в чем преимущество магнитоэлектрических омметров с логометрическим измерительным механизмом

Магнитоэлектрические приборы

Основные характеристики электромеханических приборов.

К основным характеристикам электромеханических приборов относятся: точность, диапазон измерений, чувствительность, время успокоения, надежность, собственное потребление мощности и др.

Показателями точности электромеханических приборов кроме основной погрешности являются также вариация показаний и невозвращение указателя к отметке механического нуля.

Вариация показаний определяется как разность показаний прибора (при одном и том же значении измеряемой величины) при плавном подходе указателя к испытуемой отметке сначала со стороны начальной, а затем конечной отметки шкалы. Причиной появления вариации может служить трение в опорах подвижной части. Для большинства приборов вариация не должна превышать абсолютного значения допускаемой основной погрешности.

Невозвращение указателя к отметке механического нуля определяется при плавном подводе указателя к этой отметке от наиболее удаленной от нее отметки шкалы. Причиной невозвращения к нулю является упругое последействие растяжек или спиральных пружин.

Основной функциональной частью магнитоэлектрического прибора является измерительный механизм.

Устройство и принцип действия магнитоэлектрического ИМ

Принцип действия магнитоэлектрических механизмов основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и катушки (рамки), по которой протекает ток.

Рассмотрим устройство и работу магнитоэлектрического механизма с механическим противодействующим моментом. Конструктивно магнитоэлектрический механизм выполняется либо с подвижной катушкой, либо с подвижным магнитом. Конструкция с подвижной катушкой показана на рис. 4.2.

Магнитная система измерительного механизма состоит из постоянного магнита 1, магнитопровода с полюсными наконечниками 4, сердечника 3. Между полюсными наконечниками находится катушка (рамка) 2, по которой протекает ток I. Рамка соединена со стрелкой 5, перемещающейся по шкале 6. При прохождении тока I по рамке 2, помещенной в равномерное, постоянное магнитное поле с индукцией В, создается вращающий момент М_ВР, действующий на подвижную часть магнитоэлектрического механизма. Выражение для определения вращающего момента представляется как

Противодействующий момент создается пружинками (на рис. 4.5 не показаны). Из равенства М_ВР = М_ПР можно получить следующее уравнение преобразования магнитоэлектрического измерительного механизма:

Рассмотрим магнитоэлектрический логометрический измерительный механизм, в котором противодействующий момент создается электрическим способом. В таком механизме подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой рамок 1 и 2, как показано на рис. 4.6. По обмоткам рамок протекают токи I₁ и I₂, которые создают моменты М₁ и М₂.

Рис. 4.6. Устройство магнитоэлектрического логометра

Из данного выражения видно, что магнитоэлектрический логометр измеряет отношение токов. Логометрические измерительные механизмы очень часто используются в приборах для измерения сопротивления. Показания таких приборов не зависят от напряжения питания.

Области применения, достоинства и недостатки

Магнитоэлектрические механизмы используется для построения различных приборов:

1) амперметров и вольтметров для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока;

3) гальванометров постоянного тока, используемых в качестве нулевых индикаторов, для измерения малых токов и напряжений;

4) баллистических гальванометров, применяемых для измерений малых количеств электричества;

5) приборов для измерения в цепях переменного тока:

а) выпрямительных, термоэлектрических и электронных приборов с преобразователями переменного тока в постоянный;

б) осциллографических гальванометров;

в) вибрационных гальванометров, используемых в качестве нулевых индикаторов переменного тока.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются:

1) высокая чувствительность;

2) высокая точность;

3) малое собственное потребление мощности;

4) равномерная шкала;

5) малое влияние внешних магнитных полей.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов можно отнести:

1) невысокую перегрузочную способность;

2) сравнительно сложную конструкцию;

3) применение, при отсутствии преобразователей, только в цепях постоянного тока.

Магнитоэлектрические приборы занимают первое место среди других электромеханических приборов. Они выпускаются вплоть до класса точности 0,05.

Погрешности магнитоэлектрических приборов

Одной из основных причин возникновения погрешности является отклонение температуры от градуировочной (температурная погрешность). При повышении температуры уменьшаются магнитная индукция в рабочем зазоре (индукция уменьшается примерно на 0,2 % на 10 0 С) и удельный противодействующий момент (удельный противодействующий момент уменьшается примерно на 0,2-0,4 % на 10 0 С), увеличивается электрическое сопротивление обмотки рамки и токоподводов (пружинок или растяжек).

Следует отметить, что при уменьшении магнитной индукции показания магнитоэлектрического прибора уменьшаются, а при уменьшении удельного противодействующего момента показания увеличиваются. Таким образом, эти два фактора взаимно компенсируют друг друга.

Для уменьшения температурной погрешности, обусловленной изменением электрического сопротивления обмотки рамки и растяжек (или пружинок), в магнитоэлектрических приборах применяются различные схемные решения, например, включение последовательно с рамкой добавочного сопротивления с малым температурным коэффициентом сопротивления. Подобная схема компенсации позволяет уменьшить температурную погрешность магнитоэлектрических вольтметров до значений, соответствующих классу точности 0,1.

