Приборы магнитоэлектрической системы

Принцип работы магнитоэлектрической системы измерительного прибора состоит во взаимодействии магнитного поля, которое создаёт постоянный магнит, с током в обмотке подвижной части, представляющая собой беглую рамку с обмоткой. С нитями (растяжками) соединены выводы обмотки, через них обмотка совмещена с внешней электрической цепью. Указательная стрелка укреплена на нити, в дальнейшем она перемещается при повороте рамки, которая с обмоткой находятся в воздушном зазоре между полюсных наконечников и сердечником, изготовленным из стали. Магнитное поле в данном воздушном зазоре однородное за счёт конструкции, а также взаимному расположению магнитной части прибора, состоящего из магнитопровода, постоянного магнита, сердечника и полюсных наконечников. В конечном итоге взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем, создаваемым током и идущим по обмотке рамки, на рамку действует пара сил. Обе эти силы прямо пропорциональны силе тока, проходящего по обмотке:

k – коэффициент, который зависит от размеров рамки, конструкции магнитной части механизма и количества витков провода. Пара сил создает вращающий момент, равный:

k(1) – коэффициент, который зависит от размеров рамки. А это значит, что подставив в последнюю формулу первую, получаем:

Подвижная часть механизма поворачивается под действием вращающего момента, при этом противодействующий момент, создаваемый пружинами, препятствует процессу. Он равен:

а – угол поворота подвижной части механизма;

k(2) – коэффициент, который зависит от упругости пружин.

Установившееся положение подвижной части механизма вычисляется равенством:

следовательно,

– постоянный коэффициент, который зависит исключительно от конструкции механизма.

Из крайней формулы следует, что угол поворота подвижной части механизма, а как мы понимаем и указательной стрелки, прямо пропорционален силе тока, идущего по обмотке рамки. Значит представленный механизм в полной мере можно использовать для устройства амперметра, шкала которого равномерная. Для данного прибора сопротивление обмотки – величина постоянная, то угол поворота стрелки прямо пропорционален приложенному к обмотке рамки напряжению. Следовательно, этим механизмом можно пользоваться и для устройств вольтметра.

Главные достоинства приборов магнитоэлектрической системы: равномерность шкалы, высокая точность. Недостатками этого прибора являются невозможность произвести замеры одним и тем же прибором переменные и постоянные токи. Если же в приборе отсутствует выпрямительное устройство – относительно высокая стоимость приборов.

На основе магнитоэлектрического механизма создаются вольтметры, амперметры, миллиамперметры и другие измерительные приборы, и их структурное построение главным образом определяется измерительной схемой. Измерительные приборы магнитоэлектрической системы имеют достаточно высокую точность, сравнительно малое потребление энергии из измерительной цепи, высокую чувствительность, но работают лишь на постоянном токе.

Для расширения пределов измерения токов амперметрами и напряжений вольтметрами применяют шунты и добавочные сопротивления, которые включают соответственно параллельно и последовательно индикаторам в схемы этих приборов.

Основное использование переносные, лабораторные, многопредельные амперметры и вольтметры постоянного тока.Класс точности 0,05 … 0,5,потребляемая мощность Рсоб 10-5 … 10-4 Вт.

Гальванометры. Особую группу измерителей тока составляют высоко чувствительные магнитоэлектрические приборы — нуль-индикаторы, схемы сравнения, или указатели равновесия, называемые гальванометрами. Их задача показать наличие или отсутствие тока в цепи, поэтому они работают в начальной точке шкалы и должны обладать большой чувствительностью. Гальванометры снабжают условной шкалой и не нормируют по классам точ­ности.

Чувствительность гальванометров выражается в мм или делениях (на­пример, Si 109 мм/А). Такая высокая чувствительность достигается за счет особой конструкции прибора.

Поскольку чувствительность гальванометров очень высока, их градуиро-вочная характеристика нестабильна и зависит от совокупности внешних влияющих факторов. Поэтому при выпуске на производстве чувствительные гальванометры не градуируют в единицах измеряемой физической величины и им не присваивают классы точности. В качестве же метрологических ха­рактеристик гальванометров обычно указывают их чувствительность к току или напряжению и сопротивление рамки.

Современные гальванометры позволяют измерять токи 10 -5 … 10 -12 А и напряжения до 10 -4 В.