Магнитоэлектрический логометр с неподвижным магнитом и подвижными рамками

К логометрам относится значительная группа измерительных механизмов различных систем. На основе логометрических измерительных механизмов созданы приборы непосредственной оценки для измерения сопротивлений, частоты, емкости и других элек­трических величин, функционально не связанных с напряжением.

На летательных аппаратах логометры используются для измерения неэлектрических величин: давлений в различных системах, температур сред, запаса топлива и т. п.

Магнитоэлектрические логометры делятся на две группы:

логометры с неподвижным магнитом и подвижными рамками;

логометры с неподвижными рамками и поворотным магнитом.

От рассмотренного выше (см. рис. 1.1) однорамочного измерительного механизма логометры отличаются тем, что имеют не менее двух рамок.

Логометры с неподвижным магнитом и подвижными рамками имеют несколько конструктивных разновидностей:

с подковообразным постоянным магнитом и эллиптическим ферромагнитным сердечником (рис. 1.15);

с внутрирамочным эллиптическим магнитом и цилиндрическим сердечником и т. п.

Независимо от типа конструкции в магнитоэлектрических логометрах выдерживается один принцип - распределение магнитной индукции в воздушном зазоре должно быть неравномерным, т. е. B = f(α). Напомним, что в однорамочном магнитоэлектрическом измерительном механизме воздушный зазор между полюсными наконечниками и железным сердечником равномерен и B = const.

Выбор конструкции механизма обусловлен уравнением шкалы, которую необходимо получить для измерения той или иной величины.

Вторая особенность логометров состоит в том, что рамки пи­таются от одного источника напряжения. Ток к рамкам подво­дится через токоподводящие практически безмоментные пружины.

Отсюда - два вывода:

логометр не имеет корректора (и корректорного винта на лицевой панели);

в обесточенном состоянии подвижная система логометра может находиться, в принципе, в произвольном положении, т. е. не на нулевой отметке шкалы.

Рисунок 1.15 – Устройство магнитоэлектрического логометра с неподвижным магнитом

При протекании по рамкам тока пара сил (рис. 1.15), действующих на рамку 1-1, создает момент М₁,направленный по часовой стрелке.

Пара сил, действующих на рамку 2-2,создает момент М₂,направленный против часовой стрелки.

Если в однорамочном измерительном механизме вращающий момент определялся выражением ,то в логометре из-за неравномерного воздушного зазора эта зависимость будет иной, так как величина магнитной индукции в воздушном зазоре зависит от угла поворота рамок, т. е. B₁ = f(α) и B₂ = f(α).

Если обе рамки расположены симметрично относительно оси ОО',то магнитные индукции равны: B₁ = В₂.

При повороте подвижной системы, например по часовой стрелке, воздушный зазор для рамки 2-2 начнет уменьшаться и индукция В₂ начнет возрастать. Одновременно для рамки 1 - 1 зазор увеличивается, а индукция B₁ - уменьшается.

Изменяя форму сердечников и полюсных наконечников, т. е. применяя различные конструкции магнитных цепей, создают различные законы изменения магнитной индукции.

Так как в логометре магнитная индукция функционально связана с углом поворота, т. е. B = f(α), то момент, создаваемый рамкой 1-1,определится в виде

. (1.13)

Аналогично момент, создаваемый рамкой 2-2:

. (1.14)

Если считать, что одна рамка создает вращающий момент, а другая - противодействующий, то оба момента в механизме создаются одним способом - за счет взаимодействия рамки с током в магнитном поле. Отсюда и другое название механизма - прибор без механического противодействующего устройства.

Преддоложим, что при неизменном токе I₂ = const ток в рамке 1 - 1 увеличился. Согласно уравнению (1.13) момент М₁ возрастет и подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке. Магнитная индукция В₁ в зазоре рамки 1-1 уменьшится, а магнитная индукция В₂ возрастет. В новом положении подвижной системы наступит равенство моментов М₁ = М₂.

Приравняем правые части выражений (1.13) и (1.14)

и полученному выражению придадим вид отношения

. (1.15)

Рисунок 1.16 – График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре магнитоэлектрического логометра

Из графика на рис. 1.16 видно, что законы изменения магнитных индукций В₁ и В₂ от угла поворота различны. Следовательно, отношение этих величин есть функция, зависящая от угла по­ворота, т. е.

.

Тогда уравнение (1.15) примет вид

. (1.16)

Разрешая уравнение (1.16) относительно угла поворота подвижной системы, получим общее уравнение шкалы логометра

. (1.17)

Из выражения (1.17) видно, что угол поворота подвижной системы логометра пропорционален отношению токов, протекающих по его рамкам (но не величине тока, как это имело место в однорамочном механизме).

