Приборы магнитоэлектрической системы

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии рамки с током с магнитным полем постоянного магнита (рис. 1).

Полюсные наконечники магнита 2 служат для создания однородного магнитного поля, в котором может поворачиваться вокруг своей оси 5 легкая алюминиевая рамка 1, которая содержит обмотку. Измеряемый ток, при подключении прибора через клеммы 4, проходит в рамку через спиральные пружины 3, которые одновременно служат для создания противодействующего момента.

При протекании тока через рамку возникают силы, создающие вращательный момент, который по мере ее поворота уравновешивается механическим противодействующим моментом, создаваемым пружинами.

Если по обмотке с числом витков w протекает ток I, то создается вращающий момент

(4)

где

B - магнитная индукция в зазоре, в котором вращается рамка;

S - площадь рамки.

Так как величины B, w и S для данного прибора постоянные, то их произведение дает также постоянную величину. Следовательно, можно записать: М_ВР = k₁ I.

Под действием этого вращающего момента рамка поворачивается на угол α и закручивает спиральную пружину, которая создает противодействующий момент

(5)

где k₂ - постоянная, характеризующая жесткость пружины.

При некотором угле поворота рамки противодействующий момент пружины будет равен вращающему моменту, т. е.

Обозначив, получим

(6)

где k - постоянная данного прибора по току, которая называется чувствительностью прибора.

Таким образом, угол поворота стрелки 6 магнитоэлектрического прибора пропорционален току в рамке и шкала 7 такого прибора равномерна.

Механизм магнитоэлектрического прибора обычно используется для изготовления гальванометра и амперметра (рис. 2). Но ток, проходя по обмотке рамки, создает на ней падение напряжения U = I R, равное напряжению, приложенному к прибору, и угол поворота стрелки будет пропорционален этому напряжению:

постоянная прибора по напряжению.

Отсюда следует, что магнитоэлектрический механизм можно использовать и для изготовления вольтметра. Так как сопротивление вольтметра должно быть достаточно большим, то в вольтметре магнитоэлектрической системы последовательно с обмоткой включают добавочный резистор с большим сопротивлением. Меняя величину добавочного резистора, можно уменьшать или увеличивать предел измерения напряжения.

Если магнитоэлектрический прибор используют для измерения сравнительно больших токов, то параллельно рамке присоединяют резистор, называемый шунтом. В этом случае через измерительный прибор идет только часть измеряемого тока, и предел измерения по току расширяется.

Магнитоэлектрические приборы пригодны только для измерения в цепях постоянного тока. При включении их в цепь переменного тока применяют преобразовательные устройства (выпрямители, термоэлектрические преобразователи и т. д.).

Детекторный прибор — совокупность выпрямителя (детектора) и магнитоэлектрического измерителя. Такое сочетание вызвано необходимостью измерений малых токов и напряжений переменного тока. Наибольшее распространение получила мостовая схема с двухполупериодным выпрямителем (рис. 3). Если в этой схеме подобрать все четыре диода одинаковыми, то сопротивления переменному току по обоим направлениям также будут одинаковыми. Через прибор проходит ток в обе половины периода в одном направлении, вдвое увеличивая значение вращающего момента.

Детекторные приборы широко применяют для измерений переменных токов и напряжений и часто используют в комбинированных приборах - авометрах (ампервольтомметрах), рис. 4.

В отличие от приборов переменного тока всех других систем детекторные приборы измеряют среднее, а не действующее значение переменного тока и напряжения. Градуируют шкалы этих приборов в действующих значениях, поэтому детекторные приборы не пригодны для измерений в цепях несинусоидальных токов.

Магнитоэлектрические приборы обладают высокой точностью и чувствительностью, равномерной шкалой, низкой восприимчивостью к изменениям температуры окружающей среды и внешним магнитным полям, малым потреблением энергии. Недостатки таких приборов — пригодность только для постоянных токов (для переменных токов нужны дополнительные устройства), большая чувствительность к перегрузкам, сложность конструкции и высокая стоимость.