4. Измерительный механизм электромагнитной системы

Принцип его работы основан на взаимодействии подвижного ферромагнитного сердечника 4 с магнитным полем неподвижной катушки 1, по которой протекает ток. Катушка играет роль электромагнита (рис. 3).

Рис. 3

Подвижная часть – ферритовый сердечник закреплен в одной точке – на оси. Он имеет возможность вращаться вокруг неё. При втягивании сердечника в рабочее пространство между полюсами 2 и 3 магнитопровода электромагнита происходит его поворот, а значит и поворот стрелочного указателя.

Угол поворота подвижной части зависит от величины тока, протекающего по обмотке электромагнита следующим образом:

(4.5)

где: L – индуктивность катушки электромагнита, изменяемая за счет втягивания сердечника.

Из данного выражения следует:

1. Шкала прибора имеет квадратичную зависимость от величины измеряемого тока.

2. Но из-за квадратичной зависимости направление тока не влияет на поворот подвижной части, а такие ИМ, следовательно, позволяет применять в цепях как постоянного так и переменного тока.

Дополнительным достоинством ИМ электромагнитного типа является высокая перегрузочная способность, что позволяет их использовать в качестве встроенных в аппаратуру приборов для контроля токов питания различных устройств (до 300А). Недостаток их связан с невысокой точностью (классы точности 0,5; 1,0 и хуже). Основная погрешность определяется теми же факторами, что и для ИМ магнитоэлектрического типа. Дополнительная погрешность задается изменением частоты тока и явлением остаточной намагниченности ферритового сердечника при измерении постоянного тока.

5. Масштабные измерительные преобразователи

Они применяются в электромеханических приборах с целью расширения диапазона измеряемых величин. К ним относят: шунты, добавочные резисторы, измерительные трансформаторы и измерительные усилители.

Шунт – это низкоомный резистор, как правило с четырьмя зажимами для подключения как измерительного механизма, так и включения в участок цепи для проведения измерений (рис 4).

Рис. 4

Как следует из схемы, шунт включается последовательно в разрыв цепи. При этом ИМ, имеющий внутреннее сопротивление R₀ будет параллелен шунту. Поэтому измеряемый ток I делится на ток измерительного механизма I₀ и ток шунта I_ш в соотношении:

(4.6)

Если ввести понятие коэффициент шунтирования то можно определить необходимое сопротивление шунта:

(4.7)

На практике используют многопредельные шунты (рис.5).

Рис. 5

Шунты изготавливают из манганиновых пластин и для измерения токов до 50 А монтируют вместе с ИМ в одном корпусе (их называют внутренними).

Добавочные резисторы применяют для расширения пределов измерения вольтметров.

а) однопредельный б) многопредельный

Рис. 6

Они включаются последовательно с обмоткой подвижной части ИМ, вращающий момент которого определяется током, значение которого будет зависеть от величины R_Д. На рис 6 показаны случаи использования однопредельного и многопредельного добавочных резисторов. Их значение определяется как

(4.8)

где коэффициент трансформации. Добавочные резисторы изготавливаются из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на каркас из изоляционного материала. Они как и шунты могут быть внутренними и наружными, индивидуальными и калиброванными.

Делители напряжения применяются для ступенчатого уменьшения напряжения и выполняются как самостоятельные преобразователи и как составные части измерительных приборов. Схемы делителей реализуются на резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности. Осуществляется деление как постоянных напряжений, так и переменных с частотой до 1000 МГц, при этом для переменных напряжений можно использовать все перечисленные выше элементы, а для постоянных  только резисторы. Схемы простейших делителей представлены на рис. 7.

а) на резисторах б) на конденсаторах в) индуктивный делитель

Рис. 7

Коэффициенты деления для делителя на резисторах ( без учета нагрузки)

(4.9)

для делителя на конденсаторах (4.10)

а для индуктивного делителя (4.11)

Измерительные усилители предназначены для увеличения измеряемой величины в определенное число раз с целью повышения чувствительности измерительного прибора. Их схемные решения могут быть разными и зависят от характеристик измеряемого сигнала.