Лекция 6. Электромагнитные измерительные механизмы

Принцип действия и устройство наиболее распространенных типов электромагнитных измерительных механизмов показаны на (рис. 3.8).

В механизме с плоской катушкой (см. рис. 3.8 а) измеряемый ток, протекая по неподвижной катушке 1, создает в ее щели магнитное поле, под действием которого ферромагнитный сердечник 2, насаженный эксцентрично на ось 4, стремится расположиться так, чтобы усилить это магнитное поле. Иначе говоря, сердечник 2 втягивается в щель катушки. Благодаря эксцентричному креплению на оси сердечник, втягиваясь в щель катушки, поворачивает ось, на которой укреплена стрелка. Противодействующий момент создается пружиной 3.

В механизме с круглой катушкой (см. рис. 3.8 б) в поле, создаваемом измеряемым током, протекающим по неподвижной катушке 3, помещаются два ферромагнитных сердечника. Сердечник 4 укреплен неподвижно внутри катушки, а подвижный сердечник 5 скреплен с осью 1. Оба сердечника под воздействием поля катушки намагничиваются одноименно, в результате подвижный сердечник 5 отталкивается от неподвижного сердечника 4, поворачивая, таким образом, ось 1 со стрелкой и крылом успокоителя. Противодействующий момент создается пружиной 2.

В этих механизмах чаще применяется воздушный успокоитель, так как при использовании магнитоиндукционного успокоителя возможно искажение относительно слабого собственного поля катушки полем рассеяния магнита. При перемещении сердечника конфигурация силовых линий магнитного поля катушки изменяется, поэтому вращающий момент зависит от расположения подвижного сердечника относительно катушки или неподвижного сердечника. На вращающий момент влияет угол отклонения подвижной части измерительного механизма.

Для получения зависимости угла отклонения α от измеряемого тока I, протекающего по катушке, воспользуемся общим выражением для вращающего момента:

M_вр = ,

где электромагнитную энергию — A_e одной катушки с током можно выразить следующей формулой:

A_e = LI²,

где L — индуктивность катушки.

Тогда

M_вр.ср = I² . (3.7)

При перемене направления тока на обратное сердечник перемагнитится и будет втягиваться в щель катушки, т.е. направление вращающего момента сохранится неизменным. Электромагнитные измерительные механизмы могут применяться как на постоянном, так и на переменном токе. При измерениях на переменном токе выражение (3.7) будет справедливым лишь для мгновенных значений вращающего момента и тока. Угол отклонения определяется как среднее за период T значение вращающего момента:

M_вр.ср = dt = I² ,

где I² — квадрат действующего значения тока, I² = dt.

Противодействующий момент, создаваемый пружиной,

M_пр = Wα,

где W — удельный противодействующий момент.

Установившееся отклонение подвижной части наступает при равенстве вращающего и противодействующего моментов:

I² = Wα,

откуда

α = I² .

Характер шкалы электромагнитного измерительного механизма неравномерен. Путем подбора формы сердечника можно так изменять dL/dα, чтобы этот множитель при увеличении тока уменьшал вращающий момент. Тогда можно получить шкалу, близкую к равномерной на значительном ее участке.

Электромагнитные измерительные механизмы характеризуются следующими свойствами:

Ø применяются как на постоянном, так и на переменном токе. На переменном токе эти механизмы измеряют действующее значение;

Ø характер шкалы неравномерен, в ее начале деления сжаты, однако последние две трети шкалы можно сделать близкими к равномерной;

Ø непосредственное измерение тока возможно примерно до 100A, дальнейшее увеличение предела измерения требует использования дополнительных преобразователей;

Ø потребление мощности относительно велико. Например, при пределе измерения, равном 5А, потребление мощности достигает порядка 2...5Вт.