Источник

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛОГОМЕТР С НЕПОДВИЖНЫМ МАГНИТОМ И ПОДВИЖНЫМИ РАМКАМИ

К логометрам относится значительная группа измерительных механизмов различных систем. На основе логометрических измерительных механизмов созданы приборы непосредственной оценки для измерения сопротивлений, частоты, емкости и других элек­трических величин, функционально не связанных с напряжением.

На летательных аппаратах логометры используются для измерения неэлектрических величин: давлений в различных системах, температур сред, запаса топлива и т. п.

Магнитоэлектрические логометры делятся на две группы:

логометры с неподвижным магнитом и подвижными рамками;

логометры с неподвижными рамками и поворотным магнитом.

От рассмотренного выше (см. рис. 1.1) однорамочного измерительного механизма логометры отличаются тем, что имеют не менее двух рамок.

Логометры с неподвижным магнитом и подвижными рамками имеют несколько конструктивных разновидностей:

с подковообразным постоянным магнитом и эллиптическим ферромагнитным сердечником (рис. 1.15);

с внутрирамочным эллиптическим магнитом и цилиндрическим сердечником и т. п.

Выбор конструкции механизма обусловлен уравнением шкалы, которую необходимо получить для измерения той или иной величины.

Вторая особенность логометров состоит в том, что рамки пи­таются от одного источника напряжения. Ток к рамкам подво­дится через токоподводящие практически безмоментные пружины.

логометр не имеет корректора (и корректорного винта на лицевой панели);

в обесточенном состоянии подвижная система логометра может находиться, в принципе, в произвольном положении, т. е. не на нулевой отметке шкалы.

Рисунок 1.15 – Устройство магнитоэлектрического логометра с неподвижным магнитом

При протекании по рамкам тока пара сил (рис. 1.15), действующих на рамку 1-1, создает момент М₁,направленный по часовой стрелке.

Пара сил, действующих на рамку 2-2,создает момент М₂,направленный против часовой стрелки.

Если в однорамочном измерительном механизме вращающий момент определялся выражением ,то в логометре из-за неравномерного воздушного зазора эта зависимость будет иной, так как величина магнитной индукции в воздушном зазоре зависит от угла поворота рамок, т. е. B₁ = f(α) и B₂ = f(α).

Если обе рамки расположены симметрично относительно оси ОО’,то магнитные индукции равны: B₁ = В₂.

Изменяя форму сердечников и полюсных наконечников, т. е. применяя различные конструкции магнитных цепей, создают различные законы изменения магнитной индукции.

Так как в логометре магнитная индукция функционально связана с углом поворота, т. е. B = f(α), то момент, создаваемый рамкой 1-1,определится в виде

. (1.13)

Аналогично момент, создаваемый рамкой 2-2:

. (1.14)

Преддоложим, что при неизменном токе I₂ = const ток в рамке 1—1 увеличился. Согласно уравнению (1.13) момент М₁ возрастет и подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке. Магнитная индукция В₁ в зазоре рамки 1-1 уменьшится, а магнитная индукция В₂ возрастет. В новом положении подвижной системы наступит равенство моментов М₁ = М₂.

Приравняем правые части выражений (1.13) и (1.14)

и полученному выражению придадим вид отношения

. (1.15)

Рисунок 1.16 – График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре магнитоэлектрического логометра

Из графика на рис. 1.16 видно, что законы изменения магнитных индукций В₁ и В₂ от угла поворота различны. Следовательно, отношение этих величин есть функция, зависящая от угла по­ворота, т. е.

.

Тогда уравнение (1.15) примет вид

. (1.16)

Разрешая уравнение (1.16) относительно угла поворота подвижной системы, получим общее уравнение шкалы логометра

. (1.17)

Из выражения (1.17) видно, что угол поворота подвижной системы логометра пропорционален отношению токов, протекающих по его рамкам (но не величине тока, как это имело место в однорамочном механизме).

Напомним, что рамки логометров питаются от общего источника. Если при неизменном значении измеряемого параметра изменится напряжение питания, то согласно закону Ома в одина­ковой степени изменятся токи, протекающие по рамкам, а их отношение (и угол поворота подвижной системы) останется неизменным.

Независимость показаний логометра от колебаний напряжения источника питания является ценным свойством измерительного механизма.

Рассмотренные выше особенности магнитоэлектрического логометра с неподвижным магнитом и подвижными рамками являются общими для логометров других систем и конструкций.

Рассмотрим примеры использования данного измерительного механизма для измерения физических величин.

Кроме измерения сопротивлений проводников и приемников (единицы, десятки и сотни Ом) на практике необходимо проверять качество изоляции электрических сетей и электрических устройств. В этих случаях речь идет о сопротивлениях в тысячи и миллионы Ом. Измерить такие сопротивления обычным омметром не представляется возможным, так как напряжение его низковольтного источника недостаточно для работы измерительного механизма. Кроме того, по требованиям техники безопасности измерение сопротивления изоляции должно производиться с ее одновременным испытанием на электрическую прочность, т. е. под напряжением, большим номинального напряжения устройства.

