Конструктивно измерительные механизмы (ИМ) устройств данной системы могут быть выполнены с подвижным магнитом либо с подвижной катушкой.
Рис. 2.1 Устройство прибора магнитоэлектрической системы:
1 – неизменный магнит; 2 – полюсные наконечники; 3 – недвижный сердечник; 4 – обмотка; 5, 6 – полуоси; 7, 8 – пружины; 9 – стрелка;
10 - уравновешивающий груз.
Динамика подвижной системы описывается при помощи последующих выражений:
, (2.4)
- момент вращения;
- противодействующий момент;
(2.5)
В – магнитная индукция в зазоре;
S – площадь рамки;
ω – число витков в катушке;
К – твердость пружины.
- угол поворота.
Из этого следует, что угол поворота рамки () пропорционален чувствительности прибора () и величине измеряемого тока ():
,
где - чувствительность прибора к току.
Для величины измеряемого тока употребляют последующее соотношение:
;
где - неизменная прибора по току.
Таким макаром, значение измеряемого тока можно найти произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и неизменной по току , известной для каждого прибора.
Гасители колебаний: пневматически жидкостные и на вихревых токах. Противодействие пружины употребляется для подвода тока к рамке. Подвижная система крепится при помощи растяжек, анкерных соединений.
Плюсы: характеризуется высочайшей линейностью, чувствительностью, стабильностью характеристик, маленькое собственное потребление мощности, большой спектр измерений, на показания прибора не оказывают влияние наружные магнитные и электронные поля.
Недочеты: без преобразователей приборы употребляют исключительно в цепях неизменного тока, имеют малую перегрузочную способность, сложны и дороги, на показания прибора влияет изменение температуры среды.
Применение: магнитоэлектрические ИМ употребляются в амперметрах, вольтметрах, омметрах, гальванометрах, в электрических устройствах. Употребляют для измерения разных физических величин – электронной и неэлектрической природы.
В логометрах этой системы создаётся 2-ой противодействующей рамкой, что позволяет определять отношение токов и делает показания прибора независящими от напряжения источника питания. Подвижная система таких устройств состоит из 2-ух агрессивно закрепленных меж собой под определенным углом рамок. Особенной формой полюсных наконечников и сердечника, находящегося меж ними, искусственно создается неравномерное поле магнитное поле от неизменного магнита. Токи к рамкам подводятся через безмоментные токоподводы, не создающие противодействующего момента. Направление токов в рамках логометра выбирается так, чтоб моменты, создаваемые рамками, были ориентированы в обратные стороны. Тогда в общем виде можно записать:
(2.6)
Равновесие таковой подвижной системы наступает при равенстве моментов, действующих на рамки, что определяет соотношение токов вида:
~. (2.7)
Рис. 2.2 Электронная схема и устройство магнитоэлектрического логометра.
У логометра при повороте рамки магнитное поле в воздушном зазоре меняется неравномерно.
К магнитоэлектрическим устройствам относятся и гальванометры – высокочувствительные приборы для измерения очень малых токов. В гальванометрах нет подшипников, их подвижная часть подвешена на узкой ленточке либо нити, употребляется более сильное магнитное поле, а стрелка заменена зеркалом, приклеенным к нити подвеса (рис. 1). Зеркало поворачивается совместно с подвижной частью, а угол его поворота оценивается по смещению отбрасываемого им светового кролика на шкале, установленной на расстоянии около 1 м. Самые чувствительные гальванометры способны давать отклонение по шкале, равное 1 мм, при изменении тока всего только на 0,00001 мкА.
На рисунке показана схема устройства магнитоэлектрического гальванометра неизменного тока.
Рис. 2.3 Схема устройства магнитоэлектрического гальванометра:
1 – подвес; 2 неизменный магнит; 3 – зеркало; 4 – рамка; 5 – полюсные наконечники; 6 – токоподводы; 7 – недвижный сердечник.
На рамку ИМ при подаче тока действуют крутящий момент, пропорциональный величине измеряемого тока, противодействующий момент, создаваемый закручивающимся подвесом и моментом успокоения. Коэффициент успокоения таковой подвижной системы (р) определяется конструктивными параметрами гальванометра (Ψ) и значениями сопротивлений измерительной цепи. Изменяя величину сопротивления можно изменять коэффициент успокоения системы. Понятно, что движение вращающегося тела определяется уравнением , (2.8) где J – момент инерции подвижной системы. Для гальванометра это уравнение воспримет вид . (2.9) Интеграл этого дифференциального уравнения второго порядка с неизменными коэффициентами дает описание динамики подвижной системы прибора: . Рис. 2.4 Передаточная черта измерительного устройства. При слабеньком демпфировании таковой динамической системы колебания подвижной части гальванометра будут равномерно затухать из-за утрат на трение подвижной части прибора (режим – 1). При критичном значении коэффициента демпфирования происходит резвое установление стационарного состояния подвижной части прибора (режим - 2). Величина критичного сопротивления определяет динамические свойства гальванометра, и значение этого сопротивления указывается на шкале прибора. При сильном демпфировании колебаний в системе не будет происходить, движение рамки будет апериодическим (кривая - 3). К метрологическим чертам таких устройств относится: чувствительность, период собственных колебаний, наружное, и полное критичное значения сопротивлений. Гальванометры употребляют для измерения малых токов (до А) и напряжений (до В), также в качестве нуль - индикаторов. Резонансные гальванометры имеют подвижную часть, настраиваемую в резонанс с наружным сигналом. По ширине световой полосы судят о величине амплитуды сигнала. Регистрирующие приборы записывают «историю» конфигурации значения измеряемой величины. К более всераспространенным типам таких устройств относятся самописцы, записывающие кривую конфигурации величины на диаграммном картонном носителе, аналоговые электрические осциллографы, развертывающие кривую процесса на дисплее электронно-лучевой трубки, и цифровые осциллографы, запоминающие однократные либо изредка повторяющиеся сигналы. Основное различие меж этими устройствами – в скорости записи. Ленточные самописцы с их передвигающимися механическими частями более подходят для регистрации сигналов, изменяющихся за секунды, минутки и еще медлительнее. Электрические осциллографы же способны регистрировать сигналы, изменяющиеся за время от миллионных толикой секунды до нескольких секунд. |