Магнитоэлектрические приборы

Принцип действия магнитоэлектрических приборов основан на создании таких измерительных механизмов, которые работают в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем проводника с током, конструктивного выполняемого в виде катушки. Неподвижной частью такого прибора обычно является постоянный магнит, а подвижной – катушка (хотя бывает и наоборот).

Рис. 3.2. Схематическое изображение магнитоэлектрического прибора

На рисунке 3.2 схематически изображен вариант конструкции магнитоэлектрического прибора. Как видно из рисунка, магнитная система образуется постоянным магнитом 1 с полюсными наконечниками 2, подвижным сердечником 3 с намотанной на него катушкой 4. Сердечник фиксируется с помощью латунной накладки 5. Стрелка указателя 6 крепится к подвижному сердечнику, который может свободно вращаться под воздействием момента сил, возникающего при взаимодействии магнитного потока Ф постоянного магнита и магнитного потока, возникающего при протекании тока через катушку. Противодействующий момент создается спиральными пружинами или растяжками, через которые в обмотку катушки подается измеряемый ток. Для создания успокаивающего момента Му используется короткозамкнутый виток, размещенный на катушке. Грузики противовеса 7 служат для балансировки подвижной части измерительного механизма.

При протекании по катушке измеряемого тока Ix энергия поля W, обусловленная взаимодействием сцепляющегося с катушкой магнитного потока Ф постоянного магнита и тока Ix, будет равна
W = Ix Ф. Используя выведенную ранее формулу 3.4, имеем

Мв = = (3.8)

Значение Ф может быть определено как Ф = Bsωα,

где B - магнитная индукция в воздушном зазоре, s - площадь катушки, ω - число витков обмотки катушки.

Тогда из формулы 3.8 при В = const (за счет равномерности магнитного поля) следует

Мв = BsωIx (3.9)

В установившемся режиме, как известно, вращающий момент Мв равен моменту противодействия М_П. С учетом формул 3.5 и 3.9 получаем:

BsωIx = k_Пα (3.10)

Из 3.10 получаем следующую формулу

α = (3.11)

Формула 3.11 называется уравнением шкалы магнитоэлектрического прибора.

По определению, чувствительностью измерительного прибора S называется отношение изменения сигнала на выходе прибора (a) к вызвавшему его изменению измеряемой величины (Ix). Отсюда получаем формулу для определения чувствительности магнитоэлектрического прибора

S_I = (3.12)

Анализируя схему измерительного прибора и приведенные математические соотношения, можно сделать следующие выводы:

1. Магнитоэлектрические приборы по принципу действия являются амперметрами. При изменении направления тока в катушке будет изменяться и направление отклонения стрелки. Поэтом, если с помощью такого измерительного механизма измерять величину переменного тока, то отклонение стрелки будет равно нулю. В этом случае необходимо применять преобразование рода тока.

2. Чувствительность по току магнитоэлектрических приборов постоянна, а значит, их шкала является равномерной. Это позволяет изготовлять магнитоэлектрические приборы высокого класса точности.

3. Наличие сильного собственного магнитного поля определяет высокую чувствительность таких приборов по току.

Несмотря на то, что магнитоэлектрические приборы являются амперметрами, они легко трансформируются в вольтметры.