KURSOVUHA (Измерение постоянных токов), страница 2

вдоль силовых линий, не пересекая их, и поэтому не будут участ­вовать в создании вращающего момента. Следовательно,

Ф = B2rlwa,

где r— радиус рамки относительно оси вращения; / — длина рамки; а — угол отклонения рамки от нейтрального положения. Обозначив площадь катушки через s, можем написать

Ф = Bswa.

Подставляя это выражение в формулу (3.5) и дифференцируя его, получим

(3.6)

Так как противодействующий момент создается упругими эле­ментами, то можно воспользоваться формулой (3.2) и для режима установившегося отклонения написать

откуда

(3.7)

Как видно из выражения (3.7), при перемене направления тока в обмотке рамки меняется на обратное и направление отклонения подвижной части.

Для получения отклонения указателя в нужную сторону необ­ходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.

Из выражения (3.7) и определения понятия чувствительности следует, что для магнитоэлектрических измерительных механизмов и, следовательно, для магнитоэлектрических приборов чувствитель­ность

(3.8)

Из уравнения (3.8) видно, что чувствительность магнитоэлектри­ческого прибора не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале; отсюда следует, что магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу. Это позволяет выпускать их комбинирован­ными и многопредельными.

Магнитоэлектрические приборы относятся к числу наиболее точных. Они изготовляются вплоть до класса точности 0,1. Высокая точность этих приборов объясняется рядом причин. Наличие равно­мерной шкалы уменьшает погрешности градуировки и отсчета. Благодаря сильному собственному магнитному полю влияние по­сторонних полей на показания приборов весьма незначительно. Внешние электрические поля на работу приборов практически не влияют. Температурные погрешности могут быть скомпенсированы с помощью специальных схем.

Большим достоинством магнитоэлектрических приборов яв­ляется высокая чувствительность. В этом отношении магнитоэлек­трические приборы не имеют себе равных. Известны магнитоэлек­трические микроамперметры с током полного отклонения 0,1 мкА (например, типа М95, класса точности 1,0).

Благодаря этим достоинствам магнитоэлектрические приборы применяют с различными преобразователями переменного тока в постоянный для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отнести несколько более сложную и дорогую конструкцию, чем, например, конструкция электромагнитных приборов, невысокую перегрузоч­ную способность (при перегрузке обычно перегорают токоподводя-щие пружинки или растяжки для создания противодействующего момента) и, самое главное, отмеченную выше возможность приме­нения в качестве амперметров и вольтметров лишь для измерений в цепях постоянного тока (при отсутствии преобразователей).

Магнитоэлектрические измерительные механизмы с механи­ческим противодействующим моментом используются главным образом в амперметрах, вольтметрах и гальванометрах, а также в не­которых типах омметров.

Рассмотрим особенности устройства измерительных механизмов магнитоэлектрических логометров.

Как было указано выше, в логометрах противодействующий момент создается не механическим путем, а электрическим. Для этого в магнитоэлектрическом логометре (рис. 3.2) подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой рамок 1 и 2, по обмоткам кото­рых протекают токи I₁ и I₂. Пружинки для создания механического противодействующего момента не ставятся, а ток к обмоткам подво­дится с помощью безмоментных токопр ово­дов, выполняемых в виде тонких неупругих металлических ленточек.

Направления токов в обмотках выбира­ются так, чтобы моменты М_х и М₂, создавае­мые рамками, действовали навстречу друг другу. Один из моментов вращающий, а вто­рой — противодействующий. Хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота. Значит, один (или несколько) из параметров, определяющих значение момента, должен являться функцией угла а. Технически наиболее просто сделать зависящей от угла поворота индукцию Л. Для этого магнитное поле в зазоре должно быть неравномерным, что дости­гается неравномерностью зазора (с этой целью сердечник на рис. 3.2 сделан эллипсоидальным).

В общем виде выражения для моментов М₁ и М₂ могут быть записаны так:

где и — функции, выражающие закон изменения индукции для рамок 1и 2 при перемещении их в зазоре. При установившемся равновесии моменты М₁ и М₂ равны, т. е.

