26. .Принцип работы, устройство и характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма (им).

Основой магнитоэлектрических приборов являются ИМ, в которых вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля провода с током, конструктивно выполняемого в виде катушки (рамки) . В практических конструкциях ИМ неподвижной частью, как правило, является магнит, а подвижной — катушка (хотя есть приборы с подвижным магнитом и неподвижной катушкой). На рис. 3.2 схематично показан наиболее распространенный вариант конструкции ИМ—с внешним подковообразным магнитом.

Как видно из рис. 3.2, магнитная система ИМ образуется постоянным магнитом 1, полюсными наконечниками 2 с цилиндрической расточкой и неподвижным сердечником 3 цилиндрической формы из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником благодаря такой конструкции создается практически равномерное радиальное магнитное поле, в котором свободно поворачивается катушка 4. Она образуется тонким медным проводом, намотанным на бумажный или алюминиевый каркас прямоугольной формы. К катушке приклеивают алюминиевые буксы, в которых закрепляются полуоси (или растяжки) подвижной

Рис. 3.2 Магнитоэлектрический

измерительный механизм.

части ИМ. Противодействующий момент создается спиральными пружинами 5 (или растяжками), через которые в обмотку катушки подается измеряемый ток. Для создания My используется короткозамкнутый виток, размещаемый на катушке. Эксцентрический винт 6 образует корректор (для начальной установки стрелки на нуль), а грузики — противовесы 7 служат для балансирования подвижной части ИМ.

При протекании по катушке измеряемого тока IХ энергия поля W, обусловленная взаимодействием сцепляющегося с катушкой потока Ф постоянного магнита и тока IХ, будет равна W=IХФ, т. е. в соответствии с выражением вращающегося момента

Значение Ф может быть определено как (Ф> = Bswa, где В — магнитная индукция в воздушном зазоре; s — площадь катушки, а w— число витков обмотки катушки.

Тогда из при В = const (за счет равномерности магнитного поля) следует

MB = BswIx. (1)

установившемся режиме, как мы уже знаем, МВ=МП. С учетом формул (1) и это условие теперь конкретизируется:

(2)

где по определению величина (3)

является чувствительностью прибора при измерении тока.

Формулы (2) и (3) позволяют сделать важные выводы в отношении свойств ИМ. магнитоэлектрических приборов. Поскольку мы условились при анализе схемы рис. 3.1, что для рассматриваемого класса электромеханических приборов Y=X, распространим эти выводы на магнитоэлектрические приборы в целом.

27. Область применения магнитоэлектрических приборов (для измерения токов и напряжения).

Магнитоэлектрические приборы по принципу работы ИМ являются амперметрами. При изменении направления 1Х изменяется и направление отклонения подвижной части ИМ. Из-за инерционности подвижной части отклонение стрелки прибора при включении его в цепь переменного тока будет равно нулю. Поэтому область применения магнитоэлектрических приборов без преобразователей рода тока ограничивается измерением постоянного тока и напряжения.

Хотя магнитоэлектрические приборы в принципе являются амперметрами, с помощью простой измерительной цепи они легко трансформируются в вольтметры.

Магнитоэлектрические амперметры применяются при прямых измерениях постоянного тока путем включения ИМ непосредственно в цепь с измеряемым током 1Х. Измерительная схема, соответствующая этому случаю, представлена на рис. 3.3, а, где Rн — сопротивление нагрузочного резистора, а Rа — внутреннее сопротивление амперметра, равное сумме сопротивлений обмотки катушки и токоподводящих пружин.

Как видно из рис. 3.3, а, включение амперметра изменяет электрический режим цепи, что в свою очередь приводит к появлению методической погрешности измерения 1Х_. Очевидно, эта

погрешность тем меньше, чем меньше, потребление амперметром мощности от источника Ux_ (на что уже обращалось внимание в § 2.2 и 3.1). Для оценки методической погрешности воспользуемся формулой (1.4) и очевидными соотношениями:

Место для формулы.

где под 1Х_ нужно понимать действительное значение тока (до включения амперметра), а значение /и — результат измерения. Таким образом, относительная методическая погрешность измерения тока оказывается равной

(3.14)

Из (3.14) следует, что значением можно пренебречь только тогда, когда Ra<<Rn В то же время" является систематической погрешностью с известными значением и знаком, т. е. может быть исключена из результатов измерений с помощью поправки.

Если при измерениях значение /*__ становится больше верхнего предела измерения амперметра, параллельно ИМ подключается масштабный преобразователь — измерительный шунт, который позволяет расширить пределы измерения. Измерительная схема принимает вид, показанный на рис. 3.3, б. Для этой схемы

(3.15)

Если обозначить через n = 1Х Нл требуемый коэффициент расширения пределов измерения амперметра (шунтовой коэффициент), то из соотношений (3.15) следует

(3.16)

т. е. при известном значении Ra и заданном п легко выбирается требуемый шунт. Шунты конструктивно оформляются как переносные и стационарные. Переносные шунты на токи до 30 А, как правило, встраиваются в амперметры и могут быть одно- и многопредельными.

Магнитоэлектрические вольтметры

Магнитоэлектрические вольтметры образуются из амперметров с помощью добавочных резисторов, включаемых последовательно с ИМ. Суммарное сопротивление R0 определяет входной импеданс вольтметра. Вольтметр подключается к тем точкам цепи (схемы), между которыми необходимо измерить напряжение. Схема соответствует рис. 3.5, а.

Рис. 3.5. Схемы включения вольтметра при измерении напряжения: а — прямое включение; б — с помощью добавочного сопротивления.

где, по определению (2.6), величин

Через вольтметр протекает ток /v = UX=/RV. Под действием этого тока стрелка прибора отклоняется, согласно , на угол

является чувствительностью вольтметра. Сопоставление формул (3.17) и (3.18) с базовыми формулами и показывает, что все отмеченные выше свойства и достоинства магнитоэлектрических амперметров полностью относятся к вольтметрам.

Из рис. 3.5, а видно также, что за счет шунтирующего действия входного импеданса вольтметра измеренное значение напряжения всегда меньше Ux_. По аналогии с формулой (3.14) можно получить выражение для относительной методической погрешности измерения напряжения

(3.19)

Как видно из (3.19), значением 8а можно пренебречь только при Rv >> rh и Rv >> r0 . Таким образом, входной импеданс вольтметра должен быть значительно больше сопротивления того участка цепи (схемы), к которому он подключается. Хотя " как иявляется систематической погрешностью, исключение ее затруднено, поскольку необходимо точно знать не только значение RН но и R0.

Для расширения пределов измерения магнитоэлектрических вольтметров применяются масштабные преобразователи — добавочные сопротивления, включаемые последовательно с Rv (рис. ~3.5, б). Можно показать по аналогии с формулами (3.15) и (3.16), что при известном Rv и заданном коэффициенте расширения пределов m = Ux/Uv требуемое добавочное сопротивление может быть выбрано с помощью соотношения

(3.20)