В промышленных приборах, предназначенных для измерения больших по величине сопротивлений, мегаом метр ах вместо низковольтных химических источников тока применяют высоковольтные (от 100 до 2500 В) генераторы постоянного тока, роторы которых приводятся во вращение от руки.

Из-за различной частоты вращения напряжение, выдаваемое генератором, оказывается меняющимся и применить в приборе однорамочный магнитоэлектрический измерительный механизм нельзя, так как его показания будут зависеть не только от величины измеряемого сопротивления, но и частоты вращения ротора генератора.

В качестве указателя в промышленных мегаомметрах применяют магнитоэлектрический логометр с подвижными рамками и неподвижным магнитом (рис. 1.17).

Рисунок 1.17 – Схема мегаомметра

При постоянной частоте вращения ротора генератора ток I₂ является величиной постоянной, а ток I₁ зависит от величины сопротивления R_x. Отношение токов I₁/I₂ оказывается функционально связанным с величиной измеряемого сопротивления, и уравнение шкалы прибора имеет вид

. (1.17)

Изменение скорости вращения ротора генератора (при R_x = const) вызовет изменение обоих токов в одинаковой степени, а их отношение останется неизменным, т. е. колебания напряжения источника не будут влиять на точность измерения.

В авиационных топливомерах в качестве указателя применяют логометр с поворотными рамками и регулируемым резистором R, включенным по схеме делителя тока (рис. 1.18).

Прибор питается от бортовой сети постоянного тока. В цепи обеих рамок оказывается включенным часть сопротивления резистора R.

Если ползунок С находится в среднем положении, сопротивления обеих частей делителя равны, равны и токи I₁ и I₂, отношение токов I₁/I₂ = l и подвижная система логометра находится в среднем положении.

. (1.18)

Изменение напряжения в бортовой сети (при Q = const) в одинаковой степени изменит токи в рамках, а их отношение (и угол поворота подвижной системы) останется без изменения.

Рассмотренная конструкция магнитоэлектрического логометра имеет два существенных недостатка:

наличие подковообразного постоянного магнита увеличивает массу и габариты прибора;

наличие токоподводящих пружин уменьшает устойчивость прибора к электрическим перегрузкам и механическим воздействиям (тряскам, вибрациям, ударам).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Измерительные механизмы магнитоэлектрической системы

Общие сведения. Магнитоэлектрические приборы состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством и измерительной цепи. Эти приборы поменяют для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры и вольтметры), сопротивлений (омметры), количества электричества (баллистические гальванометры и кулонметры). Магнитоэлектрические приборы применяют также для измерения или индикации малых токов и напряжений (гальванометры). Кроме того, магнитоэлектрические приборы используют для регистрации электрических величин (самопишущие приборы и осциллографические гальванометры).

Измерительный механизм. Вращающий момент в измерительном механизме магнитоэлектрического прибора возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки с током. Применяют магнитоэлектрические механизмы с подвижной катушкой и с подвижным магнитом. Наиболее распространен механизм с подвижной катушкой.

На рисунке показано устройство магнитоэлектрического измерительного механизма с подвижной катушкой, где 1 – постоянный магнит, 2 – магнитопровод, 3 – полюсные наконечники, 4 – неподвижный сердечник, 5 – спиральная пружина, 6 – подвижная катушка, 7 – магнитный шунт, 8 – указатель. Ток к подвижной катушке подводится через две спиральные пружинки. При протекании тока i через подвижную катушку возникает вращающий момент, мгновенное значение которого определяется выражением.

Если ток синусоидальный ( i = IM ω t ), то вращающий момент

При протекании через катушку постоянного тока I вращающий момент

Из выражения α = Bs ωI / W = S1 I следует, что при постоянной индукции В в зазоре угол отклонения подвижной катушки пропорционален току в катушке, а знак угла отклонения меняется при изменении направления тока.

Магнитный шунт 7 в виде пластины из ферромагнитного материала используется для регулировки индукции в воздушном зазоре механизма путем перемещения шунта. При этом происходит перераспределение магнитных потоков через воздушный зазор и шунт. Это необходимо, например, для изменения чувствительности механизма.

В магнитоэлектрических механизмах осуществляется магнитоиндукционное успокоение за счет взаимодействия токов, наводимых в дюралюминиевом каркасе подвижной катушки при ее перемещении, и поля постоянного магнита и за счет взаимодействия токов, наводимых в цепи катушки, и поля магнита.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют некоторые особенности, которые придают магнитоэлектрическим приборам определенные положительные свойства. Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют высокую чувствительность и малое собственное потребление энергии, имеют линейную и стабильную номинальную статическую характеристику преобразования α = f ( I ), что объясняется стабильностью свойств применяемых материалов. У этих механизмов отсутствует влияние электрических полей и мало влияние магнитных полей из-за достаточно сильного поля в воздушном зазоре (0,2 – 1,2 Тл). Однако эти механизмы имеют малую перегрузочную способность по току, относительно сложны и дороги. Недостаток их также в том, что обычный механизм реагирует только на постоянный ток.

