Измерение постоянных токов (стр. 3 из 4)

откуда

Выражение для угла поворота можно представить так:

(3.9)

Из выражения (3.9) видно, что отклонение подвижной части логометра зависит от отношения токов в его обмотках.

Измерительные механизмы магнитоэлектрических логометров применяют прежде всего в омметрах.

Электромагнитные измерительные механизмы. Вращающий момент в электромагнитных измерительных механизмах возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма. В настоящее время наибольшее применение получили три конструкции измерительных механизмов: а) с плоской катушкой; б) с круглой катушкой; в) с замкнутым магнитопроводом.

На рис. 3.3 показан измерительный механизм с плоской катушкой. Катушка / наматывается медным проводом и имеет воздушный зазор, в который может входить эксцентрично укрепленный на оси сердечник 2. Материал сердечника должен обладать высокой магнитной проницаемостью, что способствует увеличению вращающего момента при заданном значении потребления мощности прибором, и минимальной коэрцитивной силой, что уменьшает погрешность от гистерезиса. Обычно материалом сердечника в щитовых приборах служит электротехническая (кремнистая) сталь, а в точных переносных приборах — пермаллой.

При наличии тока в катушке сердечник стремится расположиться в месте с наибольшей концентрацией поля, т. е. втягивается в зазор катушки. При этом закручиваются пружинки 3, в результате чего возникает противодействующий момент. Для успокоения движения подвижной части в электр-омагнитных измерительных механизмах применяют обычно воздушные или жидкостные успокоители. На рис. 3.3 представлен измерительный механизм с воздушным успокоителем, состоящим из камеры 4 и крыла 5.

Одним из существенных недостатков электромагнитных измерительных механизмов с плоской или с круглой катушкой является сильное влияние внешних магнитных полей. Это объясняется тем, что собственное магнитное поле невелико. Для защиты от внешних полей применяются в основном два способа — астазирование и экранирование.

В астатическом измерительном механизме на оси подвижной части укреплены два одинаковых сердечника, каждый из которых размещается в магнитном поле одной из катушек, включенных между собой последовательно. Направление обмоток выбрано так,

что магнитные поля Катушек, равные по значению и конфигурации, направлены навстречу друг другу. При этом подвижная часть будет находиться под действием суммы двух моментов, каждый из которых создается одним из сердечников и действующей на него катушкой. Если такой измерительный механизм попадает в равномерное внешнее поле, то один из моментов, для которого направления собственного и возмущающего полей будут совпадать, увеличится, а второй — соответственно уменьшится. Суммарный момент, а следовательно, и показания прибора при этом не изменяются. Недостатки астатического измерительного механизма заключаются в усложнении и удорожании конструкции, а также в том, что ас-тазирование исключает действие только равномерных полей.

При магнитном экранировании измерительный механизм помещается внутрь замкнутой оболочки из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (чаще всего из пермаллоя). Действие экрана состоит в том, что магнитные линии внешнего поля, стремясь пройти по пути с наименьшим магнитным сопротивлением, сгущаются внутри стенок экрана, почти не проникая во внутреннюю область. Для улучшения магнитной защиты иногда применяются экраны из двух или нескольких оболочек.

На рис. 3.4 показан электромагнитный измерительный механизм с замкнутым магнитопроводeом мещена на магнитопровод 2 с полюсными наконечниками 3. При наличии

тока в обмотке катушки подвижный сердечник 4 стремится повернуться по часовой стрелке вокруг оси 0, втягиваясь в рабочее пространство между полюсными накладками.

Достоинствами измерительного механизма с замкнутым магнитопроводом являются: повышенная чувствительность, уменьшение погрешности от влияния внешних магнитных полей, возможность относительно просто менять характер шкалы путем изменения положения левого полюсного наконечника относительно правого. Обычно в измерительных механизмах с замкнутым магнитопроводом применяют растяжки и жидкостное успокоение.

В заключение отметим, что по своему устройству электромагнитные измерительные механизмы являются самыми простыми .среди измерительных механизмов приборов разных групп.

На основании уравнения (3.1) определим вращающий момент электромагнитного измерительного механизма. Электромагнитная энергия катушки, по обмотке которой протекает ток,

где L — индуктивность катушки, зависящая от положения сердечника; / — ток в обмотке.

Выражение для вращающего момента будет

Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов, то для режима установившегося отклонения

откуда

(3.10)

Из выражения (3.10) видно следующее:

1. Знак угла отклонения подвижной части не зависит от направления тока в обмотке. Это значит, что электромагнитные приборы могут применяться для измерений в цепях постоянного и переменного тока. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение тока (или напряжение).

2. Шкала, электромагнитного прибора неравномерная, т. е. между измеряемой величиной (током) и.углом отклонения нет прямо пропорциональной зависимости. Характер шкалы зависит от множителя

т. е. от закона изменения индуктивности с изменением

угла поворота сердечника и от квадрата тока в катушке. Меняя форму сердечника и его расположение в катушке, можно получить практически равномерную шкалу, начиная с 20 — 25% верхнего предела диапазона измерений.

Устройство измерительного механизма электромагнитного ло-гометра с катушками Л и £ представлено на рис. 3.5. Сердечники на оси укреплены так, что при повороте подвижной части в некоторых пределах индуктивность одной катушки увеличивается, а другой — уменьшается, вследствие чего вращающие моменты направлены в противоположные стороны. Взаимным влиянием одной катушки на другую пренебрегаем. Для статического равновесия можем написать

или

Решая это уравнение относительно

получим

(3.11)

Электромагнитные измерительные механизмы используются в настоящее время в амперметрах, вольтметрах, в фазометрах и частотомерах. Кроме этих приборов, применяются резонансные электромагнитные приборы, в которых частота собственных колебаний подвижной части (сердечника) настраивается в резонанс с частотой тока в обмотке. К таким устройствам относятся вибрационные частотомеры.

Главными достоинствами электромагнитных приборов являются: простота конструкции и, как следствие, дешевизна и надежность в работе; способность выдерживать большие перегрузки, что объясняется отсутствием токоподводов к подвижной части; возможность применения для измерений в цепях постоянного и переменного тока (отдельных приборов до частоты примерно 10 000 Гц).

К недостаткам приборов относятся относительно малые точность и чувствительность.

Aprēķinu daļa.

Izmantojama shēma.

Pēc Oma līkuma:

no tā

Tad I_s aizmainām ar

,tad

Pēc tam pieņēmsim kā

,tad

Mūsu gadījuma

Apreķinu tabula.

N0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ir(mA)	70	70	70.1	70.1	69.9	69.9	70	70	70.1	70.1
I(A)	0.2800	0.2800	0.2804	0.2804	0.2796	0.2796	0.2800	0.2800	0.2804	0.2804

N0	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Ir(mA)	69.9	68.8	69.9	70	70.1	70.2	70.2	70.1	70	70
I(A)	0.2796	0.2752	0.2796	0.2800	0.2804	0.2808	0.2808	0.2804	0.2800	0.2800

Izmantojamas iekārtas: