой катушки; r₂ — постоянная часть сопротивления цепи второй катушки; r _х — сопротивление измеряемого объекта, находящегося вне прибора. Токи в катушках

и при равенстве вращающих моментов (установившееся отклонение подвижной части)

или

Отношение В₂/В₁ определяется конструкцией магнитной цепи прибора и зависит от угла а — положения подвижной части. Следовательно, каждому значению измеряемого сопротивления r_х соответствует определенное положение подвижной части логометра, которое не зависит от ЭДС Е.

В действительности неизбежно действует и некоторый механический момент — от неполной уравновешенности подвижной части и от закручивания токоподводящих спиралек.

Будем считать, что вращающие моменты обеих катушек пропорциональны на пряжению, причем один из них является некоторой функцией измеряемой величины х и оба момента зависят от угла а положения подвижной части, но эта зависимость различная: f₁ (α) и f₂ (α). Таким образом,

Уравнение равновесия моментов с учетом механического момента;

или

Следовательно, из-за наличия механического момента показания логометрического механизма зависят от напряжения II, причем это влияние тем больше, чем меньше напряжение. На шкале логометрического прибора указываются низший'и высший пределы рабочего напряжения; низший определяется условиями механических влияний, а высший — условиями нагревания измерительных цепей прибора.

В ряде случаев нежелательно безразличное положение подвижной части логометра, так как это может привести к ложному отсчету показания прибора при выключенном источнике питания. Например, на самолете логометр может служить уровнемером бензина в баке и при отключении источника питания показания такого бензиномера могли бы ввести в заблуждение летчика. Чтобы предупредить подобный ложный отсчет, конструкцией логометра предусматривается удаление стрелки за пределы шкалы. Простейшим способом такого удаления стрелки является использование небольшого механического момента, создаваемого неполной уравновешенностью подвижной части.