Лекция 8. Магнитоэлектрические приборы презентация

Лекция 8 Магнитоэлектрические приборы

Моменты сил, действующие на механическую систему В магнитоэлектрическом измерительном механизме вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, выполненного в виде катушки-рамки, причём подвижными могут быть как магниты, так и катушки с подвижной катушкой .

Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма (ИМ)

В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником устанавливается рамка. Ее полуоси вставляются в стеклянные или агатовые подшипники. В каждый момент времени рамка находится под действием двух противоположно направленных вращающих моментов: один из которых (электрический) пропорционален току i, протекающему через обмотку, а другой (создаваемый механически) пропорционален углу поворота рамки α. Если ток i не изменяется во времени (постоянное значение I), то устанавливается стационарный угол отклонения, пропорциональный току I (указатель неподвижен). Если сила тока изменяется во времени, то возникающий электрический момент изменяется без инерционно вслед за силой тока, устанавливающийся угол поворота α определяется передаточной функцией механической системы.

Создание вращающего момента

Создание вращающего момента При протекании по катушке тока I возникают силы F, стремящиеся повернуть катушку так, чтобы её плоскость стала перпендикулярна направлению О-О. Сила F, действующая на один проводник равна: где В – индукция магнитного поля в воздушном зазоре; l – длина активной стороны катушки, пересекающей линии магнитного поля; I – ток в проводнике.

Создание вращающего момента Момент силы, действующей на каждый проводник катушки, равен где - расстояние проводника до оси вращения катушки. Суммарный вращающий момент, действующий на все проводники: где n – число витков; множитель "2" учитывает образование пары сил, действующей на каждый проводник; s - площадь катушки.

Установившееся положение Противодействующий момент создается спиральными пружинами и равен: где W – удельный противодействующий момент; α – угол поворота подвижной части ИМ. При равенстве Мвр = Мпр подвижная часть ИМ занимает установившееся положение. При этом: Из последнего выражения получают зависимость α от тока, протекающего по катушке, называемое уравнением шкалы.

Уравнение шкалы Уравнение шкалы магнитоэлектрического измерительного прибора:

Ограничение по частоте Если ток имеет синусоидальную форму, то мгновенный вращающий момент равен . Работа механизма зависит от соотношения частоты тока ω и частоты собственных колебаний ω0 подвижной части механизма.

Ограничение по частоте У измерительных механизмов магнитоэлектрических приборов (амперметров и вольтметров) период собственных колебаний подвижной части составляет примерно 1с (ω0 = 6,28 с-1). следовательно, отклонение подвижной части при частоте тока в катушке более 10 Гц практически равно 0. Поэтому приборы с таким измерительным механизмом применяют в цепях постоянного тока или при очень медленных изменениях тока.

Применение магнитоэлектрического измерительного механизма На основе магнитоэлектрического ИМ созданы различные измерительные приборы: - приборы для измерения постоянных и переменных токов и напряжений, - омметры, - частотомеры, - фазометры. ИМ также используется в электронных аналоговых вольтметрах Наибольшее распространение получили приборы для измерения силы тока и напряжения.

Измерение тока В микро- и миллиамперметрах , предназначенных для измерения тока менее 30 мА, измерительная цепь состоит из катушки и пружин, через которые подводится ток к катушке. Сопротивление Rим цепи ИМ равно: , где R – сопротивление катушки; Rпр – сопротивление пружинок.

Использование шунта Значение тока полного отклонения Iпо ограничено влиянием его теплового действия на упругие свойства пружинок. Для расширения пределов измерений используется шунт , обеспечивающий преобразование измеряемого тока в ток Iим через измерительный механизм, не превышающий ток полного отклонения Iпо.

Использование шунта

Использование шунта Если сопротивление шунта совместно с сопротивлением ИМ рассматривать как делитель тока с коэффициентом деления (шунтирования) n = I / Iим , то его сопротивление определится следующим выражением:

Шунт Шунт изготавливают из манганина – материала с малым температурным коэффициентом. Чем больше измеряемый ток, тем меньше сопротивление шунта. При токах более 1А сопротивление шунта составляет сотые и тысячные доли Ома.

Схема трёхпредельного амперметра Схема трёх предельного амперметра со ступенчатыми шунтами:

Схема однопредельного вольтметра В магнитоэлектрических вольтметрах измеряемое напряжение Ux преобразуется в ток.

Расчет добавочного сопротивления Предел измерения Uк вольтметра зависит от тока полного отклонения Iпо и внутреннего сопротивления RV : Uк = Iпо (RД+Rим ). Откуда

Схема трехпредельного вольтметра

Расширение диапазона измерений магнитоэлектрических вольтметров Добавочные сопротивления изготавливаются из манганинового провода. Они могут быть внутренние (до 600 В) и наружные (до 1500 В). Диапазон измерений магнитоэлектрических вольтметров от мкВ до 1500 В.

Достоинства магнитоэлектрических приборов 1 Высокая точность (наилучший класс точности – 0,05). Высокая точность объясняется рядом причин: - высокая стабильность элементов измерительного механизма; - наличие равномерной шкалы уменьшает погрешность градуировки и отсчёта; - внешние электрические поля на работу прибора практически не влияют; - внешние магнитные поля незначительно влияют на показания, так как собственное поле достаточно сильное; - температурные погрешности компенсируются с помощью специальных схем.

Достоинства магнитоэлектрических приборов 2 Малое собственное потребление мощности (мВт). Следовательно, эти приборы оказывают малое влияние при подключении к объекту измерения. 3 Высокая чувствительность. Известны микроамперметры с током полного отклонения 0,1мкА.

Недостатки магнитоэлектрических приборов - невысокая перегрузочная способность (при перегрузке перегорают токоподводящие пружинки); - их можно применять только для измерений в цепях постоянного или медленно меняющегося тока (<1 Гц)