Магнитоэлектрические измерительные механизмы кратко
Обновлено: 05.07.2024
Измерительный механизм — основная часть каждого измерительного прибора.
При воздействии на измерительный механизм измеряемой или функционально связанной с ней вспомогательной величины происходит перемещение его подвижной части. По углу поворота или по линейному перемещению подвижной части определяется значение измеряемой величины.
Магнитоэлектрический измерительный механизм
Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма (рис. 7-1) состоит из прямоугольной катушки (рамки) В. Обмотка рамки из тонкой изолированной медной проволоки наложена на алюминиевый каркас. На рамке укреплены две полуоси — керны, установлен ные в опорах. На одной из полуосей. укреплены стрелка и концы спиральных пружин, через которые ток подводится к обмотке рамки.
Боковые стороны рамки расположены в узком воздушном зазоре А между неподвижным стальным цилиндром В и олюсными башмаками N’ ,S’. Сильный постоянный магнит.
N, S создает в воздушном зазоре однородное радиальное магнитное поле.
На боковые стороны обмотки рамки, расположенные в магнитном поле, при наличии тока в обмотке, будет дейстовать пара сил F, F (рис. 7-2). Таким образом, создаётся
Рис. 7-1. Магнитоэлектрический измерительный механизм.
вращающий момент, пропорциональный току в рамке
где Ʀ — коэффициент пропорциональности.
Под действием этого момента рамка повернется на угол α, при котором вращающий момент уравновесится про тиводействующим моментом пружин, Последний пропорционален углу закручивания пружин Mпр = Dα
где D — коэффициент пропорциональности. Из равенства вращающего и противодействующего моментов
Dα = ƦI
находим выражение угла поворота рамки α = (Ʀ/D)I
из которого следует, что угол поворота пропорционален току.
Рис. 7-2. Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизме
Ток в катушке измерительного механизма
I = (D/Ʀ)α = Сα,
где С = D/Ʀ постоянная по току, известная для каждого прибора.
Таким образом, измеряемый ток определяется путем отсчета угла поворота рамки и умножения на постоянную прибора. Отсчет угла производится по указательной стрелке и шкале, укрепленной за концом стрелки.
Успокоителем называется приспособление, предназначенное для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих после включения прибора.
В магнитоэлектрическом измерительном механизме успокоителем является алюминиевый каркас рамки. При повороте подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас. В каркасе индуктируются токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение.
Рассматриваемый измерительный механизм в связи с малым сечением пружин и проволоки обмотки изготовляется на малые номинальные токи 10—100 ма и меньше.
При включении магнитоэлектрического измерительного механизма рассмотренной конструкции в цепь переменного тока вращающий момент будет изменяться пропорционально мгновенному значению тока. При таком быстром изменении момента вследствие инерции подвижная часть не успеет следовать за изменением момента и она отклонится на угол, пропорциональный среднему за период значению вращающего момента. При синусоидальном токе среднее значение тока, а следовательно, и момента равно нулю и подвижная часть не отклонится. Таким образом, рассмотренный измерительный механизм пригоден только для измерений в цепи постоянного тока.
Электромагнитный измерительный механизм
Электромагнитный измерительный механизм показан на рис. 7-3. Он состоит из неподвижной катушки А и подвижной части — стального сердечника Б, указательной стрел ки, пружины и секторообразного алюминиевого листка В успокоителя, укрепленных на одной оси. Измеряемый ток, проходя по неподвижной катушке, создает магнитное пате, которое намагничивает сердечник Б и втягивает его внутрь катушки. По углу поворота сердечника определяют величину тока в катушке.
Рис. 7-3. Электромагнитный измерительным механизм
При движении листка В успокоителя в магнитном поле Магнита М в нем индуктируются вихревые токи. Взаимодействием этих токов с полем магнита создается тормозной момент, обеспечивающий успокоение.
Электромагнитный измерительный механизм применим для цепей постоянного и переменного тока, так как втягивание сердечника в катушку не зависит oт направления тока.
Вследствие влияния остаточной индукции сердечника втягивание сердечника, а следовательно, и показание измерительного механизма может быть различным при одинаковых значениях тока при увеличении тока и при уменьшении его. Следовательно, возможна погрешность от остаточной индукции. Для уменьшения этой погрешности сердечники изготовляют из пермаллоя, остаточная индукция которого ничтожна.
Для уменьшения погрешности от внешних полей измерительный механизм окружают стальными экранами или кожухами. Для той же цели применяют астатические измерительные механизмы с двумя последовательно соединенными катушками и соответственно с двумя сердечниками на одной оси. Измеряемый ток создает в катушках поля противоположного направления. Внешнее однородное поле уменьшает магнитное поле одной катушки и настолько же увеличивает поле второй катушки, таким образом, результирующее влияние внешнего поля будет ничтожным.
Электродинамический измерительный механизм
Электродинамический измерительный механизм (рис. 7-4 и 7 -5) состоит из двух катушек — неподвижной А, имеющей две секции, и подвижной Б., укрепленной на одной оси с указательной стрелкой, крылом В воздушного успокоителя и двумя спиральными пружинами.
При прохождении тока I1 по неподвижной катушке и тока I2 по подвижной катушке между ними возникает электродинамическое взаимодействие. В результате на подвижную катушку будет действовать пара сил FF (риc. 7-5), т. е. вращающий момент. Поворот подвижной катушки происходит до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин.
При постоянном токе вращающий момент и угол поворота подвижной катушки пропорциональны произведению токов в катушках
При переменном токе мгновенный вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов, а средний за период вращающий момент и пропорциональный ему угол поворота подвижной катушки определяются произведением действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига между ними, т.е.
Рис. 7-4. Электродинамический измерительный механизм.
До этому углу поворота, как будет показано ниже, определяют значение измеряемой величины.
Отсутствие стали в измерительном механизме, а следовательно, и погрешности от остаточной индукции обеспечи вают возможность изготовить эти механизмы для измерений высокой точности.
Для уменьшения погрешностей от внешних магнитных полей, обусловленных слабым магнитным полем измерительного механизма, применяются те же средства, что и для электромагнитных измерительных механизмов.
Слабому магнитному полю соответствует слабый вращающий момент и, следовательно, для получения высокой точности необходимо уменьшить погрешность от трения. Это достигается уменьшением веса по движной части и безупречной обработкой осей и опор. Кроме того, поперечное сечение пружин и провода подвижной катушки мало, поэтому электродинамический измерительный чувствителен к перегрузке.
Рис. 7-5. Получение вращающего момента в электродинамическом измерительном механизме.
Ферродинамический измерительный механизм
Принцип работы этого измерительного механизма тот же, что и электродинамического. Он отличается от последнего наличием стального сердечника из листовой стали, на который наложена неподвижная катушка, и неподвижного цилиндра из той же стали, который охватывается подвижной катушкой (рис. 7-6).
Рис. 7-6. Ферродинамический измерительный механизм.
Стальной магнитопровод усиливает поле измерительного механизма, вследствие чего увеличивается вращающий момент, что приводит к более прочной конструкции и уменьшает влияние внешних магнитных полей на показание измерительного механизма. Применение стали увеличивает погрешности от остаточной индукции и вихревых токов в магнитопроводе.
Статья на тему Измерительные механизмы приборов
Похожие страницы:
Содержание статьи1 ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ1.1 Схемы включения амперметра и вольтметра1.2 Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры1.3 Выпрямительные амперметры и вольтметры1.4 Термоэлектрические.
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТОКА Мощность Р цепи постоянного тока можно определить, измеряя амперметром и вольтметром ток I и напряжение цепи U, так как Р =.
Содержание статьи1 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ1.1 Мост для измерения сопротивления1.2 Измерение сопротивлений амперметром и вольтметром1.3 Омметры1.4 Измерение сопротивления изоляции ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ Мост для.
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Для измерения электрической энергии применяются счетчики электроэнергии. Из различных систем счетчиков наибольшее распространение получили электродинамические счетчики для.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ В цепях высокого напряжения для безопасности обслуживания измерительных приборов, а также там, где надо расширить их пределы измерений, применяются.
Содержание статьи1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИЛА1.1 Прямолинейный провод в магнитном поле1.2 Контур в магнитном поле1.3 Движущийся электрон в магнитном поле ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИЛА.
В магнитоэлектрических измерительных механизмах перемещение подвижной части вызывается силами взаимодействия поля постоянного магнита и тока, проходящего по катушке.
 |
| Рис. 2.1.5 Путь тока в измерительном механизме магнитоэлектрической системы |
Измерительный механизм (рис. 2.1.4) состоит из неподвижной магнитной цепи и подвижной части. Магнитная цепь образуется постоянным магнитом NS, двумя стальными пластинами с укрепленными на их концах полюсными башмаками N'S' и стальным цилиндром 1. В зазоре между цилиндром и полюсными башмаками образуется однородное радиальное магнитное поле. Постоянный магнит изготовляется из высококачественных никель-алюминиево-кобальтовых сталей с большой удельной магнитной энергией, что
позволяет получить в зазоре магнитную индукцию 0,2 – 0,3 Тл. Остальные части магнитопровода изготовляются из магнитомягких сталей. Подвижная часть измерительного механизма включает прежде всего рамку 2, состоящую из легкого прямоугольного алюминиевого каркаса с наложенной на него обмоткой из медной или алюминиевой изолированной проволоки (d = 0,02 ¸ 0,2 мм). На рамке крепятся две пластины с полуосями – кернами, установленными в опорах. На одной из полуосей укрепляются внутренние концы спиральных пружин, втулка с указательной стрелкой и противовесами.
 |
| Рис. 2.1.6. Получение тормозного момента |
На рис. 2.1.5 показан путь тока: от одного зажима прибора, через спиральную пружину, обмотку рамки, вторую пружину и ко второму зажиму прибора. В результате взаимодействия тока, проходящего по обмотке рамки, и магнитного поля в зазоре магнитопровода возникают электромагнитные силы F – F, действующие на рамку. Вращающий момент, созданный этой парой сил, вызывает поворот подвижной части. Электромагнитная сила равна , а вращающий момент будет ,
где I – ток в рамке;
В – магнитная индукция в зазоре;
l - активная длина одной стороны рамки;
b – ширина рамки;
S = l b – активная площадь рамки.
Установившееся положение подвижной части определяется равенством вращающего и противодействующего моментов, которое можно записать в виде: I B S w = Da, откуда угол поворота подвижной части пропорционален току, и, следовательно, прибор имеет равномерную или пропорциональную шкалу. Ток в рамке
может быть определен по углу поворота подвижной части измерительного механизма и постоянной по току СI. Чувствительность измерительного механизма к току , постоянная механизма по току .
У некоторых измерительных механизмов чувствительность SI можно регулировать путем изменения индукции В в воздушном зазоре. Это изменение производится при помощи магнитного шунта – пластины из мягкого ферромагнитного материала, расположенной около полюсных башмаков, образующей вторую параллельную ветвь в магнитопроводе. Успокоителем рассматриваемого механизма служит каркас рамки. При движении подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас (рис. 2.1.6), и в нем наводится ЭДС. Эта ЭДС вызывает в каркасе ток iт, взаимодействие которого с полем магнита создает тормозную силу, обеспечивающую быстрое успокоение. Время успокоения подвижной части магнитоэлектрических приборов не превышает 2 – 3 с.
При прохождении через измерительный механизм магнитоэлектрической системы переменного тока i вращающий момент М = В i Sw будет изменяться пропорционально току. Вследствие значительного момента инерции подвижной части и большого периода собственных колебаний угол поворота подвижной части при технической частоте будет определяться средним за период значением вращающего момента:
 |
| Рис. 2.1.7. Два варианта измерительного механизма логометра магнитоэлектрической системы |
Из выражения следует, например, что при синусоидальном токе, среднее значение которого за период равно нулю, вращающий момент и угол поворота подвижной части также будут равны нулю. А нагревание подвижной части, определяемое действующим значением тока, не будет равно нулю, т.е. катушка прибора может сгореть, а прибор выйти из строя.
