Электромагнитные измерительные приборы

В электромагнитных измерительных приборах (ЭМИП) для перемещения подвижной части используется энергия магнитного поля системы, состоящей из катушки с измеряемым током и од- ного или нескольких сердечников, выполненных из ферромаг- нитных материалов.

5

4

6

3

2

1

Рис. 2.7. Схема устройства электромагнитного прибора:

1 – ось; 2 – спиральная пружина; 3 – катушка; 4 – стрелка;

5 – сердечник; 6 – успокоитель

Получили распространение три конструкции ЭМИП: с плос- кой катушкой; с круглой катушкой; с замкнутым магнитопрово- дом. В ЭМИП с плоской катушкой (рис. 2.7) сердечник 5 из пермаллоя под действием сил поля втягивается в узкий воздуш- ный зазор катушки 3 с обмоткой из медного провода. Ось 1 сер- дечника 5 со стрелкой 4, спиральной пружиной 2 и подвижной частью успокоителя 6 крепится на опорах или растяжках. Успо- коители в ЭМИП могут быть воздушные, жидкостные или магни- тоиндукционные.

Энергия электромагнитного поля катушки с током I выража- ется формулой

I ² L

W_M  . (2.23)

2

Используя выражение (2.1), можно записать:

M ¹ I ^{2 dL} . (2.24)

^вр 2 d

Приравнивая вращающий момент и противодействующий мо- менты, получим:

W ¹ I ^{2 dL} . (2.25)

2 d

Из выражения (2.25) получаем уравнение преобразования для ЭМИП:

¹ 2W

_{I 2} dL

d

(2.26)

где W – удельный противодействующий момент пружины.

Из выражения (2.26) видно, что шкала электромагнитного прибора квадратичная. Конструктивно добиваются равномерно- сти шкалы, начиная с 1/5 части верхнего предела измерения.

Д о с т о и н с т в а : простота конструкции и высокая надеж- ность, хорошая перегрузочная способность, возможность работы в цепях достоянного и переменного токов, классы точности 1,0;

1,5; 2,5; частотный диапазон 45 Гц... 10 кГц; диапазон измерения по току 0,005…300 А (при прямом включении) и до 20 000 А с измерительным трансформатором тока (ИТТ); диапазон измере- ния по напряжению 1,5...60 В (при прямом включении) и до 6000 В с измерительным трансформатором напряжения(ИТН).

Н е д о с т а т к и : большое собственноепотребление энергии, невысокая чувствительность, неравномерная шкала, влияние внешних магнитных и температурных полей, частоты питающего напряжения на показанияЭМИП.

П р и м е н е н и е : электромагнитные приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, фазометров, частотомеров, генриметров и фарадометров.

Расширение пределов по току – секционирование и использо- вание ИТТ, по напряжению – секционирование, применение до- бавочного резистора и ИТН.

Электродинамические измерительные приборы

В электродинамических измерительных приборах (ЭДИП) для перемещения подвижной части используется энергия системы, состоящей из подвижной и неподвижной рамок с токами.

Неподвижная часть может иметь одну, чаще две катушки, со- единенные между собой параллельно или последовательно, намо- танные медным проводом, внутри которых располагается подвиж- ная катушка, обычно бескаркасная. Для ее включения в цепь изме- ряемого тока используются пружинки или растяжки. Успокоение подвижной части – воздушное или магнитоиндукционное (рис. 2.8).

Внутри неподвижной катушки 1 вращается укрепленная на оси подвижная катушка 2. Ток к ней подводится по спиральным токоподводящим пружинам, служащим одновременно для созда- ния противодействующего момента.

Электромагнитная энергия системы двух катушек с токами I₁

и I₂:

W ¹ L I ² ¹ L I ² MI I ,

M ₂ 1 1

₂ 2 2 1 2

где L₁ и L₂ – индуктивности неподвижной и подвижной катушек;

М – взаимная индуктивность.

1

^{I1 I1} I₂

_I2 2

Рис. 2.8. Схема устройства электродинамического прибора: 1 – неподвижная катушка; 2 – подвижная катушка

Индуктивности катушек L₁ и L₂ не зависят от положения в пространстве, поэтому первые два слагаемых равны нулю. Таким образом, получим следующее выражение для М_вр:

_M dW_M

_{I I 2} dM

_вр _{d}

1 2 ^.

d

Приравнивая вращающий и противодействующий моменты, имеем:

W I I

dM _.

1 2 _d

Отсюда получаем уравнение преобразования ЭДИП в виде:

¹ I I

dM _.

W ^{1 2} d

Учитывая, что взаимная индуктивность М катушек зависит от положения подвижной катушки относительно неподвижной, можно представить уравнение преобразования в общем виде:

1

 I₁I₂ f () . (2.27)

W

Уравнение (2.27) действительно для случая работы ЭДИП на постоянном токе. На переменном токе показания ЭДИП зависят от произведения действующих значений токов I₁ и I₂ и от сдвига по фазе междуэтими токами:

_{}f () _{I I}

_{cos }. (2.28)

_W 1 2

Д о с т о и н с т в а : используются в цепях постоянного и пере- менного токов, классы точности 0,05; 0,1; 0,2. Диапазон измере- ний на постоянном токе 0,015...10 А (прямое включение), на пе- ременном токе 0,005...200 А (прямое включение), до 600 А с ИТТ; измерения постоянного напряжения 1,5...600 В (прямое включение), 7,5...6000 В с R_доб переменного тока до 30 000 В с ИТН; частотный диапазон до 40 кГц.

Н е д о с т а т к и : большое собственноепотребление энергии, шкала неравномерная, невысокая чувствительность, имеют ма- лую перегрузочную способность, недопустимы тряски и вибра- ции. Имеют сложную конструкцию и высокую стоимость, на по- казания этих приборов влияют внешние магнитные поля, темпе- ратура и частота питающего напряжения.

П р и м е н е н и е : электродинамические приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров (для расшире- ния пределов измерения применяют секционирование катушек, R_доб, ИТТ и ИТН), частотомеров, фазометров (на принципе лого- метров).