8.3 Магнитоэлектрический измерительный прибор

Его работа основана на взаимодействии сильного постоянного магнитного поля и проводника с током, выполненного в виде рамки. Если в рамке есть ток I, то на проводник действует электромагнитная сила

Относительно оси рамки создается вращающий момент , N – число витков рамки, S = - площадь рамки, – ширина рамки, B - магнитная индукция. Все эти величины являются постоянными для данного прибора. Противодействующий момент создается пружинами , либо в случае логометра – другой рамкой с током, - угол поворота рамки.

1 – рамка (катушка); 2 – цилиндрический сердечник; 3 – полюсные наконечники

Рисунок 8.1 - Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Приборы магнитоэлектрической системы обладают высокой чувствительностью, почти не потребляют энергии, слабо зависят от внешних магнитных полей. Однако эти приборы могут использоваться лишь в цепях постоянного тока, так как направление тока в катушке (рамке) определяет направление вращающего момента.

Для измерения в цепях переменного тока приборами магнитоэлектрической системы используют выпрямители.

Коэффициент k - характеризует чувствительность прибора.

8.4 Электромагнитный измерительный прибор

Работа приборов электромагнитной системы основана на принципе взаимодействия подвижного ферромагнитного сердечника и магнитного поля, в котором сердечник перемещается в такое положение, при котором магнитный поток в электромагнитном устройстве будет наибольшим. Ток в неподвижной катушке создаёт магнитное поле, под действием которого подвижный сердечник в форме лепестка из магнитомягкого ферромагнетика, укрепленного на оси эксцентрично, втягивается в узкую щель внутри катушки. Ось поворачивается и поворачивает укрепленную на ней стрелку. Направление вращающегося момента в приборах электромагнитной системы не зависит от направления тока, так как при любом знаке тока момент положительный, и их используют для измерения в целях постоянного и переменного тока. В целях постоянного тока прибор электромагнитной системы может давать различные показания с отклонением до 2% при одном и том же значении измеряемой величины, что связано с влиянием магнитного гистерезиса. Это же явление оказывает влияние на погрешность приборов при измерении в цепи переменного тока; кроме того, есть значительное влияние внешних магнитных полей, относительно большое собственное энергопотребление, неравномерность шкалы

1 – катушка; 2 – пружина, создающая противодействующий момент; 3 – сердечник

Рисунок 8.2 - Устройство прибора электромагнитной системы

8.5 Измерение тока и напряжения

При использовании прибора магнитоэлектрической системы для измерения больших токов в цепь включают шунт R_ш, имеющий постоянное малое сопротивление, параллельно которому присоединена катушка (рамка) прибора.

Значение измеряемого тока равно:

Для прибора электромагнитной системы

Электромагнитные амперметры применяют обычно без шунтов (для тока до 200 А), пропуская ток по катушке измерительной части прибора, представляющей собой виток из толстой медной шины. Амперметры включают последовательно в цепь измеряемого тока, их изготавливают с малым собственным сопротивлением (обычно доли Ома).

Для измерения электрического напряжения последовательно с катушкой измерительной части прибора включают добавочный резистор, имеющий большое постоянное сопротивление R_д. Такую измерительную цепь включают параллельно участку цепи, на котором измеряют напряжение:

.

Вольтметры изготавливают с большим собственным сопротивлением (десятки, сотни Ом). Чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше он изменяет сопротивление участка цепи, параллельно которому подключен.

В электрических цепях переменного тока для измерения больших токов и напряжений применяют измерительные трансформаторы, которые необходимы для расширения пределов измерения и для обеспечения безопасности.