77. Магнитоэлектрический измерительный механизм. Конструкция и принцип работы

В магнитоэлектрическом измерительном механизме вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током. Конструктивно проводник выполняется в виде рамки.

Практические конструкции магнитоэлектрических ИМ могут быть 2-х разновидностей: 1)с подвижной катушкой и неподвижным магнитом;

2)с неподвижной катушкой и подвижным магнитом.

Более широкое применение получили магнитоэлектрические ИМ первой разновидности, поэтому мы его и рассмотрим. Конструкция его имеет следующий вид (рисунок 2.2).

Магнитная система ИМ образуется постоянным магнитом 1, полюсными наконечниками с цилиндрической расточкой 2 и неподвижным сердечником цилиндрической формы 3. Сердечник изготавливается из ферромагнитного материала. Такая конструкция магнитной системы позволяет создать в зазоре между сердечником и полюсными наконечниками радиальное равномерное магнитное поле. Силовые линии поля в зазоре имеют одинаковую плотность. Благодаря тому, что магнитное поле равномерное, обеспечивается постоянная чувствительность ИМ, а следовательно и измерительного прибора на его основе. В этом поле свободно поворачивается катушка 4 в виде прямоугольной рамки. На ее оси жестко закреплена стрелка, которая вместе со шкалой образует отсчетное устройство. Противодействующий момент создается двумя спиральными пружинами 5, которые одновременно служат и токопроводами, т.е. через них подается в рабочую катушку измеряемый ток. Момент успокоения в таких ИМ создается, как правило, с помощью нескольких короткозамкнутых витков, намотанных на каркас рабочей катушки. Это пример магнитоиндукционного успокоителя.

Получим уравнение преобразования этого ИМ. При протекании по рабочей катушке измеряемого тока возникает вращающий момент. Для рассматриваемой системы при измерении постоянного тока электромагнитная энергия, запасенная в ней, будет определяться выражением:

, (2.6)

где – магнитный поток в зазоре.

Рисунок 2.2 - Магнитоэлектрический измерительный механизм.

Подставив значение из (2.6) в общее выражение (2.2) для , получим:

(2.7)

Так как магнитное поле является радиальным и равномерным, то равен:

, (2.8)

где – магнитная индукция в зазоре (величина постоянная);

– площадь витка рамки; – количество витков рабочей катушки;

– угол поворота подвижной части ИМ.

Подставив значение из (2.8) в выражение (2.7) для и взяв дифференциал, получим конечное значение магнитоэлектрического ИМ:

(2.9)

Из него видно, что так как величины , , постоянны для данной конструкции ИМ, то однозначно определяется величиной измеряемого тока I. Приравняв вращающий (2.9) и противодействующий (2.3) моменты, получим уравнение преобразования магнитоэлектрического ИМ:

и , (2.10)

где - чувствительность по току ИМ.

Полученные выражения позволяют сделать следующие выводы о достоинствах и недостатках магнитоэлектрических ИМ, а следовательно и приборов на их основе.

Достоинства: 1)угол поворота стрелки прямо пропорционален току, протекающему по рабочей катушке. Это значит, что магнитоэлектрический ИМ можно непосредственно использовать для измерения силы тока;

2)чувствительность ИМ по току постоянна, т.е. его шкала является равномерной; 3)магнитоэлектрические приборы являются наиболее точными из всех электромеханических приборов и изготавливаются вплоть до класса точности 0,05; 4)благодаря сильному собственному магнитному полю в зазоре внешние магнитные поля практически не влияют на работу прибора. Влияние температурных воздействий также незначительно, а при необходимости может быть уменьшено с помощью специальных схем термокомпенсации; 5)малое собственное потребление мощности.

К недостаткам таких ИМ можно отнести следующее: 1)достаточно сложное устройство и относительно высокая стоимость по сравнению с другими электромеханическими приборами; 2)боязнь к перегрузкам, как электрическим, так и механическим; 4)возможность непосредственного измерения только постоянных или медленно изменяющихся токов, что и ограничивает их область применения.

На основе рассмотренного ИМ создано большое количество разнообразных амперметров, вольтметров и омметров.