2.3.3 Магнитоэлектрические измерительные приборы

Принцип действия МЭИМ основан на взаимодействии токов, протекающих в одном или нескольких контурах с полями одного или нескольких постоянных магнитов. Подвижными могут быть как контуры с током, так и постоянные магниты.

Постоянный магнит и ферромагнитный цилиндр образуют магнитную систему МЭИМ. Такая конструкция обеспечивает постоянство магнитной индукции в воздушном зазоре, где вращается катушка, а магнитные силовые линии будут ориентированы по радиусу цилиндра. В оси крепятся две спиральные пружины для создания противодействующего момента и подведения тока к катушке. Одна соединяется с корпусом, другая – с корректором нуля. У оси еще крепится стрелка с грузиками. Грузики предназначены для уравновешивания подвижной части.

Энергия магнитоэлектрической системы, сосредоточенная в механизме и вызывающая вращающий момент, равна

W_ = W_M + W_K + W_ВЗ, (2.13)

где W_М – энергия поля магнита;

- энергия катушки с током;

W_ВЗ = I – энергия взаимодействия поля магнита и катушки с током;

 - потокосцепление.

Вращающий момент для системы с равномерным радиальным магнитным полем равен

M_B = BSwI, (2.14)

где В – магнитная индукция в зазоре постоянного магнита;

S – площадь поперечного сечения катушки;

W – число витков катушки.

Так как противодействующий момент создается спиральными пружинами, то он будет равен

M_П =k_П, (2.15)

где k_П – коэффициент жесткости пружины.

Приравняв вращающий и противодействующий моменты, получим уравнение шкалы (уравнение измерения) МЭИМ, устанавливающее зависимость угла поворота подвижной части измерительного механизма от измеряемой величины:

, (2.16)

где - чувствительность измерительного механизма к току.

Из полученных выражений можно сделать следующие выводы:

- угол отклонения подвижной части (стрелки) МЭИМ прямо пропорционален току;

- чувствительность МЭИМ постоянна, следовательно, шкала равномерная;

- МЭИМ реагирует только на постоянный ток, а при включении в цепь переменного тока вследствие инерционности подвижной части стрелка будет совершать колебательные движения только на низких частотах.

Из внешних факторов на МЭИМ наибольшее влияние оказывает температура, при изменении которой изменяются магнитная индукция и сопротивление катушки.

Аналогичным образом устроены магнитоэлектрические логометры, только они имеют две катушки на общей оси, установленные перпендикулярно друг к другу, а полюсные наконечники расточены в форме цилиндра, что приводит к зависимости магнитной индукции в зазоре от угла поворота. Исходя из этого уравнение шкалы магнитоэлектрического логометра примет вид

. (2.17)

Решив уравнение относительно угла поворота, получим выражение для угла поворота в зависимости от отношения токов, протекающих в катушках:

. (2.18)