Источник

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. Общие сведения. Магнитоэлектрические приборы состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством и измерительной цепи

Общие сведения. Магнитоэлектрические приборы состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством и измерительной цепи. Эти приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры и вольт­метры), сопротивлений (омметры), количества электричества (баллистические гальванометры и кулонметры). Магнитоэлек­трические приборы применяют также для измерения или индика­ции малых токов и напряжений (гальванометры). Кроме того, магнитоэлектрические приборы используют для регистрации электрических величин (самопишущие приборы и осциллографические гальванометры).

Измерительный механизм. Вращающий момент в измеритель­ном механизме магнитоэлектрического прибора возникает в ре­зультате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки с током. Применяют магнитоэлектри­ческие механизмы с подвижной катушкой и с подвижным магни­том. Наиболее распространен механизм с подвижной катушкой;

На рис. 1 показано устройство магнитоэлектрического изме­рительного механизма с подвижной катушкой, где 1— постоян­ный магнит, 2 — магнитопровод, 3 — полюсные наконечники, 4 — неподвижный сердечник, 5 — спиральная пружинка, 6 — подвижная катушка, 7 — магнитный шунт, 8 — указатель. Ток к подвижной катушке подводится через две спиральные пру­жинки. При протекании тока I через подвижную катушку возни­кает вращающий момент. Мгновенный вращающий момент М=Bswi×da.

Если ток синусоидальный, то вращающий мо­мент Mi=BswIm sin wt. При этом работа механизма зависит от соотношения частоты тока и частоты собственных колебаний подвижной части механизма. У измерительных механизмов магнитоэлектрических ампер­метров, вольтметров, омметров период собственных (свободных) колебаний подвижной части примерно одна секунда. Следовательно, отклонение подвижной части изме­рительного механизма при частоте тока более 10 Гц практически равно нулю. В диапазоне частот до 10 Гц подвижная часть ко­леблется с частотой входного тока, причем максимальное откло­нение зависит от частоты. Поэтому приборы с такими измеритель­ными механизмами применяют в цепях постоянного тока.

При протекании через катушку постоянного тока враща­ющий момент M=BswI.

Если противодействующий момент создается упругими эле­ментами, a=Bswi/W=S.

где Si=Bsw/W — чувствительность, измерительного механизма к. току.

Из выражения следует, что при постоянной индукции В в зазоре угол отклонения подвижной катушки пропорционален току в катушке, а знак угла отклонения меняется при изменении направления тока.

Магнитный шунт 7 в виде пластины из ферромагнитного материала (см. рис. 1) используют для рулировки индукции в воздушном зазоре механизма путем перемещения шунта. При этом происходит перераспределение магнитных потоков через воздушный зазор и шунт. Это необходимо, например, для измене­ния чувствительности механизма.

В магнитоэлектрических логометрических измерительных ме­ханизмах подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой катушек 1и 2, по обмоткам которых протекают токи i₁ и i₂ (рис. 2).Ток к катушкам подводится с помощью металлических лент, практически не имеющих проти­водействующего момента. Моменты М_вр и М_пр, создаваемые взаи­модействием магнитного поля постоянного магнита и токов кату­шек, направлены навстречу друг другу. Так как хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота подвижной части, то для этого, например, зазор выполняют неравномерным. В этом случае при равенстве моментов получаем

В магнитоэлектрических механизмах осуществляется магнитоиндукционное успокоение за счет взаимодействия токов, наво­димых в дюралюминиевом каркасе подвижной катушки при ее перемещении, и поля постоянного магнита и за счет взаимодейст­вия токов, наводимых в цепи катушки, и поля магнита.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют не­которые особенности, которые придают магнитоэлектрическим приборам определенные положительные свойства. Магнитоэлек­трические измерительные механизмы имеют высокую чувстви­тельность и малое собственное потребление энергии, имеют ли­нейную и стабильную номинальную статическую характеристику,что объясняется стабильностью свойств применяемых материалов. У этих механизмов отсутству­ет влияние электрических полей и мало влияние магнитных полей из-за достаточно сильного поля в воздушном зазоре (0,2— 1,2 Тл). Однако эти механизмы имеют малую перегрузочную способность по току, относительно сложны и дороги. Недостаток их также в том, что обычные механизмы реагируют только на постоянный ток.

Амперметры и вольтметры. В магнитоэлектрических ампер­метрах измерительный механизм включается в цепь измеряемого тока либо непосредственно, либо при помощи шунта. Непосред­ственное включение применяется при измерении малых токов (до 30 мА), допустимых для токоподводов (пружинок, растяжек) и обмотки подвижной катушки механизма, т. е. непосредственное включение возможно для микро- и миллиамперметров. При боль­ших токах применяют шунты.

Изменение окружающей температуры влияет на магнито­электрический прибор следующим образом.

1. При повышении температуры удельный противодейству­ющий момент пружинок (или растяжек) уменьшается на 0,2— 0,4 % на каждые 10 К; магнитный поток постоянного магнита, а следовательно и индукция в зазоре, уменьшаются приблизи­тельно на 0,2 % на каждые 10 К. Таким образом, эти явления оказывают противоположное влияние на показания прибора и по­этому в приборах малой и средней точности температурное влия­ние пренебрежимо мало.

2. Изменяется электрическое сопротивление обмотки катушки и токоподводов. Это влияние — основной источник температур­ной погрешности магнитоэлектрических приборов.

Амперметры без шунта не имеют температурной погрешно­сти. В амперметрах с шунтом температурная погрешность может оказаться значительной вследствие перераспределения токов между шунтом и подвижной катушкой. Для ее уменьшения при­меняют специальные цепи температурной компенсации, одна из которых показана на рис.. В этом случае температурная погрешность снижается за счет включения последовательно с подвижной катушкой резистора из манганина.

В многопредельных амперметрах для изменения пределов измерения применяют многопредельные шунты. Поэтому мно­гопредельные амперметры снабжают переключателями диапазо­нов измерений или несколькими входными зажимами.

В магнитоэлектрических вольтметрах для получения нужного диапазона измерений последовательно с измерительным меха­низмом включают добавочный резистор стабильного сопротивле­ния, например выполненный из манганина.

Влияние температуры на магнитоэлектрический вольтметр зависит от соотношения сопротивления катушки и резистора, а также от температурных коэффициентов электрического сопро­тивления их.

В многопредельных вольтметрах используют несколько доба­вочных резисторов. Поэтому многопредельные вольтметры снаб­жают переключателем диапазонов или несколькими входными зажимами. Пропорциональная зависимость угла отклонения подвижной части от тока в катушке приводит к равномерной шкале у магнитоэлектрических амперметров и вольтметров.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры выпускают переносными и щитовыми. Переносные приборы в большинстве случаев делают высокоточными (классов 0,1 — 0,5), многопре­дельными (до нескольких десятков пределов) и часто комбиниро­ванными (вольтамперметрами). Щитовые приборы выпускают однопредельными классов точности 0,5 — 5.

Омметры. На основе магнитоэлектрического измерительного механизма выпускают магнитоэлектрические омметры: с после­довательным включением механизма и объекта исследования, с параллельным включением и с логометрическим измерительным механизмом.

При последовательном включении измерительного механизма и объекта с измеряемым сопротивлением Rx угол отклонения подвижной части измерительного механизма определяется значением Rx. шкалы омметров неравномерны. При последовательном включе­нии максимальному углу отклонения подвижной части соответствует нулевое значение измеряемого сопротивления. Омметры с последовательным включением более пригодны для измерения больших сопротивлений, а с параллельным — малых. Обычно эти омметры выполняют в виде переносных приборов классов точно­сти 1,5 и 2,5.

При питании омметра сухими батареями, у которых напряже­ние изменяется со временем, путем изменения индукции в зазоре с помощью магнитного шунта поддерживают S/t/= const.

Находят применение омметры с логометрическим измеритель­ным механизмом, где угол отклонения определяется значением Rx и не зависит от напряжения питания.

Для измерения больших сопротивлений и, прежде всего, для измерения сопротивления изоляции различных электротехниче­ских установок, используют омметры, называемые мегомметрами. В этих приборах питание цепи осуществляется от встроенного генератора с ручным приводом.

Гальванометры. Гальванометром называют прибор с негра­дуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току или напряжению. Гальванометры широко применяют в качестве нуль-индикаторов, а также для измерения малых токов, напряже­ний и количества электричества. В последнем случае гальвано­метр называют баллистическим.

Высокая чувствительность гальванометров достигается, главным образом, путем уменьшения противодействующего мо­мента и использования светового указателя с большой длиной светового луча.

Чувствительность гальванометров выражают отношением перемещения указателя к току (напряжению), вызвавшему это перемещение.

Важной характеристикой гальванометра является постоянст­во нулевого положения указателя. Постоянство характеризуется невозвращением указателя к нулевой отметке при плавном воз­вращении указателя от крайней отметки шкалы. По этой характе­ристике гальванометрам присваивают разряд постоянства. Ус­ловное обозначение разряда постоянства гальванометра состоит из числа, заключенного в ромб.

Обычно гальванометр имеет корректор для установки нулево­го положения указателя.

Гальванометры с подвижной частью на подвесе снабжают арретиром для фиксации подвижной части, например, при пере­носке прибора.

Ввиду высокой чувствительности гальванометров к различ­ным воздействиям необходимо защищать их от помех. Так, от механических сотрясений гальванометры защищают, устанавли­вая их на капитальную стену. Для защиты от токов утечки галь­ванометры снабжают экраном, который заземляют. Стационарные гальванометры обычно снабжают магнитным шунтом. Регулируя положение шунта, можно менять чувстви­тельность гальванометра и внешнее критическое сопротивление.