о
ткуда

Выражение для угла поворота можно представить так:

(3.9)

Из выражения (3.9) видно, что отклонение подвижной части логометра зависит от отношения токов в его обмотках.

Измерительные механизмы магнитоэлектрических логометров применяют прежде всего в омметрах.

Электромагнитные измерительные механизмы. Вращающий мо­мент в электромагнитных измерительных механизмах возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими фер­ромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма. В настоящее время наибольшее применение полу­чили три конструкции измерительных механизмов: а) с плоской катушкой; б) с круглой катушкой; в) с замкнутым магнитопроводом.

На рис. 3.3 показан измерительный механизм с плоской катушкой. Катуш­ка / наматывается медным проводом и имеет воздушный зазор, в который мо­жет входить эксцентрично укрепленный на оси сердечник 2. Материал сердеч­ника должен обладать высокой магнит­ной проницаемостью, что способствует увеличению вращающего момента при заданном значении потребления мощно­сти прибором, и минимальной коэрци­тивной силой, что уменьшает погреш­ность от гистерезиса. Обычно материа­лом сердечника в щитовых приборах служит электротехническая (кремнис­тая) сталь, а в точных переносных при­борах — пермаллой.

При наличии тока в катушке сердеч­ник стремится расположиться в месте с наибольшей концентрацией поля, т. е. втягивается в зазор катушки. При этом закручиваются пружинки 3, в резуль­тате чего возникает противодействующий момент. Для успокоения движения подвижной части в электр-омагнитных измерительных механизмах применяют обычно воздушные или жидкостные успо­коители. На рис. 3.3 представлен измерительный механизм с воз­душным успокоителем, состоящим из камеры 4 и крыла 5.

Одним из существенных недостатков электромагнитных измери­тельных механизмов с плоской или с круглой катушкой является сильное влияние внешних магнитных полей. Это объясняется тем, что собственное магнитное поле невелико. Для защиты от внешних полей применяются в основном два способа — астазирование и экранирование.

В астатическом измерительном механизме на оси подвижной части укреплены два одинаковых сердечника, каждый из которых размещается в магнитном поле одной из катушек, включенных между собой последовательно. Направление обмоток выбрано так,

что магнитные поля Катушек, равные по значению и конфигурации, направлены навстречу друг другу. При этом подвижная часть будет находиться под действием суммы двух моментов, каждый из которых создается одним из сердечников и действующей на него катушкой. Если такой измерительный механизм попадает в рав­номерное внешнее поле, то один из моментов, для которого направ­ления собственного и возмущающего полей будут совпадать, увели­чится, а второй — соответственно уменьшится. Суммарный момент, а следовательно, и показания прибора при этом не изменяются. Недостатки астатического измерительного механизма заключаются в усложнении и удорожании конструкции, а также в том, что ас-тазирование исключает действие только равномерных полей.

При магнитном экранировании измерительный механизм поме­щается внутрь замкнутой оболочки из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (чаще всего из пермаллоя). Действие экрана состоит в том, что магнитные линии внешнего поля, стремясь пройти по пути с наименьшим магнитным со­противлением, сгущаются внутри сте­нок экрана, почти не проникая во внут­реннюю область. Для улучшения маг­нитной защиты иногда применяются экраны из двух или нескольких оболо­чек.

На рис. 3.4 показан электромагнитный измерительный механизм с замкнутым магнитопроводeом мещена на магнитопровод 2 с полюс­ными наконечниками 3. При наличии

тока в обмотке катушки подвижный сердечник 4 стремится повер­нуться по часовой стрелке вокруг оси 0, втягиваясь в рабочее пространство между полюсными накладками.

Достоинствами измерительного механизма с замкнутым магни­топроводом являются: повышенная чувствительность, уменьшение погрешности от влияния внешних магнитных полей, возможность относительно просто менять характер шкалы путем изменения поло­жения левого полюсного наконечника относительно правого. Обычно в измерительных механизмах с замкнутым магнитопроводом при­меняют растяжки и жидкостное успокоение.