Магнитоэлектрическая система

Лабораторная работа № 1

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Цель работы: 1. Практически изучить конструкции измерительных механизмов наиболее распространенных электроизмерительных приборов (амперметров, вольтметров, ваттметров) различных систем.

2. Научиться читать технические характеристики по условным обозначениям на шкалах приборов и выяснить для каких измерений можно применять эти приборы.

3. Практически изучить схемы включения приборов в электрическую цепь и освоить электрические измерения силы тока, величины напряжения и потребляемой мощности.

Общие положения

Измерить какую-либо величину - это значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения. Число, полученное при сравнении, называют численным значением измеряемой величины.

Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Структурные элементы измерительного механизма

Каждый измерительный механизм имеет одну или несколько электрических обмоток. По ним при включении прибора в электрическую цепь проходит электрический ток. Кроме обмоток, в измерительном механизме есть постоянный магнит или ферромагнитный сердечник, который намагничивается при прохождении по его обмоткам тока. Ток и магнитное поле, создаваемое сердечником, взаимодействуют друг с другом, согласно закону Ампера, вследствие этого создается вращающий момент, действующий на неподвижную часть прибора, в результате чего стрелка отклоняется.

В приборах, у которых нет сердечника, но есть две обмотки, стрелка отклоняется в результате взаимодействия магнитного поля одной обмотки с током другой. В зависимости от вида такого взаимодействия различают системы измерительных механизмов: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, ферродинамическую, индукционную и электростатическую.

Измерительные механизмы различных систем имеют ряд одинаковых механических частей. К таким частям относятся спиральные пружины, оси или полуоси с подпятниками, противовесы, корректор и успокоитель (рис. 1).

Рис. 1. Устройство подвижной части измерительных механизмов:

1 - подпятник; 2 - ось (у некоторых приборов полуось); 3 - указательная стрелка;

4 - поводок; 5, 6 - спиральные пружины; 7 - вилка корректора;

8 - палец эксцентрика; 9 - винт корректора; 10 - противовесы

Системы электроизмерительных механизмов

Магнитоэлектрическая система

Принцип действия механизма магнитоэлектрической системы - взаимодействие электрического тока, проходящего по обмотке рамки, с магнитным полем постоянного магнита (рис. 2).

Когда по обмотке рамки проходит электрический ток, она поворачивается на угол, значение которого пропорционально измеряемой силе тока (напряжению). Напряжение поворота рамки, а значит, и стрелки, зависит от направления тока в обмотке рамки. Магнитоэлектрические приборы выполняют как с неподвижным магнитом и подвижной рамкой (рис. 2, а, б), так и с неподвижной катушкой и подвижным магнитом на одной оси с указателем (рис. 2, в).

Магнитоэлектрические приборы применяются в качестве вольтметров, амперметров, омметров, мегаомметров и гальванометров.

Основные достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая точность, равномерность шкалы, независимость точности показаний от действия внешних электрических полей.

а)

Рис. 2. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы и его схема:

а, б - с подвижной рамкой; в - с подвижным магнитом;

1 -корректор; 2 -спиральные пружины; 3 - алюминиевая рамка с обмоткой;

4 - магнитопровод; 5 - стрелка; 6 - стальной цилиндр

Основные недостатки - невозможность измерять одним и тем же прибором постоянный и переменный токи (если в приборе нет выпрямительного устройства), сравнительно высокая стоимость.

Равномерность шкалы и высокая точность показаний обеспечиваются благодаря постоянству величины зазора между магнитопроводом и вращающейся рамкой.

Электромагнитная система

Принцип действия механизма электромагнитной системы (см. рис. 3, а) - взаимодействие магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, эксцентрично укрепленными на оси. Вследствие этого сердечник втягивается внутрь катушки и указательная стрелка отклоняется. При изменении направления тока в обмотке меняется и полярность намагничивающего сердечника. Поэтому при любом направлении тока в обмотке сердечник втягивается внутрь ее, а стрелка, следовательно, отклоняется в одну и ту же сторону.

а) б)

Рис. 3. Измерительные механизмы приборов:

а - электромагнитной системы: 1 - катушка; 2 - ферромагнитный сердечник;

3 - спиральная пружина; 4 - ось; б - электродинамической системы и его схема:

1 - неподвижная катушка; 2 - подвижная катушка

Основные достоинства приборов электромагнитной системы: простота устройства, относительно невысокая стоимость, пригодность этих приборов к перегрузкам.

Основные недостатки - невысокая точность, неравномерность шкалы, зависимость точности показаний от влияния внешних магнитных полей, сравнительно большое потребление электроэнергии.