Магнитоэлектрические механизмы

Основные системы электроизмерительных приборов

Аналоговые измерительные приборы состоят из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная схема электроизмерительных приборов

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой ве­личины х в электрическую величину y, непосредственно воздействующую на измери­тельный механизм.

В измерительном механизме электрическая энергия преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части. У большинства изме­рительных механизмов перемещение подвижной части состоит в повороте относительно неподвижной оси на угол α.

Отсчетное устройство состоит из указателя и шкалы. Оно преобразует угловое перемещение подвижной части в перемещение указателя l, которое выражается в делениях или миллиметрах шкалы.

Магнитоэлектрические механизмы

Работа механизмов магнитоэлектрической системы основана на взаи­модействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет под­вижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является под­вижной, частью, различают механизмы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом.

Магнитная цепь измерительного механизма с внеш­ним магнитом (ри­сунок 2) состоит из сильного постоянно­го магнита 1, полюсных наконечни­ков с цилиндрической расточкой 3, цилиндрического сердечника 4 и магни­топровода 5, выполненных из магнитомягкого материала. В воздушном за­зоре между сердечником и полюсными наконечниками создается сильное, практически равно­мерное радиальное магнитное поле.

Рисунок 2 – Магнитоэлектрический механизм с внешним магнитом

Подвижная часть механизма 2 представляет собой катушку (рамку) прямоугольной формы из тонкого мед­ного или алюминиевого провода, намо­танного на алюми­ниевый каркас (либо без каркаса), которая может пово­рачи­ваться вокруг сердечника в магнитном поле. К рам­ке с двух сторон приклеи­ваются алюминиевые буксы для закрепления растяжек или кернов. Уравно­вешива­ние подвижной части осуществляется грузиками 6. Стрелка 7 и ци­ферблат со шкалой образуют отсчетное устройство.

Когда по катушке 2 течет ток, на неё со стороны магнитного поля дей­ствует силы, стремящиеся повернуть рамку и поставить её в положение, в котором магнитный поток, охватываемый током, максимален. Момент этих сил М_вр (вращающий момент) пропорционален силе тока I, а также площади рамки, числу витков и индукции B магнитного поля в зазоре.

(7)

где l, b, S – активная длина, ширина и площадь катушки;

w – число витков катушки;

Ψ – потокосцепление катушки.

Рамка в первоначальном положении удерживается упругими силами. Они создаются либо спиральными пружинками, прикрепленными одним кон­цом к оси рамки, а другим – к неподвижным частям прибора, либо (в прибо­рах высокой чувствительности) – упругой нитью 8, на которой подвешена рамка. Упругие силы создают противодействующий момент М_пр. при дейст­вии тока рамка будет отклоняться до тех пор, пока момент упругих сил М_пр не станет равным М_вр. Следовательно, равновесный угол φ отклонения будет зависеть от силы тока. Отсчитывая этот угол по шкале с помощью стрелки 7, можно определить силу тока, если прибор предварительно отградуирован.

В приборах магнитоэлектрической системы отклонение подвижной части пропорционально току, т.е. прибор имеет равномерную шкалу.

Для регулирования нормального угла отклонения в механизмах име­ется магнитный шунт 9. Это пластинка из магнитомягкого материала, через которую проходит часть магнитного потока. Перемещая её, можно регулиро­вать ответвляющийся в магнитный шунт магнитный поток и тем самым изме­нять магнитную индукцию в воздушном зазоре.

Достоинством магнитоэлектрического механизма по сравнению с дру­гими механизмами является большая чувствительность, малое собственное потребление мощности, малое влияние внешних магнитных полей благодаря сильному собственному магнитному полю, равномерность шкалы.

Недостатки магнитоэлектрических приборов – сложность конструкции, высокая стоимость, а также чувствительность к перегрузкам и изменениям тока.