Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров), страница 15

4.4. Отсчетные устройства стре- лочных приборов/ / — стрелка; Р— циферблат Рис. 4.5. Устройство магнитоэлектри- ческого йамернтельного мехаииэма: / — постоаннма магнит; 2 — пластина магнптопроаода, Л вЂ” полюсныа наконечник: а — сердечник; Б — рамка; а — стрелка чии. На основе магнитозлектрнческой системы созданы измерительные механизмы с особо высокой чувствительностью и механизмы для самопишущих приборов.

Устройство магнитоэлектрического ИМ. Измерительный механизм магнитозлектрической системы (рис. 4.5) состоит из постоянного магнита 1, пластин магнитопровода 2, поч Й люсных наконечников 8, цилиндрического сердечника 4, подвижной рамки 5, обтекаемой током, и стрелки 6. Магнит изготовляют из материала /$ ' с большой коэрцнтивной силой, чаще 6 всего из железоникель-кобальтовых а) сплавов. Пластины магнитопровода, Рис. 4.6.

к выводу выраполюсные наконечники и сердечник ме" ин ллп врапга1о/пего риала. Оии предназначены для создания равномерного радиального магнитного поля в той части зазора, где движется рамка. При протекании по обмотке рамки тока возникают силы взаимодействия рамки с магнитным полем в зазоре. Эти силы образуют вращающий момент. Для создания противодействующего момента используют спиральные пружинки (на рис.

4.5 не показаны). Рамку наматывают на легком алюминиевом каркасике. Вихревые токи, возникающие в нем при движении рамки, создают момент успокоения. 3 — 1928 65 Действие на магнитоэлектрнческий ИМ меняющейся во времени силы тока. Магнитоэлектрические ИМ применяются в радионзмерительных приборах, в частности в электронных вольтметрах, фазометрах, ваттметрах. При этом используют свойство магнитоэлектрического механизма реагировать на постоянную составлявшую силы тока, проходя(пего через рамку. Рассмотрим этот вопрос подробнее. При воздействии на магнптоэлектрический ИМ меняющейся во времени силы тока вращающий момент определяется выражением ле.р = ВшВ(р (4.13) и является функцией времени.

Из-за инерции подвижной части (частота собственных колебаний ее предполагается много меньше основной частоты сигнала) угол отклонения определяется постоянной составляющей вращающего момента, Из выражений (4.4) и (4.13) получаем М = Зга — ~ 7 Ф. 1 с. вр к ~ р о (4. 14) Учитывая, что постоянная составляющая силы тока, проходящего через рамку, го = — ( ( (()аК р у ) р о (4.15) находим )И р В'шВ7ор ЯюВ а= — )ор. %' (4.16) (4.17) Таким образом, угол отклонения пропорционален постоянной составляющей силы тока через рамку. Для гармонических колебаний постоянная составляющая равна нулю и а=0.

В случае же несимметричных и импульсных колебаний показания магнитоэлектрического ИМ определяются постоянной составляющей сигнала. Магнитоэлектрические измерительные приборы. Магнитоэлектрический измерительный механизм является основой амперметров и вольтметров постоянного тока. Схемы включения магнитоэлектрических амперметров показаны на рис.

4.7. Схему рис. 4.7, а используют для измерения малых токов (до 100 мА). В этой схеме весь измеряемый ток подводится к рамке через спиральные пружинки, поэтому при больших токах возникает опасность нагрева и перегорания пружинок. На - рис. 4.7, б изображен магнитоэлектрический амперметр с шунтом. По шунту протекает большая часть измеряемого тока. Это позво' ляет увеличить верхний предел измерения. з 67 Чувствительность амперметра по схеме рис. 4.7, а равна чувствительности измерительного механизма.

Чувствительность амперметра с шунтом определяется чувствительностью ИМ и сопротивлениями рамки и шунта. Очевидно, что.в этом случае гтА ПГт маме йИМ г 1 йрЯ +! На рис. 4.8 приведена схема магнитоэлектрического вольтметра. Сила тока, проходяшего через вольтметр, должна быть малой; это достигается включением последовательно с рамкой добавочного резистора с достаточно большим'сопротивлением. (4.18) Рис.

4Л. Схемы включении магннто- электрических амперметров: а — беа шунта; б — с шунтом Рис. 4.8. Схема магнитоэлектрнче- ского вольтметра Под чувствительностью вольтметра понимают величину (4,19) Ь, =-- а!и„,„. Учитывая, что йг г ~ и„,„ ГГ си Гт' получаем ! "йм ге а таим маеб + тгр тгааб (4.201 Из выражений (4.18) и (4.20) видно, что чувствительность магнитоэлектрических амперметров и вольтметров не зависит от гла отклонения и, следовательно, они име!от равномерную шкалу. позволяет создавать многопредельные и комбинированные приборы. В основе их расчета лежат соотношения (4.18) и (4.20). Широко распространены универсальные измерительные приборы, построенные на основе магнитоэлектрических ИМ (их называют также тестерами).

Работу прибора на переменном токе обеспечивает выпрямительная схема. Многопредельность достигается системой шунтов и добавочных резисторов. Шкала градуируется в действующих значениях тока и напряжения. Эта градуировка справедлива лишь при подаче на вход прибора колебаний синусоидальной формы. Свойства магнитоэлектрических приборов. В магиитоэлектрическом ИМ собственное магнитное поле концентрируется в узких зазорах. Это позволяет получить большие значения индукции в зазорах и соответственно высокусо чувствительность механизма или большой вращающий момент. Последнее используется в самопишущих приборах. Сильное магнитное поле в рабочей части зазоров делает маг- ер ср нитоэлектрический ИМ мало чувствительным к внешним магнитным полям.