В магнитоэлектрических измерительных механизмах перемещение подвижной части вызывается силами взаимодействия поля постоянного магнита и тока, проходящего по катушке.
| |
| Рис. 2.1.5 Путь тока в измерительном механизме магнитоэлектрической системы |
Измерительный механизм (рис. 2.1.4) состоит из неподвижной магнитной цепи и подвижной части. Магнитная цепь образуется постоянным магнитом NS, двумя стальными пластинами с укрепленными на их концах полюсными башмаками N'S' и стальным цилиндром 1. В зазоре между цилиндром и полюсными башмаками образуется однородное радиальное магнитное поле. Постоянный магнит изготовляется из высококачественных никель-алюминиево-кобальтовых сталей с большой удельной магнитной энергией, что
позволяет получить в зазоре магнитную индукцию 0,2 – 0,3 Тл. Остальные части магнитопровода изготовляются из магнитомягких сталей. Подвижная часть измерительного механизма включает прежде всего рамку 2, состоящую из легкого прямоугольного алюминиевого каркаса с наложенной на него обмоткой из медной или алюминиевой изолированной проволоки (d = 0,02 ¸ 0,2 мм). На рамке крепятся две пластины с полуосями – кернами, установленными в опорах. На одной из полуосей укрепляются внутренние концы спиральных пружин, втулка с указательной стрелкой и противовесами.
| |
| Рис. 2.1.6. Получение тормозного момента |
На рис. 2.1.5 показан путь тока: от одного зажима прибора, через спиральную пружину, обмотку рамки, вторую пружину и ко второму зажиму прибора. В результате взаимодействия тока, проходящего по обмотке рамки, и магнитного поля в зазоре магнитопровода возникают электромагнитные силы F – F, действующие на рамку. Вращающий момент, созданный этой парой сил, вызывает поворот подвижной части. Электромагнитная сила равна , а вращающий момент будет ,
где I – ток в рамке;
В – магнитная индукция в зазоре;
l - активная длина одной стороны рамки;
b – ширина рамки;
S = l b – активная площадь рамки.
Установившееся положение подвижной части определяется равенством вращающего и противодействующего моментов, которое можно записать в виде: I B S w = Da, откуда угол поворота подвижной части пропорционален току, и, следовательно, прибор имеет равномерную или пропорциональную шкалу. Ток в рамке
может быть определен по углу поворота подвижной части измерительного механизма и постоянной по току СI. Чувствительность измерительного механизма к току , постоянная механизма по току .
У некоторых измерительных механизмов чувствительность SI можно регулировать путем изменения индукции В в воздушном зазоре. Это изменение производится при помощи магнитного шунта – пластины из мягкого ферромагнитного материала, расположенной около полюсных башмаков, образующей вторую параллельную ветвь в магнитопроводе. Успокоителем рассматриваемого механизма служит каркас рамки. При движении подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас (рис. 2.1.6), и в нем наводится ЭДС. Эта ЭДС вызывает в каркасе ток iт, взаимодействие которого с полем магнита создает тормозную силу, обеспечивающую быстрое успокоение. Время успокоения подвижной части магнитоэлектрических приборов не превышает 2 – 3 с.
При прохождении через измерительный механизм магнитоэлектрической системы переменного тока i вращающий момент М = В i Sw будет изменяться пропорционально току. Вследствие значительного момента инерции подвижной части и большого периода собственных колебаний угол поворота подвижной части при технической частоте будет определяться средним за период значением вращающего момента:
| |
| Рис. 2.1.7. Два варианта измерительного механизма логометра магнитоэлектрической системы |
Из выражения следует, например, что при синусоидальном токе, среднее значение которого за период равно нулю, вращающий момент и угол поворота подвижной части также будут равны нулю. А нагревание подвижной части, определяемое действующим значением тока, не будет равно нулю, т.е. катушка прибора может сгореть, а прибор выйти из строя.
преобразователь силы пост. электрич. тока в механич. перемещение на основе вз-ствия подвижного контура тока с магн. полем пост. магнита. При протекании тока через рамку механизма (рис.) возникают силы (см. АМПЕРА ЗАКОН), создающие вращат. момент, к-рый по мере поворота рамки уравновешивается механич. противодействующим моментом, создаваемым токоподводящими растяжками или пружинами. М. и. м. обладает высокой точностью и чувствительностью (ток, соответствующий макс. отклонению рамки, в зависимости от конструкции механизма составляет от неск. мкА до десятков мА), линейностью преобразования (шкалы приборов с М. и. м. равномерны), малой чувствительностью к изменениям темп-ры окружающей среды и к внеш. магн. полям. На основе М. и. м. выпускается широкая номенклатура амперметров и вольтметров пост. и перем. тока (в последнем случае с предварит. выпрямлением тока, (см. Выпрямительный электроизмерительный прибор)), гальванометров, логометров.
