5.3. Приборы электромагнитной системы

Электромагнитные измерительные приборы применяют для измерения тока или напряжения в цепях переменного или постоянного тока. Приборы изготавливаются в двух вариантах: с плоской и круглой катушкой. Действие электромагнитного прибора с плоской катушкой основано на принципе втягивания ферромагнитного сердечника в катушку с током, а с круглой катушкой – вращения вокруг оси.

Рассмотрим прибор с плоской катушкой, имеющей щелевидное отверстие. Подвижная часть прибора содержит ось со стрелкой, несимметрично укрепленный сердечник, возвратную пружину и успокоитель стрелки с воздушным торможением.

При включении прибора в сеть по катушке проходит ток, и возникающее магнитное поле втягивает сердечник внутрь катушки. Сердечник укреплен на оси несимметрично, поэтому подвижная часть прибора поворачивается на некоторый угол. Подвижная часть будет поворачиваться до тех пор, пока вращающий момент, созданный током, не будет уравновешен противодействующим моментом спиральной пружины.

Угол поворота подвижной части зависит от силы, с которой сердечник втягивается внутрь катушки. Эта сила пропорциональна коэффициенту пропорциональности к, величине магнитной индукции B и току I: . Магнитная индукция В для катушки и сердечника пропорциональна величине тока I, поэтому или угол поворота подвижной системы . В этом случае шкала прибора должна быть квадратичной, что и наблюдается увеличением числа делений в начале шкалы.

К достоинствам электромагнитных приборов следует отнести их простоту, дешевизну, надежность в эксплуатации, а также пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

Недостатками приборов электромагнитной системы являются: малая точность, неравномерность шкалы, зависимость от частоты тока, большая потребляемая мощность.

5.4. Приборы электродинамической системы

Приборы электродинамической системы применяют для измерения напряжения, тока или мощности в цепях переменного и постоянного тока. Действие электродинамических приборов основано на взаимодействии проводников с токами.

Прибор имеет неподвижную катушку с небольшим числом витков толстой проволоки и подвижную катушку с большим числом витков тонкой проволоки, размещенную внутри неподвижной катушки. На оси подвижной катушки укреплена стрелка и пружины, предназначенные для подведения тока и создания противодействующего момента. Нижний конец стрелки оканчивается поршнем воздушного успокоителя.

При прохождении тока по катушкам подвижная катушка поворачивается так, чтобы ее плоскость совпадала с плоскостью неподвижной катушки. Вместе с катушкой поворачивается стрелка и алюминиевая пластинка успокоителя. При вращении подвижной катушки спиральные пружины закручиваются и создают противодействующий момент. Указательная стрелка устанавливается в положение равновесия, когда вращающий и противодействующий моменты окажутся равными.

Угол поворота катушки (стрелки) пропорционален коэффициенту пропорциональности к, токам в катушках , и , где – угол сдвига токов по фазе и определяется по формуле . При .

В амперметрах измерения токов до 0,5А производятся при последовательном соединении катушек. При этом . Для измерения токов больше 0,5А катушки соединяются параллельно. Токи в катушках обратно пропорциональны их сопротивлениям: , откуда , в результате получаем . Обозначив , будем иметь . Следовательно, угол отклонения стрелки пропорционален квадрату силы тока в подвижной катушке, поэтому шкала приборов будет неравномерной.

В вольтметрах обе катушки соединяются последовательно. Кроме того, последовательно включается дополнительное сопротивление. Общее сопротивление прибора , а ток соответствует закону Ома: .

Угол отклонения стрелки в электродинамических вольтметрах пропорционален квадрату измеряемого напряжения.

В ваттметрах неподвижную катушку включают последовательно, а подвижную – параллельно. При этом угол отклонения стрелки пропорционален мощности, потребляемой нагрузкой . Электродинамические ваттметры имеют равномерную шкалу.

Достоинством электродинамических приборов является высокая точность, недостатком – большое потребление мощности и высокая стоимость.