Внешним критическим сопротивлением гальванометра назы­вают наибольшее сопротивление внешней цепи, на которое замк­нута катушка гальванометра и при котором подвижная часть гальванометра во время переходного процесса движется аперио­дически, но наиболее ускоренно.

Движение подвижной части при носит апериодический характер (кривая 3 на рис.). Подвижная часть гальвано­метра приближается к установившемуся отклонению, не перехо­дя его.

В этом случае подвижная часть двигается апериодически, но наиболее ускоренно. Этот граничный случай апериодического движения принято называть движением при критическом успоко­ении (кривая 2 на рис.).

Коэффициент успокоения, отвечающий критическому успоко­ению гальванометра, называют коэффициентом критического успокоения Ркр.

Наиболее благоприятный режим движения подвижной части гальванометра при Р«Ркр (р«1). Этот режим получается при равенстве внешнего критического сопротивления и сопротивле­ния цепи, на которую замкнут гальванометр. Регулируя индукцию В, можно регулировать Рвш. кр, делая его равным сопротивлению внешней цепи. Изменение индукции, а следовательно и изменение внешне­го критического сопротивления, производят с помощью магнитно­го шунта.

Так как установившееся отклонение подвижной части теоре­тически достигается через бесконечно большой промежуток вре­мени, то на практике принято считать отклонение установившим­ся, когда подвижная часть достигает этого отклонения с некото­рой погрешностью. Обычно эту погрешность принимают равной ±(0,1—1) % от максимального отклонения.

Баллистические гальванометры. Гальванометры, предназна­ченные для измерения количества электричества импульса тока и отличающиеся увеличенным моментом инерции, называют бал­листическими.

Допущение о неподвижности подвижной час­ти до окончания действия импульса выполняется тем точнее, чем больше момент инерции подвижной части гальванометра и, следовательно, больше период собственных колебаний То. Для бал­листических гальванометров То составляет десятки секунд (для обычных гальванометров — единицы секунд).

Кулонметры. Кулонметры — приборы для измерения количе­ства электричества в импульсе тока. В этих приборах использу­ется магнитоэлектрический измерительный механизм без проти­водействующего момента. Подвод тока к подвижной катушке осуществляется посредством безмоментных токоподводов. Об­мотка катушки наматывается на алюминиевый каркас, в кото­ром при движении катушки появляется ток, создающий момент успокоения.

Для измерения количества электричества, протекающего в течение длительного времени, используют счетчики количества электричества (счетчики ампер-часов). Магнитоэлектрические счетчики ампер-часов представляют собой электрические двига­тели специальной конструкции со счетным механизмом, у которых частота вращения подвижной части пропорциональна току, а число оборотов за определенный интервал времени соответству­ет количеству электричества за этот интервал.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Измерительный механизм. Вращающий момент в электроди­намических и ферродинамических измерительных механизмах возникает в результате взаимодействия магнитных полей непо­движных и подвижной катушек с токами.

Электродинамический измерительный механизм (рис. ) имеет две последовательно соединенные неподвижные катушки1, разделенные воздушным зазором, и подвижную катушку 2. Ток к подвижной катушке подводится через пружинки, создающие противодействующий момент.

Успокоение создается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

При протекании токов в обмотках катушек измерительного механизма возникает момент, поворачивающий подвижную часть.

Вращающий момент имеет постоянную и гармони­ческую составляющие. Отклонение подвижной части обычно при­меняемого электродинамического измерительного механизма при работе его в цепи переменного тока промышленной и более высо­кой частоты определяется постоянной составляющей момента.

В электродинамических логометрических механизмах по­движная часть состоит из двух жестко скрепленных между собой под определенным углом подвижных катушек, находящихся в по­ле неподвижных катушек. Токи к подвижным катушкам подводят с помощью безмоментных токоподводов. Анализ работы механиз­ма показывает, что угол отклонения подвижной части определя­ется отношением токов через подвижные катушки и зависит от фазовых сдвигов этих токов относительно тока через неподвиж­ную катушку.

На работу электродинамических измерительных механизмов сильное влияние оказывают внешние магнитные поля, так как собственное поле механизма невелико. Для защиты от внешних магнитных полей применяют магнитное экранирование. Иногда применяют так называемые астатические измерительные меха­низмы, на которые внешние поля действуют значительно слабее.

Особенности электродинамических измерительных механиз­мов придают электродинамическим приборам определенные по­ложительные свойства. Электродинамические измерительные ме­ханизмы работают как на постоянном, так и на переменном токе (примерно до 10 кГц.) с высокой точностью и обладают высокой стабильностью своих свойств.

Однако электродинамические измерительные механизмы име­ют низкую чувствительность по сравнению с магнитоэлектриче­скими механизмами. Поэтому приборы с электродинамическими механизмами обладают большим собственным потреблением мощности. Электродинамические измерительные механизмы име­ют малую перегрузочную способность по току, относительно сложны и дороги.

