Електромагнітні вимірювальні прилади

Принцип роботи електромагнітних (ЕМ) вимірювальних механізмів базується на взаємодії магнітного поля котушки зі струмом і феромагнітним рухомим елементом. Схема будови ЕМ вимірювального механізму наведена на рис.4.7.

  Рис.4.7. Схематична будова електромагнітного вимірювального приладу

Вимірювальний обертальний момент в ЕМ приладах створюється дією магнітного поля котушки 1, витками якої протікає вимірювальний струм, на рухоме феромагнітне (пермалоєве) крильце 2, ексцентрично насаджене на вісь 4 приладу. Момент протидії створюється спіральною пружиною 3. балансири 5 зрівноважують ексцентричне крильце 2 та стрілку-покажчик 6. Заспокоювач 7 є пневматичним демпфером.

При протіканні через котушку 1 струму і крильце 2 втягується всередину котушки до тих пір, поки момент протидії, створюваний пружиною 3, не зупинить його. Енергія магнітного поля котуш-

ки зі струмом , де L - індуктивність котушки 1 з феромагнітним осердям 2. Обертальний момент, що виникає в ЕМ вимірювальному механізмі:

(4.10)

У випадку постійного струму І обертальний момент буде:

. (4.11)

якщо струм і синусоїдальний, то вираз для миттєвого обертального моменту матиме вигляд:

(4.12)

Як видно з останнього виразу, обертальний момент у випадку синусоїдального струму має і гармонічну і постійну складові. В реальних ЕМ вимірювальних приладах, які використовуються для роботи в колах струмів промислової або ще вищих частот, кут відхилення їх рухомої частини визначається постійною складовою моменту, яка може бути записаною в такому вигляді:

,

де І² - діючий (середньоквадратичний, або ефективний) струм.

Для загального вигляду струму складної форми: , обертальний момент буде мати вигляд: ,

де - квадрат діючого значення струму складної форми; І₀, І₁, І₂,... - постійна та гармонічні складові струму складної форми.

Кут відхилення рухомої частини механізму визначається рівністю моментів обертального та протидії М_і = М_a, звідки визначається рівняння шкали ЕМ приладу:

(4.13)

Як бачимо, шкала ЕМ приладу є квадратичною, а отже, нелінійною - на початковій своїй ділянці вона стиснута, а на кінцевій - розтягнута. Зрозуміло, що зручніше працювати з рівномірною (лінійною) шкалою (з такою, як у МЕ приладів). Одначе, і у випадку ЕМ приладу нелінійність шкали можна суттєво зменшити. Така можливість реалізується шляхом підбору належної геометричної форми рухомого крильця 2, з тим, щоб нелінійністю множника у виразі (4.13) можна було компенсувати нелінійність множника І². Зрозуміло, що повністю лінеаризувати шкалу таким чином неможливо, одначе в середній частині діапазону вимірюваних значень, вдається досягти задовільної “лінійності” перетворення І(a).

До переваг ЕМ вимірювальних приладів слід віднести простоту їх конструкції, а отже і невисоку їх вартість, та надійність роботи. Ці прилади добре витримують перевантаження, є однаково придатними для вимірювання і постійного і змінних (до 10 кГц) струмів.

Як недоліки таких приладів, можна відзначити їх невисоку чутливість (або іншими словами, вони мають велику власну потужність споживання), невисоку точність (на результатах вимірювання відбивається явище гістерезису в феромагнітному крильці), вразливість збоку зовнішніх магнітних полів (із-за слабкого власного магнітного поля).

Як правило, ЕМ прилади застосовують як вимірювачі струмів та напруг переважно в ланцюгах змінного струму промислової частоти в якості щитових приладів класів 1,0 та 1,5, а також лабораторних багатодіапазонних приладів класів1,0 і 0,5. Використовувати їх для вимірювань в колах підвищеної і високої частоти неприпустимо із-за великих додаткових частотних похибок.

Дата добавления: 2014-01-07