Электродинамические приборы
Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек, по которым протекает ток (рис.5.6).
Рисунок 5.6 – Электродинамический измерительный прибор
Внутри неподвижной катушки 1 может вращаться подвижная катушка 2. Поворот осуществляется вращающим моментом, вызванным взаимодействием магнитных полей катушек 1 и 2. Уравнение преобразования прибора для постоянных токов имеет вид
α = (1/W)(dM/dα)I1I2, (5.4)
где М – взаимная индуктивность катушки; I1I2 – токи в катушках.
Если по катушкам протекают переменные токи, то это выражение примет вид
α = (1/W)(dM/dα)I1I2cos(φ1 – φ2). (5.5)
Из этого уравнения следует, что перемещения подвижной части механизма при работе на переменном токе зависят как от токов в его катушках, так и от разности фаз между этими токами. Это дает возможность использовать приборы электродинамической системы не только в качестве амперметров и вольтметров, но и в качестве ваттметров.
В амперметрах катушки соединены последовательно (рис.5.7.а) или параллельно (рис.5.7.б). Последовательное соединение используется в приборах, предназначенных для измерения малых токов (до 0,5 А). При больших токах (до 10 А) катушки включаются параллельно.
Рисунок 4.7 – Схема соединений катушек амперметра
а) неподвижная, б)подвижная
В последовательной схеме амперметра I1 = I2 = I, φ1 – φ2 = 0, поэтому уравнение преобразования (4.5) сводится к виду
α = (1/W)(dM/dα)I2, (4.6)
т.е. при условии dМ/dα = const угол поворота стрелки α квадратично зависит от тока, протекающего в катушках.
В этом случае шкала неравномерна. Поэтому расположение и форму катушек выбирают так, чтобы производная dM/dα зависела от угла между подвижной и неподвижной катушками.
В параллельной схеме I1 = kI; I2 = kI, а разность фаз также устанавливается равной нулю подбором индуктивностей в цепях катушек.
Вольтметры выполняются по схеме (рис.5.8). Катушки включаются последовательно, ток через них ограничивается добавочным резистором Rдоб.
Уравнение преобразования вольтметра имеет вид
α = (1/W)(dM/dα)(U2/R2), (5.7)
где R - общее сопротивление цепи прибора.
Как и в случае амперметров, изменением dM/dα добиваются почти равномерного характера рабочего участка электродинамических вольтметров.
Рисунок 5.8 – Схема включения катушек вольтметра
Обычно электродинамические вольтметры выполняются многопредельными при помощи нескольких добавочных резисторов.
Схема соединения катушек ваттметра и его включения в цепь для измерения мощности, потребляемой нагрузкой Zн , приведена на (рис.5.9).
Рисунок 5.9 – Схема включения ваттметра
Ток I1 в неподвижной катушке равен току нагрузки, а ток I2 в подвижной катушке пропорционален приложенному напряжению:
I2 = U/(Rдоб + r),
где Rдоб - сопротивление добавочного резистора; r — сопротивление подвижной катушки.
С учетом этого и (5.5) уравнение шкалы для ваттметра
α = (1/W(Rдоб + r))(dM/dα)Р (5.8)
где Р - активная мощность нагрузки.
Погрешности электродинамических приборов возникают из-за температурных влияний и наличия внешних магнитных полей. При повышении частоты до нескольких сот герц существенными становятся также частотные погрешности.