Аналоговые измерительные устройства

В настоящее время применяется большое число различных типов электромагнитных приборов, которые различаются по назначению, конструкции ИМ, форме катушек и сердечников и т. д.

В зависимости от инерционности подвижной части или частоты ее собственных колебаний все электромагнитные приборы разде­ляются на две группы: резонансные и нерезонансные. Резонансные работают только на переменном токе.  В нерезонансных приборах момент инерции подвижной части значителен, и смещение подвижной части пропорционально квадрату действующего значения тока.

Обе группы приборов делятся на две подгруппы: поляризован­ные и неполяризованные. В поляризованных приборах кроме намагничивающей катушки имеется постоянный магнит. Поляри­зованные нерезонансные приборы не обладают высокой точностью. Из резонансных приборов в основном применяются язычковые герцметры.

В зависимости от характера магнитной цепи нерезонансные приборы разделяются на приборы с магнитопроводом, условно называемым замкнутым, и без магнитопровода. Приборы с магнитопроводом имеют меньшее собственное потребление мощности, но вместе с этим и значительные погрешности из-за потерь в магнитопроводе от вихревых токов и гистерезиса.  Приборы без магнитопровода имеют малое собственное магнитное поле и большую зависимость показаний от влияния внешних магнитных полей и  позволяют создать приборы высокой точности для работы на постоянном и переменном токе. Эти приборы подразделяются на приборы отталкивающего и втяжного действия. В приборах первого типа расположенные внутри катушки с током ферромагнитные сердечники намагничиваются одноименно и отталкиваются друг от друга (рис. 3.9). 

                              а)                                                          б)

1 – катушка; 2 – подвижный сердечник;        1 – катушка; 2, 3 - призматические

3 – неподвижный сердечник; 4 – ось;             сердечники; 4 – ось; 5 – пружинка;

5 – пружинка; 6 - стрелка                                 6 - стрелка   

                                                Рис. 3.9.

В приборах второго типа подвижный ферромагнит­ный сердечник втягивается в магнитное поле катушки с током (рис. 3.10)

                             а)                                                     б)

1 – плоская катушка; 2 – сердечник;    1 – катушка; 2 – стержень;

3 – магнитный шунт; 4 – ось;                3, 5 – полюсные наконечники

                                                                 4 – сердечник.

                                              Рис. 3.10.

          В   настоящее  время  чаще  других  применяют  электромагнитные измерительные  механизмы  с  прямоугольными и круглыми  намагничивающими катушками,  призматическими  и  цилиндрическими  сердечниками.

При  прохождении  тока  J по  намагничивающей  катушке 1 в результате взаимодействия электромагнитного поля катушки и сердечника возникает вращающий момент М_ВР, который определяется по формуле

,                     (3.13)

где L –индуктивность катушки.

Противодействующий  момент может со­здаваться как с помощью спиральных пружинок так и электрическим способом (в электромагнитных логометрах), а успокоение подвижной части механизма осуществляется воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

При создании противодействующего момента с помощью пружинок получим уравнение преобразования электромагнитного прибора

.                        (3.14)

          Из выражения (3.14) следует, что угол отклонения подвижной части электромагнитного механизма не зависит от направления тока, и эти ИМ могут использоваться в цепях постоянного и переменного тока. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение тока (или напряжения).

Электромагнитный логометр содержит две катушки и два ферромагнитных сердечника, укрепленных на одной оси. Конструкция выполнена так, что при протекании токов J₁ и J₂ по катушкам движение одного из сердечников увеличивает индуктивность соответствующей катушки, а второго – уменьшает. Это приводит к тому, что вращающие моменты  будут направлены  в  противоположные  стороны, т. е. один  момент  будет  вращающим,  а  второй – противодействующим. Уравнение преобразования электромагнитного логометрического   измерительного   механизма   можно записать  как:

.                 (3.15)