Высокочастотные наводки не влияют на его показании вследствие рассмотренного свой- у ства реагировать на постоянную б) составляющую тока через рамку. Поэтому магнитоэлектрические рнс 4.6, электродкнамачсскай изме- приборы отличаются высокой по- рмтельнмя механизм: мехоустойчивостью. а — устройство; б — упуспсекксе наабраже- нне: ! — кепсквнжные квтушкн; у — пск- МаГНнтОЭЛЕКтрИЧЕСКИЕ ИМ От- вил,наа катушка; 8 — стрелка; 4 — спнносятся к числу наиболее точных.

ралвйан прулскпка Использование в них высокостабильных магнитов позволяет создавать приборы классов точности 0,2;.0,1 и даже 0,05. К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отнести их относительно высокую стоимость и малую стойкость к перегрузкам. $4.4. Электродинамические измерительные приборы Приборы электродинамической системы применяют для измерений в цепях переменного тока. На основе этой системы разработаны амперметры, вольтметры и ваттметры высоких классов точности. Устройство электродинамического ИМ. Работа электродинамического ИМ основана на взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами (рис. 4.9, а, б). Неподвижную катушку 1 обычно выполняют из двух частей; между ними проходит ось, на которой крепят подвижную катушку 2; угол поворота ее регистрирует стрелка 3.

Спиральная пружинка 4 слу'жит для создания противодействующего момента и подведения тока к подвижной катушке. Для уменьшения времени успокоения применяют воздушный успокоитель (на рисунке не показан). Катушки злектродинамического ИМ могут быть круглой или прямо' Угольной Формы. Размеры и взаимное расположение их выбирают из условий линеаризации шкалы(см. (4.31) или (444)1 69 Напряженность собственного магнитного поля электродинамического ИМ невелика, поэтому внешние магнитные поля (в частности, магнитное поле Земли) заметйо влияют на его показания.

'Для уменьшения этого влияния применяют экранирование или астазирование. При акра нировании ИМ помещают внутри одинарного или двойного экрана из ферромагнитного материала. При астазировании ИМ выполняют из двух неподвижных и двух подвижных катушек. Подвижные катушки крепят на общей оси. При соответствующих направлениях токов в катушках вращающий момент не зависит от внешнего магнитного поля. Однако астатические ИМ сравнительно дороги и применяются редко. Вывод расчетных соотношений, Выражение для вращающего момента можно получить из следующих соображений. В ИМ электромагнитная энергия преобразуется в механическое перемещение его подвижной части. Изменение электромагнитной энергии равно работе сил поля: дюв„, =дА.

При угловом перемеюцении подвижной части ю(А =т„ю(а, откуда т,„= юю'Аююю'а =ю(пю,„/ююа. (4.21) Полученное соотношение называют обобщенным выражением вращающего момента. Оно справедливо для всех электромеханических ИМ. Дальнейший вывод относится к электродинамическому ИМ. Мгновенное значение электромагнитной энергии системы, состоящей из двух катушек, тэ,„„= — 1,,ю,+ — 1, юр+Мю',юр. 1 л 1 (4.22) В этом выражении ю.,— индуктивность неподвижной катушки (катушки возбуждения); ю.р — индуктивность подвижной катушки (рамки); М вЂ” взаимная индуктивность катушек; ю~ и юр — мгновенные значения соответствующих токов.

Ю При повороте рамки меняется только взаимная индуктивность. Поэтому т,р — да>„, „/дюю = — дМю,1 /да. (4.23) В $4.1 указано, что ИМ показывающих приборов из-за инерции подвижной части реагируют на постоянную составляющую вращающего момента. Для рассматриваемого механизма (4.24) При установившемся отклонении момент, определяемый выражением (4.24), уравновешивается противодействующим моментом: М р М 1Р юю (4.25) 70 Из выражений (4.24) н (4.25) следует 1 дМ ) рве б(~ Итда Т)вР о (4.26) Анализ полученного соотношения удобно провести, рассматривая различные способы включения обмоток электродннамического ИМ. Способы включения обмоток. В электродинамических приборах применяют три способа включения обмоток: последовательное, параллельное и независимое.

17оследователькое включение используют в миллиаиперметрах и вольтметрах. Схема электродинамического м и ллнамперметра показана на рис. 4.10, а. Для этой схемы Е,=Хр — — (иа„. (4.27) Поэтому выражение (4.26) принимает вид 1 дт14 1 а= — — — ~ 1 мЮ. 1л да Т о Рвс. 4.10. Схемы ллехтродивамвче- ехих приборов: и — миллиамверметра; б — вольтметра: ив амперметра (4.23) Учитывая, что среднеквидратическое (действующее) значение тока / т — Т) о (4.29) запишем выражение (4.28) в виде 1 ГдМ т и= — — 7 Пт да (4.30) Подбирая форму н взаимное расположение катушек, стремятся выполнить условие лйнеаризации шкалы — '" у„,„=со (.

(4.31) да~ При этом угол отклонения пропорционален среднеквадратическому значению измеряемого тока. На рис. 4.10, б приведена схема электродинамического вол ьтметра. Для ограничения тока последовательно с ИМ включают добавочный резистор, сопротнвление которого много больше суммарного сопротивления обмоток. При этом (4.32) 71 1 дМ 1 Р г а= —,— — ~ и„,„1й. П% ~да Т,) 0 (4.33) Так как среднеквадратя 1еское значение напряжения определяется формулой 1 и= — игМ.