Вероятностное описание погрешностей измерения, страница 27

Рамка подвижной части перемещается в магнитном поле воздушного зазора. На рамку действует вращающий момент.

(5.8)

B - магнитная индукция в рабочем зазоре;

S - активная площадь рамки;

W - число витков;

I - ток в рамке.

            Кроме вращающего момента М_вр на подвижную часть ИМ действует противодействующий момент М_пр, обычно создаваемый пружиной:

 (5.9)

a - угол поворота подвижной части; W- удельный противодействующий момент. В момент равновесия

  (4.10)

где S_i - чувствительность ИМ к току. Отклонение подвижной части происходит линейно с ростом тока в обмотке рамки подвижной части, т.е. можно получить линейную шкалу прибора.

            Достоинствами магнитоэлектрических ИМ являются: высокая чувствительность (ИМ обладает сильным собственным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент); большая точность (из-за высокой стабильности элементов ИМ); незначительное влияние на режим измерительной цепи, так как мощность потребления ИМ мала (не более нескольких долей ватта); равномерность шкалы, хорошее успокоение.

            Недостатки: сложность и относительно высокая стоимость; невысокая перегрузочная способность, из-за легкого перегрева пружин и изменения их свойств; температурные влияния на точность измерения; пригодность для измерения только в цепях постоянного тока.

            Класс точности до 0,1. Амперметры и вольтметры постоянного тока: от единиц ампер до килоапмер  и от долей милливольта до киловольт; омметров; гальванометров постоянного тока.

5.3.2 Электродинамические механизмы

(сразу рисунок стр. 28).............

            Вращающий момент создается при взаимодействии тока I₁, проходящего по рамке подвижной части, с магнитным потоком создаваемым током I₂, проходящим через неподвижные катушки возбуждения.

 (5.11)

где М₁₂ - взаимная индуктивность катушек, a - угол поворота.

            Под действием вращающего момента подвижная катушка стремится занять такое положение, когда направления магнитных полей катушек совпадают. Для равновесия

 , т.е.

(5.12)

            При включении электродинамического механизма в цепь переменного тока на его подвижную часть воздействует вращающий момент, мгновенное значение которого

  , где

 ,  

            Среднее значение вращающего момента за период, на который реагирует подвижная часть механизма:

 ,

где I₁I₂ – средние значения токов в катушках ;

Шкала прибора неравномерна. Характер зависит от формы катушек, их расположения.

Достоинства: возможно использование в цепях постоянного и переменного тока, стабильность показаний во времени.

Недостатки: малая чувствительность, большая потребляемая мощность (@ 10Вт), зависимость выходной величины от частоты входного сигнала, температуры, внешних магнитных полей и механических воздействий.

            Лабораторные многопредельные приборы высоких классов точности (0,5; 0,2; 0,1) на постоянном и переменном токе.

            Миллиамперметры и амперметры с пределами от 1mA до 10А на частоты до 10 кГц, многопредельные вольтметры от 1,5 до 600 В до 5кГц; Ваттметры (25mA¸10А)´(15¸600) В.

5.3.3 Ферродинамические механизмы

(сразу рисунок стр.30)

            Вращающий момент создается в результате воздействия индукции B₁ в зазоре магнитопровода и тока в подвижной катушке I₂. ФМ в отличии от ЭМ имеют в неподвижной катушке магнитопровод из магнитомягкого листового материала, что позволяет защитить механизм от воздействия внешних магнитных полей и создать большой вращающий момент. В зазоре поле равномерное радиальное.  

Среднее значение вращающего момента:  

где В₁ - магнитная индукция в рабочем зазоре, R - коэффициент, определяемый конструктивными параметрами и выбором системы единиц. ИМ использует линейный участок кривой намагничивания материала магнитопровода:

(k_B – коэффициент пропорциональности, угол между B­₁ и I₁ мал )

                  (4.14)

Достоинства: меньшая восприимчивость к магнитным полям, большой вращающий момент, меньшее собственное потребление мощности, стабильность параметров при механических воздействиях.

Недостатки: невысокая точность, влияние флуктуаций частоты сигнала и температуры на показания.

            Щитовые и переносные приборы переменного тока.

Тряско- , вибро- и ударопрочные щитовые амперметры и вольтметры классов 1,5 и 2,5, переносные амперметры и вольтметры класса 0,5. Для переменного тока промышленно частоты.

4.3.4 Электромагнитные механизмы

            Подвижные элементы из ферромагнитного материала с магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения, через которую проходит измеряемый ток, воздействуют, создавая вращающий момент. Подвижный элемент стремится расположиться так, чтобы усилить поле обмотки возбуждения. Вращающий момент, действующий на подвижный электрод: .

L – индуктивность катушки, I – ток в обмотке.

Если по катушке пропустить переменный ток , то для мгновенного значения вращающего момента получаем:             Измерительный механизм реагирует на среднее значение вращающего момента:

где - среднеквадратическое значение тока; Т - период переменного тока.

            Угол отклонения подвижной части ИМ определяется из равенства

откуда (4.15)

            Шкала электромагнитного прибора в начале сжата, а в конце растянута. Выбором формы сердечника ИМ можно получить почти равномерную шкалу. Так как, то знак угла поворота не зависит от направления тока в катушке, поэтому можно измерять в цепях переменного и постоянного тока. Для обеспечения зависимости направления перемещения подвижной части от полярности сигнала в обмотке возбуждения в магнитную цепь ИМ вводят постоянные магниты, создающие подмагничивание подвижного элемента. Такой механизм называется поляризованным.

(рисунок стр. 32)

Недостатки: низкая чувствительность и точность, значительное собственное потребление (до нескольких ватт), подверженность влиянию частоты внешних магнитных полей и температуры.

В качестве достоинств: постоянный и переменный ток, устойчивость к токовым перегрузкам, простота конструкции и невысокая стоимость.

            Используется в щитовых амперметрах и вольтметрах класса точности 1,0 и более низких классов для измерений цепях переменного тока.