Ферродинамический измерительный механизм отличается от электродинамического механизма тем, что его неподвижные ка­тушки имеют магнитопровод из магнитомягкого листового мате­риала, позволяющий существенно увеличивать магнитный поток, а следовательно, и вращающий момент. Однако использование ферромагнитного сердечника приводит к появлению погрешно­стей, вызванных его влиянием, например погрешностей от нелинеиности кривой намагничивания, от гистерезиса при работе на постоянном токе и т. д. Ферродинамические измерительные меха­низмы мало подвержены влиянию внешних магнитных полей, так как имеют достаточно сильные собственные поля.

Амперметры и вольтметры. В электродинамических и ферро-динамических амперметрах для токов до 0,5 А неподвижные и подвижная катушки измерительного механизма соединяют по­следовательно. В этом случае токи в катушках равны.Для получения линейной зависимости, а следова­тельно равномерной шкалы, у электродинамических амперметров так располагают неподвижные катушки, чтобы зависимость приближалась к линейной. Практически у электродинамических амперметров шкала равномерна в пределах 25—100 % ее длины.

При последовательном включении катушек температурная и частотная (до 2000 Гц) погрешности электродинамических амперметров незначительны.

В амперметрах на токи свыше 0,5 А подвижную и неподвиж­ные катушки включают параллельно. В этом случае осуществля­ют компенсацию температурной и частотной погрешностей, воз­никающих из-за перераспределения токов в катушках при изме­нении температуры и частоты. Компенсацию температурной погрешности осуществляют подбором сопротивлений добавочных резисторов из манганина и меди, включаемых в каждую из па­раллельных ветвей так, чтобы температурные коэффициенты со­противления этих ветвей были одинаковыми. Компенсацию час­тотной погрешности выполняют включением добавочных катушек индуктивности или конденсаторов в соответствующие ветви схе­мы так, чтобы были равными постоянные времени этих ветвей.

Электродинамические амперметры чаще всего выпускаютна два диапазона измерений. Изменение пределов при этом произво­дится путем включения неподвижных катушек последовательно или параллельно. Для расширения пределов измерения использу­ют измерительные трансформаторы тока.

Электродинамический вольтметр состоит из электродинами­ческого измерительного механизма и добавочного резистора ста­бильного сопротивления, причем все катушки механизма и доба­вочный резистор включены последовательно.

В многопредельных вольтметрах последовательно с измери­тельным механизмом включается секционированный добавочный резистор. Поэтому многопредельные вольтметры снабжают пе­реключателем пределов или несколькими входными зажимами. Для увеличения верхнего предела измерений вольтметра приме­няют измерительные трансформаторы напряжения.

В электродинамических вольтметрах при изменении темпера­туры возникает температурная погрешность от изменения сопро­тивления цепи вольтметра. В вольтметрах с малым верхним пре­делом измерений температурная погрешность может достичь не­допустимой величины. Поэтому в таких вольтметрах уменьшают сопротивление катушек, уменьшая число витков, что приводит к увеличению тока, потребляемого прибором. Частотная погреш­ность, вызванная изменением Z прибора, компенсируется путем шунтирования части добавочного резистора конденсатором.

Основная область применения электродинамических ампер­метров и вольтметров — точные измерения в цепях переменного тока, чаще всего в диапазоне частот от 45—50 Гц до тысяч герц. Их применяют также в качестве образцовых при поверке и гра­дуировке других приборов.

Промышленность выпускает электродинамические миллиам­перметры и амперметры с верхними пределами от 1 мА до 10 А на частоты до 10 кГц, многопредельные вольтметры с верхними пределами от 1,5 до 600 В на частоты до 5 кГц. Классы точности амперметров и вольтметров 0,1; 0,2; 0,5.

Область применения ферродинамических амперметров и вольтметров — измерения переменных токов и напряжений в узком диапазоне частот при тяжелых условиях эксплуатации.

Ваттметры. Электродинамический (ферродинамический) измерительный механизм лежит в основе электродинамического (ферродинамического) ваттметра.

Потребляемая мощность последовательной и параллельной цепями ваттметра приводит к погрешности, зависящей от способа включения ваттметра. При измерении мощности, потребляемой объектом, возможны две схемы включения ваттметра, отличаю­щиеся способом включения параллельной цепи (рис., а и б). По­грешности заметны лишь при измерениях мощности в маломощ­ных цепях. Схему включения, показанную на рис.а, целесо­образно использовать при измерении мощности объекта с высокоомнои нагрузкой, а схему, показанную на рис. б,—при измерении мощности объекта с низкоомной нагрузкой.

Изменение порядка включения зажимов одной из цепей ваттметра (поворот соответствующего вектора тока) ведет к из­менению направлеия отклонения подвижной части измеритель­ного механизма. Поэтому для правильного включения ваттметра. один из зажимов последовательной и параллельной цепи обозна­чается звездочкой («генераторный зажим»).

