Системы электрических измерительных приборов

Электрический измерительный прибор состоит из подвижной и неподвижной частей. По перемещению подвижной части измеряют значения измеряемых величин.

В зависимости от принципа действия различают системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, тепловую, индукционную и др.

Таблица 9.1 – Системы электрических измерительных приборов

и их условные обозначения

N п/п	Система прибора	Обозначение
	Магнитоэлектрическая Электромагнитная   Электродинамическая   Тепловая Индукционная

В таблице 9.1 приведены условные обозначения наиболее широко применяемых систем приборов. Эти обозначения и другие важнейшие характеристики приборов указываются на лицевой панели электрических измерительных приборов (рис. 9.1).

Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии поля постоянного магнита и подвижной катушки.

На рисунке 9.2 схематически показана основная часть магнитоэлектрического измерительного механизма: подвижная катушка, расположенная в сильном равномерном радиальном магнитном поле.

Рис.9.1. Шкала измерительного прибора

Подвижная катушка из тонкого медного или алюминиевого провода намотана на каркас (или без него). На оси подвижной части прибора укреплена стрелка, конец которой перемещается по шкале электрического измерительного прибора.

При протекании по катушке электрического тока, согласно закону Ампера, возникают силы F, стремящиеся повернуть катушку. При равенстве вращающего и противодействующего моментов катушка останавливается.

Рис. 9.2. Подвижная катушка в радиальном магнитном поле

Для создания противодействующего момента и одновременно для подвода тока в катушку служат две спирали.

Общее выражение для вращающего момента имеет вид:

(9.1)

где W – энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в измерительном механизме;

– угол поворота подвижной части.

Энергия электромагнитного поля W равна работе A по перемещению активной части провода катушки в постоянном магнитном поле с индукцией B.

Согласно закону Ампера, сила F, действующая на активную часть провода катушки при протекании по ней тока I, равна

(9.2)

где – угол между направлением тока в активной части провода и индукцией магнитного поля;

l – длина активной части катушки.

В нашем случае . Следовательно, работа по перемещению двух активных частей провода катушки, перпендикулярных плоскости чертежа (рис. 9.2), равна

(9.3)

где – длина траектории активной части провода;

– радиус траектории;

– угол поворота катушки.

Подставляя (9.3) в (9.1) получаем

Так как противодействующий момент М_пр создается упругими элементами, то для установившегося режима

или

где W – удельный противодействующий момент, зависящий от свойств

упругого элемента.

Следовательно, угол поворота катушки апропорционален току I

(9.4)

где S – чувствительность измерительного механизма.

Как видно из (9.4), при перемене направления тока в катушке меняется на обратное и направление отклонения подвижной части и указателя (стрелки).

Для получения отклонения указателя в нужную сторону необходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая чувствительность к измеряемой величине, высокая точность (класс точности до 0,05, малое потребление мощности, малая чувствительность к внешним магнитным полям). Недостаток – возможность применения только в цепях постоянного тока.

В приборах электромагнитной системы в неподвижной катушке, по которой протекает измеряемый ток, создается магнитное поле, в которое втягивается, поворачиваясь на оси, ферромагнитный сердечник, намагничиваемый этим же полем. Причем втягивание происходит как при постоянном, так и при переменном магнитном поле, а угол поворота апропорционален квадрату силы измеряемого тока. Поэтому:

а) приборы электромагнитной системы могут применяться в цепях постоянного и переменного тока;

б) шкала прибора неравномерна, сильно сжата в начальной части.

Достоинства электрических измерительных приборов электромагнитной системы: простота и надежность конструкции, небольшое потребление мощности.

Недостатки: невысокая чувствительность к измеряемой величине, относительно низкая точность (класс точности до 1,0), большая чувствительность к внешним магнитным полям.

Вращающий момент электромагнитного измерительного механизма:

Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов, то для режима установившегося отклонения:

и . (9.5)