Магнитоэлектрические гальванометры. Описание

Схема гальванометра с подковообразным магнитом 1 и подвижной рамкой 2 изображена на фиг. 15. Внутренний сердечник 3 обеспечивает практически равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В₀ в зазоре между магнитом и сердечником. Взаимодействие проводника под током (рамки) и магнитного поля приводит к возникновению вращающего момента М.

Вращению рамки препятствуют пружины 5 и 6, создающие момент, уравновешивающий вращающий момент М, и служащие одновременно токоподводами (так называемые подвижные токоподводы). Балансировка осуществляется с помощью специального груза 4. Для установки стрелки прибора на нулевое деление в начальном положении служит специальный корректор, поворот которого меняет точку закрепления одного из волосков.

Фиг. 15. Подвижная система гальванометра. 1 - магнит; 2 - рамка; 3 - сердечник; 4 - балансировочный груз, 5 и 6 - пружины; l_p - активная длина рамки; b_р - ширина рамки

Подшипники представляют собой опору на шпиле диаметром 0,3—2 мм; шпиль изготовляется из специальных сортов стали с подушкой из камня у точных приборов и из бронзы у менее точных (встречаются сравнительно редко).

Форма рамки определяется назначением прибора. Если момент инерции рамки должен быть мал, т. е. если прибор предназначен для записи быстроменяющихся явлений, рамку выполняют в виде узких и длинных прямоугольников (в отдельных случаях рамка может иметь вид одного проводника; при этом ее собственная частота будет велика, а момент инерции мал). Рамка представляет собой катушку, чаще всего из медной (температурный коэффициент а_t = 0,004) или алюминиевой (a_t = 0,00423) проволоки, которая наматывается на каркас. Каркас делают металлическим в случаях, когда необходимо большое демпфирование прибора, которое достигается действием вихревых токов, возникающих в теле каркаса. Иногда для облегчения подвижной системы рамку изготовляют без каркаса.

Магниты применяются подковообразные со специальными полюсными наконечниками, обеспечивающими нужный закон распределения магнитной индукции в зазоре и позволяющими в случае необходимости расширить шкалу прибора.

Внутрирайонным магнитам приборов придают вид цилиндров (фиг. 16). Габаритные размеры такой системы можно довести до 15/30 мм. Величина вращающего момента, приложенного к рамке гальванометра, может быть найдена из следующих соображений. Приложенную к одной стороне рамки силу взаимодействия F₁ между током в проводнике и магнитным полем с индуктивностью В₀ можно найти из уравнения

Фиг. 16. Схема гальванометра с внутрирайонным магнитом. 1 - магнит, 2 - железное кольцо; 3 - арматура; 4 - внешний магнитопровод; 5 - подвижная рамка; 6 - токоподводы

При площади Q_p поперечного сечения рамки в границах этой площади можно намотать тем больше витков ω, чем меньше их сечение q. Таким образом, для увеличения вращающего момента М следует стремиться к уменьшению q. Площадь поперечного сечения рамки Q_P можно выразить уравнением

Если мощность, подводимая к прибору, мала (случай весьма частый), то важно знать условия наибольшей чувствительности прибора, т. е. условия получения наибольшего значения вращающего момента М при заданной наименьшей мощности Р.; тогда в выражения для w, q, М следует вводить именно это значение мощности Р.

Если все же величина вращающего момента окажется недостаточной, то дальнейшее ее увеличение достигается выбором оптимальной величины зазора магнитной системы. Если толщина поперечного сечения рамки h, а длина d (фиг. 17), то

Фиг. 17. Рамка гальванометра в зазоре магнитной системы

Величину δ нельзя выбирать слишком малой, так как это может затруднить сборку прибора и привести к задеванию рамки за полюсные наконечники.

Выражение для момента М может быть переписано в виде

С увеличением δ момент увеличивается только до известного предела, за которым он начинает уменьшаться.

Зависимость устанавливающего момента от величины зазора приведена на фиг. 18. При δ = δ' момент М = 0. При δ > δ' магнитная индукция в зазоре постепенно уменьшается, что и приводит к постепенному уменьшению устанавливающего момента М.

Вращающему моменту, развиваемому рамкой, противодействует развиваемый волосками момент M₁ = ca, где а—угол поворота подвижной системы и с — коэффициент упругости токопроводов.

Положение подвижной системы определяется уравнением M₂ = M-сa.. В момент равновесия М₂=0, т. е.

Погрешности гальванометра и способы их устранения. На показания гальванометра могут влиять:
а) Магнитные и электрические поля, создаваемые другими приборами; действие их нейтрализуется экранированием.

б) Колебания питающего напряжения бортовой сети самолета, доходящие до +10%, которые могут привести к погрешностям показаний прибора такого же порядка. Для устранения погрешности прибор снабжают стабилизатором напряжений.

в) Трение в опорах и несбалансированность отдельных узлов и всего прибора в целом, которые могут привести к значительным погрешностям.

г) Вибрации. Влияние вибраций на положение подвижной системы устраняется введением специальных демпферов.

д) Колебания окружающей температуры, приводящие к изменению магнитного потока Ф магнита, а следовательно, и величины магнитной индукции В₀ в зазоре, к изменению модуля упругости Е, сопротивления рамки R и т. д., т. е. приводящие к инструментальным температурным погрешностям.

Изменения некоторых из приведенных выше величин могут взаимно полностью или частично компенсироваться (например, изменение магнитной индукции в зазоре частично компенсируется изменением модуля упругости); изменения же других остаются нескомпенсированными и требуют введения специальных компенсирующих приспособлений.

Наиболее распространенными способами температурной компенсации гальванометров являются:

1. Способ добавочного сопротивления. Последовательно с гальванометром включают добавочное сопротивление R_д (фиг. 19), изготовленное из проволоки с очень малым температурным коэффициентом (никелин, константан и т. д.). Такое сопротивление можно считать не зависящим от температуры. Ток в приборе в этом случае равен

Если R_д >> R, то даже значительные изменения R не вызовут больших температурных погрешностей. Но зато чувствительность прибора значительно снизится.