Электродинамические ваттметры имеют обычно несколько верхних пределов измерения по току и напряжению: чаще всего два по току, например 5 и 10 А, и три по напряжению — 30, 150 и 300 В. Для измерения мощности при больших напряжениях и токах применяют измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Частотомеры. В электродинамических частотомерах применя­ют логометрический измерительный механизм. Схема включения частотомера представлена на рис..

Параметры цепи подвижной катушки подбирают так, что­бы фазовый сдвиг между током и напряжением измеряемой частоты был равен 90°.

Подбором параметров цепи неподвижной катушки, под­вижной катушки и элементов L и C добиваются резонан­са напряжения в этой цепи при частоте, равной среднему значению диапазона измерений частотомера. При этом угол отклонения подвижной части логометрического измеритель­ного механизма оказывается функцией отношения реактивных сопротивлений в цепях подвижных катушек. Следовательно, шкала прибора может быть градуиро­вана в единицах частоты.

Электродинамические частотомеры выпускают для измерений частоты в узком диапазоне изменений (45—55, 450—550 Гц и т. д.) классов точности 1; 1,5.

Если фазовый сдвиг между токами равен углу между подвижными катушками логометрического механизма, то угол отклонения подвижной части прибора равен фазовому сдви­гу между током и напряжением в нагрузке. Следовательно, шкала фазометра может быть градуирована в значениях угла j или cosj.

Электродинамические фазометры выпускают в виде перенос­ных приборов с диапазоном измерений угла j, равным 0 — 90° или О — 360°, и cosj, равным 0 —1 (для индуктивной или емкостной нагрузки) классов точности 0,2; 0,5. Предназначаются они, в ос­новном, для работы в цепях промышленной частоты.

Общие сведения. Электромагнитные приборы состоят из элек­тромагнитного измерительного механизма с отсчетным устройст­вом и измерительной цепи. Они применяются для измерения переменных и постоянных токов и напряжений, для измерения частоты и фазового сдвига между переменными током и напряже­нием. Из-за относительно низкой стоимости и удовлетворитель­ных характеристик электромагнитные приборы составляют боль­шую часть всего парка щитовых приборов.

Измерительный механизм. Вращающий момент в этих меха­низмах возникает в результате взаимодействия одного или не­скольких ферромагнитных сердечников подвижной части и маг­нитного поля катушки, по обмотке которой протекает ток. В на­стоящее время наибольшее применение получили конструкции измерительных механизмов с плоской катушкой, с круглой ка­тушкой и с замкнутым магнитопроводом. На рис. показан механизм с плоской катушкой.

На рисунке: / — ось; 2 — стрелка; 3 — катушка, по обмотке которой про­текает ток; 4 — эксцентрически укрепленный на оси ферромагнит­ный (пермаллоевый) сердечник;

5 — пружины для создания проти­водействующего момента; 6 — воз­душный успокоитель.

При протекании тока через катушку сердечник намагничива­ется и втягивается в зазор ка­тушки.

Вращающий момент

где w_m — энергия электромагнитного поля катушки с сердечни­ком; L — индуктивность катушки, зависящая от положения сер­дечника.

Вращающий момент имеет постоянную и гармони­ческую составляющие. Отклонение подвижной части обычно при­меняемого электромагнитного измерительного механизма при работе его в цепи переменного тока промышленной и более высо­кой частоты определяется постоянной составляющей момента, которая может быть записана в таком виде:

.

где / — действующий ток.

При искаженной форме тока

где / — квадрат искаженного по форме действующего тока; /о, /I, /2, •••— постоянная и гармонические составляющие тока.

Если противодействующий момент создается упругими эле­ментами, то угол поворота подвижной части

Из выражения следует, что зависимость угла отклоне­ния подвижной части от тока нелинейна и что поворот подвижной части одинаков как при постоянном токе, так и при переменном токе, имеющем действующее значение, равное значению посто­янного тока. Линейную зависимость угла отклонения от тока получают для значительной части рабочего диапазона отклоне­ния а, изготовляя сердечник специальной формы.

В электромагнитных логометрических механизмах имеются две катушки и два сердечника. Сердечники укреплены на одной оси. Ток, протекающий через одну катушку, создает момент М_вр, а ток, протекающий через вторую катушку,— момент М_пр, на­правленный навстречу М_вр. При пропускании токов подвижная часть поворачивается до тех пор, пока момент М_пр не станет рав­ным М_вр.

Электромагнитные измерительные механизмы просты по кон­струкции и как следствие дешевы и надежны в работе. Они спо­собны выдержать большие перегрузки, что объясняется отсут­ствием токоподводов к подвижной части. Электромагнитные из­мерительные механизмы могут работать как в цепях постоянного, так и переменного тока (примерло до 10 кГц).

Малая точность и низкая чувствительность этих механизмов отрицательно сказывается на точности и чувствительности элек­тромагнитных приборов. На работу электромагнитных измери­тельных механизмов сильное влияние оказывают внешние маг­нитные поля. Для устранения их влияния применяют магнитное экранирование. Иногда применяют так называемые астатические измерительные механизмы, на которые внешние поля действуют значительно слабее, чем на обычные механизмы.

Источник