Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

электромагнитной энергии We системы по углу поворота. Выраже­ ние для электромагнитной энергии катушки, по обмотке которой про­ текает ток, можно представить следующим образом:

W=

е2 '

где L — индуктивность катушки, зависящая от положения сердеч­ ника; / — ток в обмотке.

Выражение для вращающего момента будет

Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов (пружин или растяжек), то для режима установившегося отклонения можно написать

откуда

противодействующим моментом, применяют также электромагнит­ ные логометры.

, Устройство измерительного механизма двухмоментного электро­ магнитного логометра с катушками А ц Б представлено на рис. 32. Сердечники на оси укреплены так, что при повороте подвижной части в некоторых пределах индуктивность одной катушки увеличи­ вается, а другой — уменьшается, вследствие чего вращающие мо­ менты направлены в противоположные стороны. Взаимным влиянием

73

одной катушки на другую пренебрегаем. Для статического равнове­ сия можем написать

Главными достоинствами электромаг­ нитных приборов являются: простота кон­ струкции и, как следствие, дешевизна и надежность в работе; способность выдер­ живать большие перегрузки, что объяс­ няется отсутствием токоподводов к по­

движной части; возможность применения для измерений в цепях постоянного и переменного тока (отдельных приборов до частоты порядка 10 ООО Гц).

К недостаткам приборов относятся относительно малые точность

ичувствительность. Чувствительность повышают путем применения растяжек и светового отсчета, а погрешности снижаются благодаря использованию специальных магнитных материалов для сердечников

иэффективных способов защиты от влияния внешних магнитных по­ лей.

Электродинамические измерительные механизмы. В электродина­ мических измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и под­ вижной катушек с токами. За рис. 33 показано устройство электро­ динамического измерительного механизма.

74

Неподвижная катушка 1 обычно состоит из двух одинаковых ча­ стей, разделенных воздушным зазором. От расстояния между ка­ тушками зависит до некоторой степени конфигурация магнитного поля, что, как увидим далее, влияет на характер шкалы. Кроме того, разделение неподвижной катушки на две удобно и. в конструктивном отношении, так как позволяет помещать между ними ось подвижной части прибора. Неподвижные катушки изготовляют из медного про­ вода, наматывая его на изоляционный каркас. Подвижная катушка 2 выполняется обычно бескаркасной из медного или алюминиевого провода. Наиболее употребительными формами катушек являются круглая и прямоугольная. Ось подвижной части может быть сквоз­ ной, как это показано на рис. 33, или состоять из двух полуосей, закрепленных на катушке в диамет­ рально противоположных местах при помощи букс. Для включения об­ мотки подвижной катушки в цепь измеряемого тока используются пру­ жинки или растяжки, как у магнито­ электрических измерительных меха­ низмов.

как экраны защищают катушки от полей рассеяния тормозного магнита. Астазирование применяется обычно в том случае, если по­ грешности, возникающие от наличия экрана, например погрешности от вихревых токов в экране, являются значительными. Поэтому приборы, предназначенные для работы при частоте в несколько тысяч герц, часто выполняются астатическими.

Нужная степень успокоения обеспечивается воздушным успокои­ телем, состоящим из алюминиевого крыла 3 и камеры 4.

При наличии тока в обмотках катушек измерительного механизма возникают силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки неподвижных и подвижной катушек сов­ пали (рис. 34).

Определим вращающий момент электродинамического измеритель­ ного механизма как производную от энергии системы по углу пово­ рота подвижной части.

Как известно, электромагнитная энергия двух контуров с токами

где L x и Ln — индуктивности неподвижных и подвижных катушек; Л/ца — взаимная индуктивность между ними.

75

Индуктивности катушек не зависят от угла поворота, поэтому

Если противодействующий момент создается упругими элемен­ тами, то для ре'жима установившегося отклонения получим

знак угла отклонения не меняется. Поэтому приборы электродина­ мической системы могут применяться для измерений как в цепях переменного, так и в цепях постоянного тока.

2. Характер шкалы прибора зависит от произведения токов и от закона изменения взаимной индуктивности между неподвижными и подвижной катушками, т. е. от формы катушек и их взаимного

расположения. Меняя — , можно несколько улучшить шкалу,

однако полностью равномерной для электродинамических ампер­ метров и вольтметров ее сделать не удается.

Уравнение (62) является общим для разных конструкций электродинамиче­ ских измерителей механизмов. Конкретизируем его для наиболее часто встре­

постоянного тока. Определим вращающий момент в соответствии с уравнением (61). Д л я этого надо найти взаимную индуктивность МѴ2 и определить значение ее производной по углу поворота. Воспользуемся выражением для потокосцеплення

76

Перейдем к рассмотрению случая включения измерительного ме­ ханизма в цепь переменного тока. Пусть по катушкам протекают токи, сдвинутые по фазе на угол ср:

іі = I l m sin at и i2 — I % m sin (at — ф). Мгновенное значение вращающего момента

Из-за своей инерции подвижная часть не успевает следовать за мгновенными изменениями момента, а реагирует на среднее значе­ ние его, определяемое как

тт

Выражение (63а) показывает, что при включении электродинами­ ческого измерительного механизма в цепь переменного тока вращаю­ щий момент, а следовательно, и угол отклонения определяются про­ изведением действующих значений токов в обмотках на косинус угла между ними.

Для создания вращающего момента в электродинамических из­ мерительных механизмах не используются ферромагнитные и вообще металлические элементы. Момент создается магнитными потоками, действующими в воздухе. Это исключает возможность возникнове­ ния различного рода погрешностей, связанных с появлением вих­ ревых токов, гистерезисом и т. п. Такие явления особенно в цепях переменного тока разной частоты трудно рассчитать или скомпенси­ ровать. Благодаря этой особенности электродинамические приборы могут быть выполнены одними из самых точных среди применяемых в настоящее время систем на переменном токе.

и 0,5. В качестве щитовых электродинамические приборы почти не применяются. Недостатком электродинамических приборов является

77