3.2.2.2. Электромагнитные измерительные приборы (эмип)

В электромагнитных измерительных приборах для перемещения подвижной части используется энергия магнитного поля системы, состоящей из катушки с измеряемым током и одного или нескольких сердечников, выполненных из ферромагнитных материалов.

Получили распространение три конструкции ЭМИП: с плоской катушкой; с круглой катушкой; с замкнутым магнитопроводом.

Рис. Схема устройства электромагнитного прибора:

1 - сердечник; 2 - успокоитель; 3 - ось; 4 - спиральная пружина; 5 - катушка; 6 - стрелка сердечника

В ЭМИП с плоской катушкой (рис.) сердечник 1 из пермаллоя под действием сил поля втягивается в узкий воздушный зазор катушки 5 с обмоткой из медного провода. Ось 3 сердечника 1 со стрелкой 6, спиральной пружиной 4 и подвижной частью успокоителя 2 крепится на опорах или растяжках.

Успокоители в ЭМИП могут быть воздушные, жидкостные или магнитоиндукционные.

Энергия электромагнитного поля катушки с током I выражается формулой

W_м = I²L/2. (1)

Используя ранее указанные соотношения, запишем

M_вр = 1/2 I²dL/dα (2)

Приравнивая вращающий и противодействующий моменты, получим

αW = 1/2 I²dL/dα (3)

Из (3) получим выражение для функции преобразования ЭМИП

α = 1/2W I²dL/dα (4)

где W - удельный противодействующий момент пружины.

Из (4) видно, что шкала электромагнитного прибора квадратичная.

Конструктивно добиваются равномерности шкалы, начиная с 1/5 части верхнего предела измерения.

Достоинства:

- простота конструкции и высокая надежность,

- хорошая перегрузочная способность,

- возможность работы в цепях постоянного 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); по напряжению 1,5... 60 В (при прямом включении) и до 6000 В с измерительным трансформатором напряжения (ИТН).

Недостатки:

- большое собственное потребление энергии,

- невысокая чувствительность,

- неравномерная шкала,

- влияние внешних магнитных и температурных полей, частоты питающего напряжения на показания ЭМИП.

Применение: электромагнитные приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, фазометров, частотомеров, генриметров и фарадметров.

Расширение пределов по току - секционирование и использование измерительных трансформаторов тока, по напряжению - секционирование, применение добавочного резистора и измерительного трансформатора напряжения.

3.2.2.3. Электродинамические измерительные приборы (эдип)

В таких приборах для перемещения подвижной части используется энергия системы, состоящей из подвижной и неподвижной катушек с токами.

Неподвижная часть может иметь одну, чаще две катушки, соединенные между собой параллельно или последовательно, на-мотанные медным проводом, внутри которых располагается подвижная катушка, обычно бескаркасная.

Для ее включения в цепь измеряемого тока используются пружинки или растяжки.

Успокоение подвижной части - воздушное или магнитоиндукционное (рис.):

Рис. Схема устройства электродинамического прибора:

1 - неподвижная катушка; 2 - подвижная катушка

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

Электромагнитная энергия системы двух катушек с токами I₁ и I₂

W_м = 1/2 L₁I₁² + 1/2 L₂I₂² + MI₁I₂,

где L₁ и L₂ - индуктивность неподвижной и подвижной катушек; М - взаимная индуктивность.

Индуктивности катушек L₁ и L₂ не зависят от положения в пространстве, поэтому первые два слагаемых равны нулю. Таким образом,

M_вр = dW_м/dα = I₁I₂dM/dα.

Приравнивая вращающий и противодействующий моменты, имеем

αW = I₁I₂dM/dα.

Отcюда получаем уравнение преобразования ЭДИП в виде

α = 1/W I₁I₂dM/dα.

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

α = 1/W I₁I₂ f(α). (1)

Уравнение (1) 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 между этими токами:

α = f(α)/W I₁I₂ cos ψ.

Достоинства: используются в цепях постоянного и переменного токов, классы точности 0,05; 0,1; 0,2.

Диапазон измерений на постоянном токе 0,015...10 А (прямое включение), на переменном 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 до 30 000 В с ИТН; частотный диапазон до 40 кГц.

Недостатки:

- большое собственное потребление энергии,

- неравномерная шкала,

- невысокая чувствительность,

- малая перегрузочная способность,

- сложная конструкция и высокая стоимость,

- тряски и вибрации недопустимы.

На показания этих приборов влияют внешние магнитные поля, температура и частота питающего напряжения.

Применение: электродинамические приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров (для расширения пределов измерения применяют секционирование катушек, сопротивление R_доб, ИТТ и ИТН), частотомеров, фазометров (на принципе логометров).