Магнитоэлектрические логометры.

В приборах, называемых логометрами, применяются механизмы магнитоэлектрической системы с двумя рамками, укрепленными на одной оси (рис. 2.1.7). Ток к рамкам подводится при помощи безмоментных подводок – ленточек (из серебра или золота), практически не создающих противодействующих моментов. Таким образом, при отсутствии вращающих моментов подвижная часть находится в положении безразличного равновесия. Индукция в воздушном зазоре различна в отдельных его точках, что достигается формой сердечника (рис. 2.1.7, а) или формой полюсных башмаков (рис. 2.1.7,б). Обозначив через В₁ и В₂ магнитную индукцию в местах расположения активных проводов первой и второй рамок, можно написать:

и ,

где  - угол поворота подвижной части, отсчитываемый от нулевого деления шкалы.

Если в рамках проходят токи I₁ и I₂, то возникают два вращающих момента:

и

.

Моменты М₁ и М₂ направлены в разные стороны, поэтому подвижная часть будет поворачиваться под влиянием их разности; при этом больший вращающий момент будет убывать, так как соответствующая рамка будет перемещаться в менее интенсивную часть поля; в то же время меньший момент будет возрастать вследствие того, что соответствующая рамка будет перемещаться в более интенсивную часть поля.

При определенном положении рамок моменты уравновесятся, следовательно,

М₁ = М₂ или I₁F₁() = I₂F₂(),

откуда

или .

Таким образом, угол поворота подвижной части определяется отношением токов в рамках. Измерительные механизмы без механического противодействующего момента, угол поворота которых зависит от отношения токов, называются логометрами.

Измерительные механизмы магнитоэлектрической системы, в которых используется сильное поле постоянного магнита, отличаются высокой чувствительностью к току (до 5 делений/мкА), малой мощностью потерь, малой чувствительностью к внешним магнитным полям. Температура оказывает незначительное влияние на показание измерительного механизма, так как изменение модуля упругости материала пружин, вызванное изменением температуры, частично компенсируется изменением магнитной индукции в воздушном зазоре, вызванном изменением температуры магнита.

Рис. 2.1.8. Устройство электромагнитного амперметра с плоской катушкой

Рис. 2.1.9. Расположение катушки и сердечника в электромагнитном измерительном механизме

Электромагнитные измерительные механизмы.

В электромагнитных измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит вследствие взаимодействия магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, с измеряемым током и одного или нескольких ферромагнитных сердечников. Наибольшее распространение получили измерительные механизмы с плоской (рис. 2.1.8) и с круглой катушкой. Неподвижная часть измерительного механизма первого типа в основном состоит из плоской катушки А, магнита М и экрана Э. Подвижная часть имеет ось В с укрепленными на ней стальным сердечником Б, указательной стрелкой, концом спиральной пружины и алюминиевым сектором Г успокоителя. Измеряемый постоянный ток, проходя по катушке А, намагничивает сердечник Б. Сила F (рис. 2.1.9), втягивающая сердечник внутрь катушки, стремится переместить его в положение, при котором энергия магнитного поля имеет наибольшее значение. При повороте сердечника Б на угол d приращение энергии магнитного поля .

Энергия вращательного движения, как известно из механики, определяется произведением вращающего момента М на угол поворота (d), т.е. . Поэтому

.

Отношение (dL / d) есть скорость изменения индуктивности катушки при повороте сердечника. Приняв в первом приближении отношение (dL / d) постоянным, получим:

М = k₁I².

Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов

М = М _пр = D, откуда угол поворота подвижной части . Таким образом, угол поворота  пропорционален квадрату тока, следовательно, шкала будет квадратичной (неравномерной). Выбором формы сердечника и его расположением относительно катушки можно получить различные зависимости (dL / d) = f (). Обычно стремятся к тому, чтобы при малых токах отношение (dL / d) имело большие значения, а при больших токах – малые, вследствие чего шкала будет близкой к равномерной в ее рабочей части, т.е. от 20 до 100 % номинального значения.

При прохождении по катушке переменного тока вращающий момент М = k₁ i² изменяется пропорционально квадрату мгновенного значения тока. Вследствие значительного момента инерции подвижной части и большого периода собственных колебаний угол поворота ее будет определяться средним за период значением момента:

Рис. 2.1.10 Измерительный механизм логометра электромагнитной системы

, так как (квадрату действующего значения тока), а угол поворота будет пропорционален квадрату действующего значения тока.