7. Магнитоэлектрические измерительные механизмы.
Принцип
действия основан на взаимодействии
магнитного поля постоянного магнита
и катушки с током. Могут быть
- с подвижной катушкой;
-
с подвижным магнитом.
1 - постоянный магнит - источник магнитного поля;
2
- магинтопровод;
3 - полюсные наконечники с цилиндрич. расточкой;
4- цилиндрич. сердечник.
Магнит выполняется из жёсткомагнитного материала (с большой коэрцитивной силой), всё остальное - из мягкомагнитного.
Коэрцитивная
сила
— это значение напряжённости
магнитного поля,
необходимое для полного размагничивания
ферромагнитного вещества.
.
Коэрцитивная сила равна длине отрезка, высекаемого петлёй гистерезиса на горизонтальной оси.
Напряжённость - в В/м !
Цилиндрич.
форма сердечника и расточка полюсных
наконечников, а также их концентрическое
расположение обеспечивают равномерное
радиальное поле в воздушном зазоре, в
котором находится катушка. При этом
и не зависит от
.
Обмотка катушки - медный или алюминиевый провод, диаметр - 0.03-0.2 мм. Применяются каркасные (из алюминия) и бескаркасные катушки. При движении катушки в поле постоянного магнита в ней появляются вихревые токи. Для увеличения момента успокоения на катушку наматывают несколько короткозамкнутых витков, не участвующих в создании вращающего момента.
Если в катушке протекает ток, то возникает электродвижущий момент
электрокинетическая
энергия в механизме.
,
где
При
этом
не
зависят от
=> не участвуют в создании вращающего
момента.
.
угол
откл-я катушки [рад].
Т.
о.
Мгновенное значение вращающего момента:
.
У
большинства приборов
частота
собственных колебаний подвижной части;
При
отклонение подвижной части практически
равно нулю. Поэтому магнитоэлектрические
приборы работают на постоянном токе
или на низких частотах.
На
постоянном токе
Тогда
угол отклонения подвижной части прибора
где
W - удельный противодействующий момент.
Вывод: приборная шкала равномерна.
Общие достоинства и недостатки магнитоэлектрических приборов:
+ наиболее точные (класс точности < 0.1);
+ имеют малое собственное потребление мозности;
+ малое влияние внешних магнитных и электрических полей;
- работа на постоянном токе.
8. Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры.
В
амперметрах
ИМ
включается непосредственно в цепь или
при помощи шунта.
Схема
без шунта применяется для измерения
токов для 30 мА. При больших токах
происходит нагрев токопроводных пружин
и изменение их свойств, поэтому
применяется шунтирование - включение
параллельно с ИМ малого шунтирующего
сопротивления. Таким образом, через
него потечёт большой ток
,
а через ИМ - малый. Шунт подбирается
так, чтбы ток через катушку
:
коэффициент шунтирования.
Шунты изготовавливаются из спец. материала - манганина. Этот материал является нетермозависимым.
Влияение температуры на погрешность:
1) при увеличении температуры пружины, создающие противодействующий момент, расслабяются. Контрмера - 2 компенсирующие друг друга пружины.;
2)
пружины, ослабевают примерно на 0.2-0.4%
на
;
3) магнитный поток постоянного магнита уменьшается примерно на те же цифры;
Факторы 2) и 3) компенсируют друг друга.
4) увеличивается электрич. сопротивление катушки.
Последний
фактор отсутствует для амперметров
без шунта - амперметр просто показывает
новое значение I. В амперметрах с шунтом
при изменении температуры происходит
перераспределение токов, из-за изменения
сопротивления катушки меняется ток,
протекающий через измерительный
механизм => меняется
.
Решение:
для приборов низкого класса точности
для приборов высокого класса точности (0.1, 0.2, 0.5)
полупроводниковые
резисторы (у них м. б. отрицательный
температурный коэффициент)
Вольтметры:
Катушка
включается послед-но с добавочным
резистором
Через
катушку не должен проходить ток
.
При
изменении напряжения ток, текущий через
ИМ, ограничивается добавочным большим
сопротивлением
из манганина, включаемым с ИМ
последовательно.
.
Для
поддержки нескольких пределов измерений
в схему включаются несколько добавочных
сопротивлений, переключение между
которыми происходит с помощью скользящего
контакта.