Електромагнiтнi прилади

Прилади засновані на використанні явища взаємодії магнітного поля котушки, по який тече струм, що вимірюється, із одним або кількома ферромагнитними сердечниками, які складають рухому частину механізму.

Електромагнітні прилади можуть мати три різні конструкцii: iз круглою котушкою, iз плоскою котушкою або iз замкнутим магнiтопроводом. Розглянемо конструкцію приладу із плоскою котушкою:

І

1

2

1

3

Рухоме осердя 1 з'єднане з віссю 2, на якій закріплена рухома стрілка 3; вісь з осердям з'єднується ексцентрично, що надає стрілці обертального руху.

Принцип дії приладу полягає у наступному: струм І, що вимірюється, протікаючи по котушці, створює магнітне поле, і рухоме осердя, намагнічуючись, втягується у котушку. При цьому воно намагається привести систему до підсилення магнітного поля, тобто осердя буде втягуватись у котушку із тим більшою силою, чим більше струм. Вираз для електромагнітної енергії котушки можна представити:

,

де L – індуктивність котушки.

,

звідси

Величина dL/dα являє собою закон зміни індуктивності при зміні кута і залежить від конструкції приладу.

Переваги даного приладу: можливiсть вимiрювати постiйний та змiнний струм, стiйкiсть до перевантажень, простота конструкцiї, невелика вартість приладу.

Недолiки: квадратичнiсть шкали, котушка утворюе дуже слабке магнiтне поле, тому мала степінь захищеностi від зовнішних магнітних полів. Класи точності цих приладів невисокі – до 1.0.

Електродинамiчнi прилади

Умовне позначення принципа дії приладу:

У електродинамiчних приладах обертальний момент утворюеться в результати взаемодiї полiв рухомої та нерухомої котушок iз струмом; часто нерухома котушка (А) розноситься на двi з'днаних послiдовно для створення більш рівномірного магнітного поля. Усерединi обертаеться рухома котушка (В), яка з΄єднана із стрілкою

приладу:

А – нерухомі котушки, які з'єднані послідовно;

В – рухома котушка, знаходиться всередині нерухомих.

Вираз для обертаючого моменту отримується диференціюванням повної електрокінетичної енергії двох контурів із струмами, яка дорівнює:

де LА , LВ – iндуктивностi нерухомої та рухомої котушок;

IА , IВ – струми, які течуть у котушках;

MАВ – взаємоiндуктивнiсть котушок А i В.

.

Так як при повороті котушки власні індуктивності не змінюються, то:

,

звідси

.

Прирівняємо:

,

звідси

Величина dМАВ/dα являє собою закон зміни взаємоіндуктивності при зміні кута і залежить від конструкції приладу.

Електродинамічні прилади можуть використовуватись як амперметри, вольтметри та ватметри, змінюється тільки схема включення котушок.

Для амперметра та вольтметра, які працюють на постійному струмі, слушно :

.

Для приладів змінного струму необхідно прийняти до уваги зсув фаз між струмами ІА та ІВ :

Ферродинамiчнi прилади вiдрiзняються вiд електродинамiчних тим, що нерухома котушка розташована у ферромагнiтному сердечнику. Це дае можливiсть для розвинення бiльш потужного поля, пiдвищуючи чутливiсть приладу та захищенiсть вiд зовнiшнiх полiв. Проте, присутнiсть в конструкції нелiнiйного елементу погiршує клас точностi приладу. Ці прилади працюють, в основному, на змінному струмі.

Переваги: прилади працюють на постiйному та змiнному струмі, чутливiсть достатньо висока, достатня надiйнiсть, здатнiсть вимiрювати cos, потужнiсть, напругу. Класи точностi : 0.1; 0.5.

Недолiки: слабка захищенiсть вiд зовнiшнiх полiв, квадратична шкала, значна залежнiсть вiд температури зовнiшнього середовища та частоти при вимiрюваннi змiнного струму.