Приборы магнитоэлектрической системы
Приборы магнитоэлектрической (МЭ) системы основаны на взаимодействии поля постоянного магнита с полем контура с током.
Они могут быть двух типов:
1. - с подвижной рамкой
2. - с подвижным магнитом
Первые обладают лучшей точностью и большей чувствительностью. Вторые - проще надёжнее и дешевле. На практике большее распространение получили приборы МЭ системы с подвижной рамкой (рис.5).
Рис.5.
Полная энергия , сосредоточенная в измерительном механизме состоит из энергии поля постоянного магнита , энергии катушки с током и энергии взаимодействия поля магнита с катушкой с током , где - потокосцепление, равное произведению числа силовых линий, пересекаемых обеими сторонами катушки при её повороте на угол , на число её витков n:
,
где В – магнитная индукция (Тл), S – площадь обеих сторон катушки (м2). Таким образом, полная энергия механизма будет равна
. (9)
Ранее было показано, что вращающий момент равен . Дифференцируя (9), получим М=В·s·n·I. Также уже было отмечено, что подвижная система поворачивается до тех пор пока не наступит равенство вращающих и противодействующих моментов . Рассмотрим три случая.
1. Через прибор протекает постоянный ток.
Учитывая, что противодействующий момент , получим . Решая это равенство относительно угла поворота стрелки α можно определить уравнение шкалы прибора МЭ системы
,
где - чувствительность прибора по току
Отсюда видно, что шкала прибора равномерная, а отклонение указателя зависит от направления протекания тока.
Для регулирования угла отклонения механизма применяют магнитный шунт.
| |||
Пластинка, через которую проходит часть магнитного потока, изготовлена из магнитомягкого материала. Перемещая её можно регулировать ответвляющийся в магнитный шунт поток и тем самым менять индукцию в воздушном зазоре прибора.
Успокоение подвижной системы МЭ приборов магнитоиндукционное, без применения специальных устройств. Момент магнитоиндукционного успокоения возникает в результате взаимовоздействия магнитного потока с токами Фуко, возникающими в алюминиевом каркасе катушки.
2. Рассмотрим второй случай, когда измеряемый ток имеет синусоидальную форму .
В этом случае мгновенное значение вращающего момента
.
Среднее же значение вращающего момента за период равно
.
Следовательно, приборы МЭ системы при включении их в цепь синусоидального тока показывают нуль.
3. Случай когда к прибору подводят сложный переменный сигнал, содержащий постоянную составляющую: .
При подведении к прибору МЭ системы переменного сигнала прибор измеряет постоянную составляющую этого сигнала (или среднее значение).
Приборы МЭ системы являются интеграторами, т.к. выполняют операциюусреднения:
.
Достоинства приборов МЭ системы:
1. Высокая чувствительность (до 3⋅10-11А).
2. Высокая точность (до класса точности 0,05).
3. Хорошая защищённость от внешних магнитных полей, т.к. собственная индуктивность между близко расположенными полюсами постоянного магнита велика и составляет 0,15 – 0,3 Тл.
4. Малое потребление мощности от измеряемой цепи (10-5-10-6 Вт) .
5. Малые габариты.
К недостаткам приборов МЭ системы можно отнести:
1. Прибор не защищен от перегрузок.
2. Измеряет только постоянную составляющую сигнала (среднее значение), и не позволяет измерять переменные сигналы.
3. Повышенная чувствительность к температуре окружающей среды.
Область применения.
Амперметры и вольтметры для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока. В сочетании с различными преобразователями могут работать и в цепях переменного тока. На базе МЭ системы создаются омметры, образцовые лабораторные и рабочие средства измерения. высокочувствительные гальванометры.