Электроизмерительные приборы: Методические указания к выполнению лабораторной работы, страница 3

Работа данных ИМ основана на взаимодействии магнитного поля по-
■             стоянного магнита и измеряемого тока, проходящего по обмотке подвиж-

ной катушки (рамки, состоящей из а> витков). На рис. 1 показано устрой­
ство магнитоэлектрического ИМ.                                             '

Рис.1:1 - постоянный магнит, 2 - магнитопровод, 3 - полюсные наконечники, 4 — неподвижный ферромагнитный сердечник, 5 — спиральная пружина,

6 - подвижная рамка, 7 - рабочий воздушный зазор, 8 - указатель. :.

Ток в подвижной рамке подводится через две спиральные пружины. При протекании через рамку тока i возникает вращающий момент, мгно­венное значение которого М определяется выражением (10). Рамка пере­мещается в узком воздушном зазоре, в котором создается однородное маг­нитное поле. При протекании по рамке постоянного тока на ее боковые стороны действуют силы Ампера, равные по величине и направленные в противоположные стороны, которые создают вращающий момент, приво­дящий к повороту рамки на угола. Энергия магнитного поля, сцепляюще­гося с рамкой, складывается из потенциальной энергии магнитного диполя

(рамки с током), находящегося в поле постоянного магнита W_l —Ц/ -I и энергии собственного магнитного поля рамки W₂ = —:

(17)

где у/ = Фп - потокосцеплениерамки; л - число витков обмотки рамки; L - собственная индуктивность рамки.

По определению, магнитный поток Ф, пронизывающий плоскость S одно­го витка рамки, определяется по формуле:

0 = B-Scos/) = BSsina,                                       (18)

где В - магнитная индукция поля постоянного магнита; S - площадь одного витка катушки;

р - острый угол между вектором В и нормалью к плоскости контура л; а - острый угол между вектором В и плоскостью контура. Для малых и средних углов (18) можно записать в виде:

0 = BSa.                                                   (19)

С учетом (19) магнитную энергию рамки с током (17) можно запи­сать:

 (20)

Тогда, согласно (10), вращающий момент М_вр запишется:

 (21)

Приравнивая (21) к (12), получим уравнение шкалы магнитоэлектри­ческого ИМ:

 (22)

где 5 - чувствительность магнитоэлектрического ИМ к протеканию через него постоянного тока i.

В общем случае под чувствительностью преобразователя S понима­ют предел отношения изменения выходной величины Д а к вызвавшей это изменение величины Ai приД/-»0,т.е.:

 (23)

Как следует из (23), чувствительность ИМ пропорциональна магнит­ной индукции В в воздушном зазоре, а также числу витков п и площади S одного витка рамки.

Обмотка рамки магнитоэлектрического ИМ рассчитана на ток не выше нескольких десятков миллиампер. При необходимости измерять больший ток, т.е. использовать прибор как амперметр, параллельно рамке включается малое активное сопротивление (шунт), позволяющее расши­рить пределы измерения тока. Пусть внутреннее сопротивление ИМ равно г_в (сопротивление подводящих проводов и рамки), значение номинального тока 1„. Рассчитаем сопротивление шунта г_ш такое,чтобы в неразветвлен-ной ветви (рис.1) протекал ток силой 1_п) , при котором стрелка ИМ откло­нилась бы на всю шкалу.

Поскольку на параллельных ветвях ИМ и шунта напряжение одина­ково, то можно записать:

(24)

Согласно первому правилу Кирхгофа, ток в узле а разветвляется на

ток1„ и ток шунта 1_Ш:

 (25)

Подставляя сюда »„ из (26) для сопротивления г_ш, получим:

 (26)

При измерениях амперметр включается в цепь последовательно с на­грузкой (потребителем электроэнергии). Для уменьшения потерь мощно­сти в амперметре, его сопротивление должно быть мало по

сравнению с сопротивлением нагрузки. В многопредельных амперметрах имеется набор шунтов, которые можно переключать в зависимости от ве­личины измеряемого тока.

Магнитоэлектрический ИМ можно использовать и как вольтметр, подключая его параллельно нагрузке. Но, поскольку его внутреннее сопро­тивление г, мало (несколько Ом), то его можно использовать только как милливольтметр с номинальным значением напряжения U_H. Для расшире­ния пределов его измерения, а также для уменьшения потерь мощности в вольтметре, последовательно с ним включается добавочное сопротивление г_д (активное сопротивление от сотен кОм до десятков МОм). Если i_H есть