24 Электродинамическая измерительная система.

В электродинамических измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной – катушек с токами Обозначение:

Неподвижная катушка I обычно состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. От расстояния между катушками зависит до некоторой степени конфигурация магнитного поля, что, влияет на характер шкалы. Неподвижные катушки изготовляют из медного провода намоткой его на изоляционный каркас. Подвижная катушка выполняется обычно бескаркасной из медного или алюминиевого провода. Для включения обмотки подвижной катушки в цепь измеряемого тока используются пружинки или растяжки.

Собственное магнитное поле электродинамических измерительных механизмов невелико, поэтому для защиты от влияния внешних полей применяются экранирование и астазирование. Нужная степень успокоения обеспечивается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

При наличии тока в обмотках катушек измерительного механизма возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную часть так, чтобы магнитные потоки неподвижных "и подвижных катушек совпали

Недостатком электродинамических приборов является большое потребление мощности. Следует отметить, что чем меньше потребление мощности электродинамическим прибором, тем слабее собственные магнитные поля и сильнее влияние внешних магнитных полей. Такие приборы требуют хорошей защиты от внешних магнитных полей, отличаются достаточно сложной конструкцией и сравнительно высокой стоимостью изготовления. Электродинамические приборы плохо переносят механические воздействия — удары, тряску и вибрацию.

В настоящее время применяются электродинамические амперметры, вольтметры, ваттметры, а при исполнении измерительных механизмов в виде логометров — фазометры, частотомеры и. фарадметры.

Устройство электродинамического логометра. Обозначение: Его подвижная, часть состоит из двух жестко скрепленных между собой под углому подвижных катушек Б₁ и Б₂, находящихся в поле неподвижных катушек А. Катушки Б₁ и Б₂, посредством безмоментных токоподводов включаются в цепь по схеме, зависящей от назначения прибора. Из рассмотрения направления действия сил следует, что момент М₁ создается составляющей F₁ cosα, a момент M₂ — составляющей F₂ cos(γ-α).

На основании этого средние значения моментов М₁ и M₂ за период:

где I—ток в последовательно и согласно включенных катушках А; I₁ и I₂ — токи в катушках Б₁ и Б₂.

Для установившегося равновесия М₁ = M₂. Если катушки выполнены так, что:

То

и

25. Ферродинамические измерительные системы

В самопишущих приборах, а также в приборах, предназначенных для работы в условиях вибраций, тряски и ударов, находят применение ферродинамические измерительные механизмы, отличающиеся тем, что у них неподвижные катушки расположены на сердечнике из ферромагнитного материала. Это приводит к значительному увеличению вращающего момента и уменьшению влияния внешних магнитных полей. Однако наличие в измерительном механизме нелинейного элемента (магнитопровода) снижает точность приборов. В ферродинамических измерительных механизмах сердечники набираются из пластин, которые выполняются из электротехнических сталей или из пермаллоев. Для уменьшения погрешностей от вихревых токов пластины изолируются друг от друга. Из тех же соображений подвижные катушки выполняются бескаркасными. Для успокоения в большинстве случаев применяются магнитоиндукционные успокоители. Обозначение:

Вращающий момент ферродинамического измерительного механизма возникает в результате взаимодействия подвижной катушки с током и потока, создаваемого неподвижными катушками. Если магнитное поле в воздушном зазоре радиально, то для определения мгновенного значения вращающего момента M_t :

,

где B_t — мгновенное значение магнитной индукции в воздушном зазоре; s₂, ω₂, i₂ — соответственно площадь, число витков и ток подвижной катушки.

Из-за своей инерции подвижная часть будет реагировать на среднее значение момента:

где В и I₂ — действующие значения соответственно индукции в воздушном зазоре и тока в подвижной катушке.

Если допустить, что при работе используется линейный участок кривой намагничивания материала сердечника, то можно написать:

где k₁ — коэффициент, зависящий от выбора системы единиц и конструктивных параметров измерительного механизма.

Подставляя полученное для В значение в выражение (2.14) и пренебрегая углом потерь, т. е. считая, что , получим:

Если противодействующий момент создается при помощи упругих элементов, то для режима статического равновесия:

, Откуда: ,гдеk — коэффициент, определяемый конструкцией измерительного механизма и выбором системы единиц.

Ферродинамические приборы используются чаще всего как стационарные, относительно малоточные приборы (классов точности 1,5 и 2,5) для измерений в цепях переменного тока с частотой 1-0 Гц — 1,5 кГц. Однако надо отметить, что применение пермаллоя для сердечников и высокая культура технологии производства позволили создать переносные ферродинамические приборы высокой точности (класса 0,5), предназначенные для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

Все же применение ферродинамических приборов для измерений в цепях постоянного тока следует считать пока исключением, и поэтому в дальнейшем будем рассматривать их работу только в цепях переменного тока.