Магнітоелектричні гальванометри

Гальванометрами називають магнітоелектричні прилади з високою чутливістю до струму або напруги. Рухома частина їх закріплюється найчастіше на розтяжках або підвісах. Шкали гальванометрів або зовсім не градуйовані, або градуйовані орієнтовно. Гальванометри використовують для вимірювання досить малих (до 10^‑12 А) струмів та (до 10^‑8 В) напруг, а також для вимірювання кількості електрики в імпульсі. Останні називаються балістичними гальванометрами. Дуже широко гальванометри застосовуються як нуль-індикатори в приладах порівняння.

Гальванометри за способом відліку поділяються на стрілкові та дзеркальні (тобто із світловим відліком). У деяких дзеркальних гальванометрів використовуються окремі від всього приладу (так звані виносні) шкали. Чутливість таких приладів не є постійною величиною, вона залежить від установленої відстані між шкалою та дзеркалом, яке закріплене на рухомій частині механізму.

Рамка в гальванометрах виконується безкаркасною, повітряні заспокоювачі відсутні, тому режим руху рухомої частини визначається як характеристиками механізму, так і опором зовнішнього кола.

Розглянемо це питання трохи докладніше. Висновки з цього розгляду будуть корисні при вивченні принципу роботи балістичного гальванометра. Уявимо собі, що гальванометр вмикається на струм І, при цьому припускаємо, що струм в колі гальванометра стрибком зростає від нуля до значення І. Як буде рухатись рухома частина гальванометра в динамічному режимі роботи?

Застосуємо раніше отримане рівняння руху (2.7) для магнітоелектричного гальванометра. При цьому маємо на увазі, що обертальний момент

. (2.18)

Моментом опору в лівій частині рівняння (2.7) знехтуємо тому, що рухома частина гальванометра установлена на розтяжках або підвісах, і момент опору в опорах відсутній.

Тоді диференціальне рівняння для магнітоелектричного гальванометра матиме вигляд

. (2.19)

Для магнітоелектричних ВП момент заспокоєння М_з складається з двох частин – повітряного моменту заспокоєння М_п, який виникає в результаті тертя рамки об повітря, та індукційного моменту заспокоєння М_і, який виникає в результаті взаємодії струму, індукованого в рамці при її русі в проміжку, з магнітним потоком постійного магніту: М_з = М_і + М_п. Момент повітряного заспокоєння М_п<< М_і, тому ним у першому наближенні можна знехтувати і вважати М_з = М_і. Розглянемо, від чого залежить індукційний момент заспокоєння.

При русі рамки в її витках виникає е.р.с.

(2.20)

Ця е.р.с. створює в колі гальванометра струм

(2.21)

де R_г – опір рамки гальванометра; R_з – опір зовнішнього кола, на яке замкнута рамка гальванометра.

Від взаємодії струму із потоком виникає індукційний момент заспокоєння:

(2.22)

де [Y₀²/(R_г + R_з)] = P_i – коефіцієнт індукційного заспокоєння, який набагато більший за коефіцієнт повітряного заспокоєння P_п.

Тому можна вважати остаточним коефіцієнт заспокоєння Р» Р_і. Тоді рівняння руху матиме вигляд

(2.23)

Рівняння (2.23) описує рух рухомої частини гальванометра (і взагалі будь-якого магнітоелектричного механізму з внутрішньорамковим магнітом). Це рівняння – диференціальне другого порядку, лінійне, неоднорідне. Для нього характеристичне рівняння буде таким:

. (2.24)

Корені цього характеристичного рівняння

і (2.25)

в залежності від співвідношення (P_i/2J)² і W_пт/J можуть бути дійсні різні, дійсні рівні та комплексно-спряжені. J та W_пт – конструктивні параметри, їх змінити не можна, а Р_i залежить від опору зовнішнього кола, отже, змінюючи опір зовнішнього кола, можна змінювати режим руху рухомої частини. Коли (P_i/2J)² > W/J, тобто коли коефіцієнт заспокоєння Р_i великий, а зовнішній опір малий, характер руху аперіодичний перезаспокоєний (крива 1 на рис. 2.7).

Рисунок 2.7

При великому R_з характер руху коливальний недозаспокоєний (крива 2 на рис. 2.7). При опорі зовнішнього кола R_з = R_кр, який називається критичним, рухома частина заспокоюється, тобто зупиняється, повернувшись на кут a_уст за мінімально короткий час t_кр. Режим руху в цьому випадку також називається критичним (крива 3 на рис. 2.7).

Дата добавления: 2014-10-22