2.2 Приборы магнитоэлектрической системы

В приборах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается за счет взаимодействия поля постоянного магнита с рамкой (катушкой), по которой протекает ток. Конструктивно измерительный механизм прибора может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной рамкой. На рис. 2.2 показана конструкция прибора с подвижной рамкой. Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма.

Рисунок 2.2 – Устройство прибора с магнитоэлектрической системы

В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное радиальное магнитное поле, в котором находится рамка 4, намотанная тонким медным (алюминиевым) проводом на алюминиевом каркасе (или без каркаса). Рамка закреплена между полюсами 5. Спиральные пружинки 6, предназначенные для создания противодействующего момента, одновременно используются для подачи измеряемого тока в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой 7. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики 8.

Таким образом, создание вращательного момента, действующего на подвижную систему измерительного механизма при прохождении через рамку измерительного тока I в поле постоянного магнита, будет определять отклонение рамки на угол от первоначального его значения. Угол отклонения подвижной части пропорционален току, протекающему по рамке. Шкала магнитоэлектрического прибора равномерна, а измерение направления тока, протекающего через рамку, ведет к изменению направления угла отклонения стрелки прибора.

Подвижная система измерительного механизма магнитоэлектрических приборов обладает значительной инерцией, поэтому такие приборы реагируют лишь на постоянную составляющую тока или напряжения. Для измерений в цепях переменного тока необходимо предварительно преобразить переменный ток в постоянный. Приборы магнитоэлектрической системы относятся к числу наиболее точных от 0,05 до 0,02 и чувствительных. Изменение температуры окружающей среды и внешние магнитные поля мало влияют на их работу. Равномерная шкала, малое потребление энергии также относятся к достоинствам магнитоэлектрических приборов.

К недостаткам этих приборов относятся их чувствительность к перегрузкам (ток протекает по рамке из тонкого провода), сложность и относительно высокая стоимость.

Расширение пределов измерения магнитоэлектрических приборов (амперметров и вольтметров) отражены в разделе 4.

2.3 Прибора электромагнитной системы

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в неподвижной катушке, с подвижным ферромагнитным сердечником. Одна из конструкций электромагнитного механизма представлена на рисунке 2.3, где 1 – катушка; 2 – сердечник, укрепленный на оси прибора; 3 – воздушный успокоитель; 4 – спиральная пружинка, создающая противодействующий магнит.

Рисунок 2.3 – Устройство прибора электромагнитной системы

При включении прибора под действием магнитного поля катушки сердечник втягивается внутрь катушки. Подвижная часть механизма поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, создаваемым пружинкой.

При измерении в цепи переменного тока угол поворота подвижной части прибора электромагнитной системы пропорционален квадрату среднего квадратического значения тока, т. е. не зависит от направления тока. Поэтому электромагнитные приборы одинаково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного токах. Шкала прибора квадратичная, однако на практике ее можно приблизить к линейной подбором формы сердечника.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются простота конструкции, способность выдерживать значительные перегрузки, возможность градуировки приборов, предназначенных для измерений в цепях переменного тока, на постоянном токе. К недостаткам приборов можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую точность, малую чувствительность и сильное влияние магнитных полей.

Промышленностью выпускаются параметры магнитоэлектрической системы с верхним пределом измерений от долей ампера до 200 А, и вольтметры с пределами измерения от долей вольта до сотен вольт.

При необходимости расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяются шунты и добавочные сопротивления (раздел 4). Для расширения пределов измерения амперметров в области повышенных частот используются трансформаторы тока. На рисунке 2.4 показано включение амперметров во вторичную обмотку трансформатора тока. Здесь w₁– первичная обмотка;w₂ – вторичная обмотка; I₁и I₂– соответствующие токи.

Приборы электромагнитной системы изменяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного тока промышленной частоты. Класс точности щитовых приборов 1,5 и 2,5. В некоторых случаях они используются для работы на повышенных частотах: амперметры до 8 000 Гц, вольтметры до 400 Гц. Выпускаются также переносные приборы электромагнитной системы классов точности 0,5 и 1,0 для измерения в лабораторных условиях.

Рисунок 2.4 – Включение амперметра с трансформатором тока