Принцип действия, устройство и основы теории магнитоэлектрических(МЭ) измерительных механизмов(ИМ).

В МЭ ИМ вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, который обычно выполняется в виде рамки.

1-постоянный магнит,

2-магнитопровод,

3-полюсные наконечники,

N S

4-неподвижный сердечник,

5-пружина спиральная,

6-подвижная рамка,

7- шунт,

8-указатель.

N

S

Принцип действия: при протекании тока по рамке 6 возникает сила F, стремящаяся повернуть рамку так, чтобы её плоскость стала перпендикулярно направлению магнитных силовых линий. При равенстве вращающего и противодействующего моментов, подвижная часть останавливается. ; Магнитный поток Ф может быть определен как произведение индукции в воздушном зазоре на активную площадь рамки, пересекающую маг. потоком при её повороте на угол от нейтрального положения. ; где В-индукция в зазоре, l-активная длина стороны каждого витка, b-ширина витка. При равновесии- -чувствительность, она постоянна по всей длине шкалы и не зависит от поворота, значит шкала равномерная. Класс точности (0,1-0,2). В некоторых МЭ ИМ противодействующий момент создается электрическим путем, такие приборы называют логометры Угол отклонения есть функция отношения токов .

Принцип действия, устройство и основы теории электромагнитных(ЭМ) ИМ.

Вращающий момент возникает в результате взаимодействия маг. поля катушки, по которой протекает измерительный ток , с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками. Наиболее часто встречается ЭМ ИМ с плоской и круглой катушкой.

При протекании тока в катушке сердечник стремится расположиться в месте с наибольшей концентрацией поля и втягиваться в зазор катушки. Для успокоения подвижной части применяются воздушные или индукционные успокоители.

L-индуктивность катушки, зависит от положения сердечника. Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов, то: Из этого выражения следует, что знак отклонения не зависти от напряжения тока в обмотке и следовательно приборы, выполненные на базе ЭМ ИМ могут применяться в цепях постоянного и переменного тока. Шкала прибора неравномерная, характер шкалы зависит от множителя , шкала нелинейная. Меняя форму сердечника и его расположение в катушке можно получить почти равномерную шкалу, начиная с 20-25% верхнего предела измерения.

Принцип действия, устройство и основы теории электродинамических(ЭД) и ферродинамических(ФД) ИМ.

В ЭД ИМ вращающий момент возникает в рез-те взаимод-я маг. полей неподв. и подв. катушек с токами.

При наличии тока в обмотках катушек возникают силы, стремящиеся повернуть подв. часть так, чтобы маг. потоки Ф1 и Ф2 подв. и неподв. катушек совпали.

взаимная индуктивность между двумя катушками. Индуктивности катушек не зависят от угла поворота. из уравнения следует, что: 1) при изменении токов знак не меняется. Эти приборы могут применяться для измерения токов в цепях перем. и пост. токов;

2) характер шкалы зависит от произведения токов и закона изменения , т.е. от формы катушек и их взаимного расположения. Изменяя в некоторых пределах выражение d /d можно несколько линеаризовать шкалу;

3) полученное ур-е явл. общ. для различных конструкций ЭД и может быть конкретизировано для отд. случаев.

ФД ИМ предназначены для работы в условиях вибрации, тряски, ударов, т.е. дост. жестких усл. Отличаются от ЭД тем, что у них неподв. катушка находится в сердечнике из ферромагнитного материала. Принцип действия ФД ИМ возникает в результате взаимодействия потока подв. катушки и потока, созд-го неподв. катушками. Если маг. поле в воздушном зазоре радиальное(индукция пост.), то для определения мгновенного значения вращ. момента ток подв. катушки. Среднее значение вращ. момента если допустить, что при работе используется линейный участок кривой намагничивания материала .Подставив это значение в выражение М, и пренебрегая углом потерь и считая, что , то в статическом режиме из выражения следует, что угол отклонения ферромагнитной части ФД ИМ пропорционален токам и зависит от угла между токами.

10. Принцип действия, устройство и основы теории электростатических и индукционных ИМ.

Электростатические ИМВращ. момент возникает в рез-те взаимод-я двух систем заряженных проводников, одна из которых является подвижной. Из принципа действия электростатического ИМ следует, что непосредственно они могут измерять только напряжение (вольтметры)В эл/статических ИМ отклонение подвижной части связано с изменением емкости, которое происходит или вследствие изменения активной площади пластин, или при изменении расстояния между пластинами. ЭС ИМ состоит из одной или нескольких камер (2). Каждая камера представляет собой две металлические пластины с воздушным зазором между ними. В зазоры этих камер свободно входят тонкие аллюминиевые пластины (1) подвижной части. Если к подвижным и неподвижным пластинам подвести напряжение, они кажутся заряженными, противоположными по знаку, в результате чего под действием ЭС сил притяжения подвижные пластины, жестко укрепленные на оси будут стремиться войти внутрь камеры.

Обороту этих пластин противодействет закручивание пружины.

; ; ; ;

ЭС вольтметры могут применяться для измерения в цепях и переменного, и постоянного тока, т.к. при изменении полярности напряжения, направление отклонения подвижной части не меняется.

Индукционные ИМ Его механизм состоит из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижного диска. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных потоков, пронизывающих диск с токами в диске. В зависимости от числа потоков, пересекающих диск. ИИМ м/б одноточными и многоточными. Состоят из двух электромагнитов 1 и 2, алюминиевого диска 3. Магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые токами I1 и I2 сдвинуты относительно друг друга на угол j. Эти потоки пересекают диск и наводят в нем ЭДС Е1, Е2. Они сдвинуты на угол p/2. Эти ЭДС будут создавать токи в диске I_1,2 и I_2.2. Эти токи будут отставать от своих ЭДС на углы a1 a2. Мгновенное значение вращающего момента от взаимодействия магнитного потока ; ;

;Ср. зн-е вращающего момента: ;

;Т.к. индукционное сопротивление диска мало по сравнению с его активным сопротивлением, поэтому a₁=0 a₂=0 то g=p/2 следовательно М=0. Вращающий момент от взаимодействия потока Ф1 с током I₁₂ равен нулю, а также =0 вращающие моменты от взаимодействия Ф2 с I₂₂. Определим взаимод-ие от вращ-х моментов. Пренебрегая индуктивностью дисков, т.е a₁=0 a₂=0 ;

; ;Различие знаков у М1 и М2 указывает на то, что один контур тока втягивается в м/поле, а другой выталкивается из него. Для определения направления результирующего момента пользуются правилом, по которому сила взаимодействия или момент направлены от опережающего по фазе тока к отстающему. Результирующий вращающий момент, действующий на подвижную часть:

При однородной структуре диска и при синусоидальном характере изменения потоков, можно допустить, что токи в диске I₁₂ и I₂₂ связаны с порождающими их потоками зависимостями:

;Результирующий момент:

Если противодействующий момент создается упругим элементом ( спиральной пружиной), то в статическом режиме М=Мпрот.

На базе измерительных механизмов выполняются амперметры, фазометры