Напомним, что рамки логометров питаются от общего источника. Если при неизменном значении измеряемого параметра изменится напряжение питания, то согласно закону Ома в одина­ковой степени изменятся токи, протекающие по рамкам, а их отношение (и угол поворота подвижной системы) останется неизменным.

Независимость показаний логометра от колебаний напряжения источника питания является ценным свойством измерительного механизма.

Рассмотренные выше особенности магнитоэлектрического логометра с неподвижным магнитом и подвижными рамками являются общими для логометров других систем и конструкций.

Рассмотрим примеры использования данного измерительного механизма для измерения физических величин.

Кроме измерения сопротивлений проводников и приемников (единицы, десятки и сотни Ом) на практике необходимо проверять качество изоляции электрических сетей и электрических устройств. В этих случаях речь идет о сопротивлениях в тысячи и миллионы Ом. Измерить такие сопротивления обычным омметром не представляется возможным, так как напряжение его низковольтного источника недостаточно для работы измерительного механизма. Кроме того, по требованиям техники безопасности измерение сопротивления изоляции должно производиться с ее одновременным испытанием на электрическую прочность, т. е. под напряжением, большим номинального напряжения устройства.

В промышленных приборах, предназначенных для измерения больших по величине сопротивлений, мегаом метр ах вместо низковольтных химических источников тока применяют высоковольтные (от 100 до 2500 В) генераторы постоянного тока, роторы которых приводятся во вращение от руки.

Из-за различной частоты вращения напряжение, выдаваемое генератором, оказывается меняющимся и применить в приборе однорамочный магнитоэлектрический измерительный механизм нельзя, так как его показания будут зависеть не только от величины измеряемого сопротивления, но и частоты вращения ротора генератора.

В качестве указателя в промышленных мегаомметрах применяют магнитоэлектрический логометр с подвижными рамками и неподвижным магнитом (рис. 1.17).

Рисунок 1.17 – Схема мегаомметра

Обе рамки подключаются параллельно к генератору постоян­ного тока Г. В цепь рамки 2-2 включено добавочное сопротивление R_д, а в цепь рамки 1-1 - измеряемое сопротивление R_x.

При постоянной частоте вращения ротора генератора ток I₂ является величиной постоянной, а ток I₁ зависит от величины сопротивления R_x. Отношение токов I₁/I₂ оказывается функционально связанным с величиной измеряемого сопротивления, и уравнение шкалы прибора имеет вид

. (1.17)

Изменение скорости вращения ротора генератора (при R_x = const) вызовет изменение обоих токов в одинаковой степени, а их отношение останется неизменным, т. е. колебания напряжения источника не будут влиять на точность измерения.

В авиационных топливомерах в качестве указателя применяют логометр с поворотными рамками и регулируемым резистором R, включенным по схеме делителя тока (рис. 1.18).

Рисунок 1.18 - Схема авиационного топливомера с магнитоэлектрическим логометром

Прибор питается от бортовой сети постоянного тока. В цепи обеих рамок оказывается включенным часть сопротивления резистора R.

Общий ток, потребляемый прибором, в точке А разветвляется (делится) на два тока: ток I₁ и ток I₂, которые протекают по соответствующим рамкам (отсюда и название схемы - делитель тока).

Если ползунок С находится в среднем положении, сопротивления обеих частей делителя равны, равны и токи I₁ и I₂, отношение токов I₁ / I₂ = l и подвижная система логометра находится в среднем положении.

При заполнении бака топливом ползунок С перемещается по схеме вправо, сопротивление в цепи первой рамки уменьшается, а в цепи второй - увеличивается. В итоге меняются оба тока, их отношение и угол поворота подвижной системы логометра. Здесь токи рамок функционально связаны с количеством топлива Q и уравнение шкалы имеет вид

. (1.18)

Изменение напряжения в бортовой сети (при Q = const) в одинаковой степени изменит токи в рамках, а их отношение (и угол поворота подвижной системы) останется без изменения.

Рассмотренная конструкция магнитоэлектрического логометра имеет два существенных недостатка:

наличие подковообразного постоянного магнита увеличивает массу и габариты прибора;

наличие токоподводящих пружин уменьшает устойчивость прибора к электрическим перегрузкам и механическим воздействиям (тряскам, вибрациям, ударам).

В авиационных приборах более широкое применение получили магнитоэлектрические логометры другого типа - с неподвижными рамками и поворотным магнитом.

Дата добавления: 2014-11-08