Устройство магнитоэлектрич. измерит. механизма с внеш. магнитом: 1 — пост. магнит; 2 — магнитопровод; 3 — полюсные наконечники; 4 — подвижная рамка; 5 — сердечник; в — магн. шунт, регулирующий чувствительность механизма; 7 — растяжки; 8 — опоры; 9 — стрелка указателя.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
Полезное
Смотреть что такое "МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ" в других словарях:
Измерительный механизм — совокупность элементов средства измерений, которые обеспечивают необходимое перемещение указателя (стрелки, светового пятна и т. д.) Содержание 1 Электроизмерительные механизмы 1.1 … Википедия
магнитоэлектрический веберметр — Веберметр, предназначенный для измерения постоянного во времени магнитного потока, в котором применен магнитоэлектрический измерительный механизм с пренебрежимо малым механическим противодействующим моментом и большим моментом электромагнитного… … Справочник технического переводчика
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — служит для измерения силы перем. тока (реже напряжения и мощности); представ; ляет собой магнитоэлектрический измерительный прибор, измеряющий эдс термопреобразователя, нагреват. элемент к рого включается в исследуемую электрич. цепь (см. рис.).… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ОСЦИЛЛОГРАФ СВЕТОЛУЧЕВОЙ — шлейфевый, вибраторный, регистрирующий измерит. прибор, действие к рого осн. на использовании зеркального гальванометра магнитоэлектрич. (при записи изменяющихся силы тока, напряжения) или электродинамич. (при записи мгнов. значений мощности) в… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Частотомер — (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия
Волномер — Частотомер (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия
Частотометр — Частотомер (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия
амперметр — а; м. [от сл. ампер и греч. metron мера]. Прибор для измерения силы электрического тока. * * * амперметр (от ампер и . метр), прибор для измерения силы постоянного и (или) переменного тока; в электрическую цепь включается последовательно с… … Энциклопедический словарь
Гальванометр — (от Гальвано. и . метр высокочувствительный электроизмерительный прибор, реагирующий на весьма малую силу тока или напряжение. Наиболее часто Г. используют в качестве нуль индикаторов, т. е. устройств для индикации отсутствия тока или… … Большая советская энциклопедия
АМПЕРМЕТР — прибор для измерения силы электрич. тока. В соответствии с верх. пределом измерений различают кило , милли , микро и наноамперметры. А. включается в цепь тока последовательно. Для уменьшения искажающего влияния А. должен обладать малым входным… … Физическая энциклопедия
Схема магнитоэлектрического измерительного прибора: 1 – постоянный магнит; 2 – магнитопровод; 3 – полюсный наконечник; 4 – подвижная катушка; 5 – сердечник; 6 – маг.
МАГНИТОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ИЗМЕР И́ ТЕЛЬНЫЙ ПРИБ О́Р, электроизмерит. прибор, работа которого основана на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и проводника (катушки) с током; служит для измерения силы тока, электрич. напряжения, сопротивления и др. Наиболее распространены М. и. п. с подвижной катушкой (рамкой), расположенной в поле неподвижного постоянного магнита (рис.). Магнитную цепь образуют постоянный магнит и изготовленные из магнитомягкого материала полюсные наконечники, сердечник и магнитопровод. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками, где создаётся равномерное радиальное магнитное поле, помещена подвижная катушка прямоугольной формы (рамка), с которой соединена стрелка-указатель. При протекании по виткам катушки тока возникают силы, образующие электрич. вращающий момент. Цепь измеряемого тока состоит из обмотки катушки и последовательно соединённых с ней растяжек, которые создают противодействующий механич. вращающий момент, пропорциональный углу поворота рамки; неподвижное положение катушки соответствует равенству электрич. и механич. вращающих моментов. Существуют М. и. п., у которых постоянный магнит помещён внутри подвижной катушки, а также М. и. п. с подвижным магнитом, укреплённым на оси внутри неподвижной катушки. Широкое распространение получили магнитоэлектрич. логометры .
Читайте также: