Весы – электромагнитное устройство – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Написание масштабного уравнения электромагнитного устройства, даже в приближенной форме, затруднено из-за сложности задачи расчета магнитного поля в соленоиде, часть объема которого занимают стальные пластины, и из-за того, что магнитная проницаемость этих пластин является нелинейной функцией тока обмотки катушки. [6]

Большая энциклопедия нефти и газа

Шкалы электромагнитных приборов неоднородны. В обычных технических приборах чувствительность самая низкая в начале шкалы, увеличивается в середине шкалы и снова уменьшается в конце. Это явление обусловлено исключительно формой и расположением сердечника измерительного механизма. У новейших современных приборов большая часть шкалы практически однородна. [2]

Шкала электромагнитных инструментов неравномерна. [3]

Поэтому шкала электромагнитного прибора обычно квадратная. [4]

Вычислить масштабное уравнение электромагнитного устройства даже в приближенном виде трудно из-за сложности расчета магнитного поля в соленоиде, часть объема которого занимают стальные пластины, и из-за того, что магнитная проницаемость этих пластин является нелинейной функцией тока катушки. [6]

Какова природа шкалы электромагнитного устройства . [7]

Чем объясняется неравномерность шкалы электромагнитных приборов . [8]

Результат показывает, что шкала электромагнитного прибора неравномерна. [9]

Выражение ( 88) показывает, что масштаб электромагнитного устройства является неоднородным, квадратным. При изменении направления тока изменяется как направление магнитного поля, так и полярность намагниченности сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы используются для измерения как постоянного, так и переменного тока низкой частоты. Преимуществами электромагнитной системы являются возможность измерения как постоянного, так и переменного тока, простота конструкции, механическая прочность, УСТОЙЧИВОСТЬ к перегрузкам. Недостатками являются неравномерность шкалы, более низкая точность по сравнению с магнитоэлектрическими приборами, зависимость показаний от внешних полей. [10]

Выбирая форму и положение сердечника относительно катушки, можно сделать масштаб электромагнитного устройства почти ра-номерным. Однако в начале шкалы при малых токах эти устройства недостаточно чувствительны, и деления шкалы сильно сжимаются. Поэтому для электромагнитных приборов рабочей считается только часть шкалы, начинающаяся от 20% и выше. Часть от нуля до 20% является нерабочей. [11]

Это невозможно сделать в начальной части шкалы, поэтому начальная часть электромагнитной шкалы неработоспособна. [12]

Однако в действительности значение c изменяется при движении сердечника, и это позволяет улучшить масштаб электромагнитного прибора. Выбирая форму и расположение сердечника относительно катушки, можно сделать масштаб электромагнитного устройства относительно равномерным, начиная с V5 его длины. Однако в начале шкалы при малых токах эти приборы еще недостаточно чувствительны, и деления шкалы сильно сжимаются. Поэтому начальная часть электромагнитной шкалы считается нефункциональной. [14]

(4) Инструменты и материалы на рабочем месте должны быть размещены таким образом, чтобы они не могли опрокинуться или упасть.

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ. В чем разница между магнитными и электромагнитными системами загрузки?

Если у вас нет времени читать, просто посмотрите видео. Эта информация также относится к велотренажерам, стационарным велосипедам и другому фитнес-оборудованию с маховиком. В связи с системой нагружения маховика различают следующие типы:

  1. Механическая
  2. Магнитный с ручной регулировкой
  3. Магнитная и электронная регулировка
  4. Электромагнитный

Механическая (ленточная) система загрузки

Самая простая система. Принцип работы следующий: вокруг маховика натягивается ремень, который за счет изменения натяжения вызывает изменение нагрузки маховика. Основные недостатки тренажеров с такой системой загрузки – высокий уровень шума, отсутствие возможности задать программу тренировки, простой мини-компьютер. Единственный плюс – низкая цена. Однако не забывайте, что скупой платит дважды.

Магнитная система зарядки

В поездах с магнитной системой зарядки элементом, создающим нагрузку, является постоянный магнит. Интенсивность нагрузки регулируется путем изменения расстояния между магнитом и маховиком, т.е. путем изменения воздействия магнита на маховик. Он доступен с ручной и электронной регулировкой.

Ручная регулировка

Ручная регулировка веса означает, что уровень сопротивления должен регулироваться вручную путем поворота специального регулятора веса, который, в свою очередь, перемещает магнит ближе или дальше от маховика. Используется на более дешевых, простых моделях фитнес-оборудования.

Отсутствие обучающих программ Громкий щелкающий звук при переключении

Дешевле, чем электрические модели Не требуют подключения к сети

Подобная система используется, например, в аппарате Oxygen Tornado II EL.


Совет:

Этот тип тренажера можно быстро узнать по круглой рукоятке на вертикальной стойке.

Электронная регулировка

Электронный контроль сопротивления позволяет регулировать уровень сопротивления с помощью компьютера на эллиптическом тренажере. Это стало возможным благодаря сервоприводу (небольшой мотор, который изменяет расстояние от вращающегося маховика). Это более современная и технологичная система загрузки, чем механическая или ручная магнитная система. Помимо регулировки уровня нагрузки, можно также использовать встроенные программы тренировок.

Hasttings DRE20 обладает именно такими характеристиками.

Электромагнитная (индуктивная) система нагружения

Электромагнитные системы сопротивления используются в более современных и дорогих эллиптических тренажерах. Эта система является самой плавной и тихой и позволяет регулировать установленное сопротивление в ваттах с небольшим шагом (обычно 5 ватт). Упражнения с этой системой нагрузки не имеют механических компонентов в системе управления и поэтому требуют электрического подключения. Электромагнитные тренажеры обычно оснащены более совершенным компьютером, который не только отслеживает пройденное расстояние, уровень усилий, время тренировки и сожженные калории, но и предлагает пользователю ряд встроенных программ тренировок для тренировки различных групп мышц и внесения разнообразия в режим занятий.
Представителем этой категории является Hasttings DRE60.

В устройствах с кольцевой катушкой подвижная система вращается в результате взаимодействия двух стальных намагничивающих пластин 3, размещенных внутри катушки 1. Одна из них крепится к оси устройства, а другая – к внутренней поверхности каркаса катушки.

§ 97 Электромагнитные устройства

Принцип работы электромагнитные устройства Эта система основана на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой 1, со стальным сердечником 3, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный Измерительный механизм выполнен с плоской катушкой (рис. 324, a) или круглые (рис. 324,b).

Рисунок 324 - Конструкция электромагнитного измерительного механизма с плоской (a) и кольцевой (b) катушками

Рис. 324.Конструкция электромагнитных измерительных механизмов с плоскими катушками (a) и кольцевыми катушками (b)

В аппаратах с плоской катушкой сердечник закреплен на оси со стрелкой. Когда ток проходит через катушку 1, сердечник 3 намагничивается и втягивается в катушку, вращая ось и указатель. Вращению оси препятствует спиральная пружина 2. Когда сила, создаваемая пружиной, уравновешивает силу, создаваемую спиралью, подвижная система прибора останавливается, и стрелка регистрирует определенный ток на шкале.

Крутящий момент, действующий на подвижную часть устройства, пропорционален притягивающей силе F электромагнита, под действием которой сердечник втягивается в катушку. Притягивающая сила F, как показано в §93, пропорциональна квадрату индукции в, создаваемой магнитным полем катушки; поэтому она пропорциональна квадрату тока I в катушке. Следовательно, крутящий момент

где c1 – является константой, зависящей от конструктивных параметров устройства (количество витков и размеры катушки, материал и форма сердечника) и положения сердечника относительно катушки.

Когда сердечник втягивается в катушку, вращающий момент M изменяется пропорционально I 2 .

Под действием момента M подвижная часть устройства будет вращаться до тех пор, пока этот момент не уравновесится противоположным моментом Mапрель = c2α создается пружинами или натяжными стержнями. В момент равновесия M = Mprв результате чего

α = (c1/c2) I 2 = kI 2 (97)

где k – константа.

Поэтому в приборе с электромагнитным измерительным механизмом угол поворота a подвижной части и стрелки пропорционален квадрату тока, протекающего через катушку. Поэтому такой прибор имеет неравномерную (квадратную) шкалу. Чтобы компенсировать эти неровности, сердечник имеет форму заслонки, поэтому форма магнитного поля и сила, действующая на катушку, изменяются по мере втягивания сердечника.

Колебания подвижной системы устройства при переходе руки из одного положения в другое устраняются амортизаторами 5.

В устройствах с круговой катушкой подвижная система вращается под действием двух стальных намагничивающих пластин 3, размещенных внутри катушки 1. Одна из них закреплена на оси устройства, а другая – на внутренней поверхности каркаса катушки.

Когда в катушке течет ток, пластины намагничиваются, и их полюса оказываются обращенными друг к другу. Между ними возникают силы отталкивания и создается вращающий момент, который поворачивает ось со стрелкой 4.

Применение.

Электромагнитные устройства в основном используются для измерения тока и напряжения в промышленных установках переменного тока. Если ток, протекающий через прибор, периодически изменяется, сила, создаваемая его катушкой, не изменит направления, поскольку она пропорциональна квадрату тока.

Угол отклонения стрелки определяется определенной средней силой F, величина которой пропорциональна среднему квадрату тока или напряжения. Поэтому электромагнитные приборы в цепях переменного тока измеряют среднеквадратичные значения тока или напряжения.

Катушка может быть включена в цепь последовательно или параллельно с двумя точками, между которыми приложено напряжение. В первом случае прибор будет работать как амперметр, во втором – как вольтметр.

Преимуществами электромагнитных приборов являются их простая и надежная конструкция, низкая стоимость, устойчивость к перегрузкам и возможность проводить измерения на переменном и постоянном токе. К недостаткам относятся низкая точность, низкая чувствительность, неравномерная шкала и зависимость показаний от внешних магнитных полей и частоты переменного тока.

Астатические инструменты.

Катушки электромагнитных приборов создают относительно слабое магнитное поле, поскольку линии поля проходят в основном по воздуху. Поэтому эти приборы очень чувствительны к воздействию внешних магнитных полей. Для защиты от этих воздействий электромагнитные устройства окружают стальными экранами или делают астатическими.
Устройство Astatic имеет две плоские катушки 1 и два сердечника 2, расположенные на общей оси (рис. 325).

Рисунок 325 - Конструкция астатического измерительного механизма

Рисунок 325: Конструкция астатического измерительного устройства

Обмотки катушек соединены таким образом, что направления их магнитных потоков F1 и F2 противоположны. Крутящие моменты действуют на движущуюся систему в одном направлении. Поэтому внешний магнитный поток Фw будет усиливать поле одной катушки и ослаблять поле другой; общий крутящий момент, создаваемый ими, останется постоянным.

Рисунок 7 – Конструкции ферродинамических механизмов

Приборы для электромагнитных систем

Приборы электромагнитной системы основаны на взаимодействии магнитного поля, создаваемого неподвижной катушкой, в которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, закрепленными эксцентрично на оси. Наиболее распространенными измерительными механизмами являются плоская катушка, круговая катушка и закрытая катушка.

Измерительный механизм с плоской катушкой (Рисунок 3) состоит из катушки 1 с обмоткой из медной проволоки с воздушным зазором и сердечником 2. Сердечник из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой установлен на столбе с опорами 3 или на пребывание. Противодействующий крутящий момент создается спиральной пружиной или растягивающимися стержнями. Тушение магнитно-индукционное или жидкостное.

Рисунок 3 – Электромагнитный механизм с плоской катушкой

В механизмах с кольцевой катушкой внутри катушки находится неподвижный сердечник и подвижный сердечник, установленный на оси. Когда в обмотке катушки течет ток, оба сердечника намагничиваются одинаково и отталкиваются друг от друга. Поэтому подвижный сердечник вместе с осью и другими прикрепленными к нему деталями поворачивается на определенный угол.

Магнитные цепи с замкнутым контуром являются наиболее совершенным механизмом (Рисунок 4).

Катушка 1 помещается на неподвижную магнитную катушку 3 с двумя парами полюсных клемм 4 и 5, Магнитный сердечник и полюсные наконечники изготовлены из магнитомягкого материала. Подвижный сердечник 2 из магнитомягкой стали или пермаллоя, установленные на пружинах, могут перемещаться в зазоре между полюсными клеммами. Тушение происходит плавно.

Рисунок 4 – Электромагнитный измерительный механизм с замкнутым контуром

Преимущества электромагнитных механизмов – пригодность для работы на постоянном и переменном токе, устойчивость к токовым перегрузкам (так как они не имеют токоведущих движущихся частей), простота конструкции, низкая стоимость.

Недостатками устройств электромагнитной системы являются неравномерность масштаба, влияние внешнего магнитного поля на механизмы без магнитного проводника и высокое собственное энергопотребление.

Измерители электродинамических и ферродинамических систем

Работа измерителей электродинамической системы (рис. 5 и 6) основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами – стационарных 1 и перемещение 2. Подвижная катушка, установленная на оси или опорах, может вращаться внутри неподвижной катушки. Когда в обмотках катушки протекает ток i1 и i2 Возникают электромагнитные силы, которые стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпали.

Рисунок 5 – Схема измерительного механизма электродинамической системы

Рисунок 6 – Электродинамический измерительный механизм

Стационарная катушка 1 обычно состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Это позволяет получить необходимую конфигурацию магнитного поля и легко позиционировать ось. Неподвижная и подвижная катушки механизма (обычно бескаркасного) имеют круглую или прямоугольную форму и изготовлены из медной или алюминиевой проволоки. Подвижная катушка устанавливается на кронштейнах или зажимах. Для подвода тока к подвижной катушке используются пружины или удлинители. Используются стрелки или световые индикаторы.

Две катушки в электродинамическом измерительном механизме позволяют подключить каждую катушку в отдельную электрическую цепь. Это позволяет использовать электродинамические измерительные механизмы не только для измерения тока и напряжения, но и для измерения величин, пропорциональных их произведению, например, мощности.

При использовании электродинамического измерительного механизма для измерения токов до 0,5 А подвижная и неподвижная катушки соединяются последовательно. В этом случае колебание подвижной части механизма пропорционально квадрату силы тока. Путем соответствующего выбора конструкции подвижной и неподвижной катушек можно получить приблизительно равномерную шкалу, за исключением начальной части, которая считается нерабочей.

В электродинамических амперметрах для токов более 0,5 А неподвижная катушка разделена на секции, и секции переключаются с последовательного на параллельный режим для получения второго предела измерения.

При использовании электродинамической измерительной машины для измерения напряжения подвижные и неподвижные катушки соединяются последовательно с марганцевыми резисторами для получения пределов измерения.

Когда электродинамическая машина используется в качестве ваттметра, подвижная катушка 2 подключен параллельно нагрузке, а неподвижная катушка подключена последовательно с нагрузкой. Шкала электродинамического ваттметра почти равномерна. Мощность можно измерять в цепях постоянного и переменного тока.

Собственное магнитное поле электродинамических механизмов, силовые линии которых замыкаются в воздухе, невелико. На электродинамические механизмы влияют внешние магнитные поля. Для защиты от них используется экранирование.

Основными преимуществами электродинамических механизмов являются одинаковые показания постоянного и переменного тока (при последовательном соединении катушек), что позволяет градуировать их с высокой точностью по постоянному току, и стабильность показаний во времени.

Недостатками электродинамических механизмов являются низкая чувствительность, высокое энергопотребление и чувствительность к перегрузкам.

Ферродинамические механизмы отличаются от электродинамических механизмов, рассмотренных выше, тем, что неподвижная катушка имеет магнитно мягкий листовой материал.

На рисунке 7 показаны две конструкции ферродинамических механизмов – однокатушечный и двухкатушечный. Благодаря наличию магнитной катушки магнитный поток, а значит и крутящий момент, значительно увеличивается, поэтому магнитодвижущая сила катушки может быть уменьшена, что снижает внутреннее энергопотребление механизма.

Внутреннее магнитное поле в ферродинамическом механизме является сильным, поэтому внешние магнитные поля оказывают на него незначительное влияние. Конструкция механизма, показанная на рисунке 7, особенно хорошо защищена, поскольку магнитная цепь также является экраном. Используются магнитно-индукционные и жидкостные демпферы.

Наличие магнитной катушки вызывает погрешности из-за гистерезиса и вихревых токов, поэтому ферродинамические устройства имеют большую фундаментальную погрешность, чем электродинамические.

Стационарная катушка 1 (рис. 6) в ферродинамической машине помещается на магнитопровод, а подвижная катушка 2, закрепленный на оси, движется в воздушном зазоре с однородным и радиальным магнитным полем.

Рисунок 7 – Конструкции ферродинамических механизмов

а – однокатушечный, б – двойная катушка

Преимуществами ферродинамических приборов являются: меньшая чувствительность к внешним магнитным полям, меньшее энергопотребление, более высокий крутящий момент. Однако точность и частотный диапазон ниже, чем у электродинамических приборов.

Эти свойства электродинамических инструментов определяют их применение, т.е. в качестве массивных и портативных приборов переменного тока, а также в качестве самопишущих устройств.

К преимущества электромагнитных устройств являются их простота, низкая стоимость, надежность в эксплуатации, способность выдерживать кратковременные перегрузки и пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

Устройства электромагнитных систем

Электромагнитный измерительные приборы используются для измерения ток или напряжение в цепях переменный или постоянный ток ток или напряжение. Промышленность выпускает устройства этого типа в двух вариантах: с плоской катушкой и с кольцевой катушкой. Работа соленоида с плоской катушкой плоская катушкаПринцип работы соленоидной катушки заключается в том, что ферромагнитный сердечник втягивается в катушку, содержащую ток. Это устройство состоит из катушки, намотанной на каркас с щелевым отверстием. Подвижная часть устройства включает в себя вал стрелки, асимметрично усиленный сердечник и возвратную пружину. Подвижная часть манометра имеет асимметрично усиленный сердечник с возвратной пружиной и воздушным тормозом для обеспечения быстрой стабилизации указателя относительно его равновесного положения.

Когда устройство включено, ток проходит через катушку, и возникающее магнитное поле притягивает сердечник к внутренней части катушки. Сердечник установлен асимметрично на оси так, что подвижная часть устройства поворачивается на определенный угол. Движущаяся часть будет вращаться до тех пор, пока момент, создаваемый током, не уравновесится противоположным моментом спиральной пружины. Угол поворота подвижной части зависит от силы, с которой сердечник втягивается в катушку. Эта сила пропорциональна силе тока и величине магнитной индукции В поле катушки: F=kBIгде k – коэффициент пропорциональности.

Поскольку в отсутствие насыщения магнитная индукция пропорциональна току, угол поворота подвижной системы будет пропорционален квадрату тока. В этом случае шкала прибора должна быть квадратной. Однако наличие ферромагнитного сердечника в приборе усложняет эту взаимосвязь, делая шкалу электромагнитных измерительных приборов неравномерной.

Придавая сердечнику особую форму и изменяя его положение относительно катушки, можно добиться некоторого уменьшения неравномерности шкалы в большинстве ее частей, за исключением начальных делений, которые остаются очень сжатыми.

В электромагнитных вольтметрах катушки изготавливаются из большого числа витков (2000-10000) проволоки диаметром 0,08-0,1 мм. Катушки амперметров содержат небольшое количество витков толстой, круглой или ленточной медной проволоки. Внешние магнитные поля оказывают значительное влияние на работу электромагнита, но благодаря ферромагнитному корпусу это влияние значительно снижается.

На устройствах с круглый Катушка имеет внутри два сердечника: подвижный, который жестко закреплен на оси устройства вместе со стрелкой, и неподвижный.

Когда через катушку проходит ток, индуцирующий магнитное поле, концы сердечников намагничиваются с одинаковой полярностью, и отталкивание их полюсов создает вращающий момент. Подвижное ядро, отталкиваясь от неподвижного, поворачивает ось стрелки на определенный угол. Для подавления влияния внешних магнитных полей над катушкой помещается ферромагнитный экран. Устройство оснащено магнитным демпфером.

В электромагнитном счетчике количество стали относительно невелико, и большая часть пути магнитного потока проходит по воздуху. Поэтому измерительный механизм электромагнитной системы имеет низкую чувствительность, следовательно, трудно сделать амперметр для малого тока (менее 0,5А) или вольтметр для малого напряжения (менее 10В).

Способность прибора работать как в цепях переменного, так и постоянного тока обусловлена тем, что изменение направления тока в катушке вызывает перемагничивание сердечников, поэтому направление крутящего момента не меняется. В случае переменного тока прибор отображает действующие значения тока или напряжения. Потребляемая электромагнитными устройствами мощность от сети составляет от 2 до 8 Вт.

К преимущества электромагнитных устройств является их простота, низкая стоимость, эксплуатационная надежность, способность выдерживать кратковременные перегрузки и пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

Недостатки приборов электромагнитной системы являются их относительно низкая точность (класс точности 1; 1,5; 2,5), неравномерность шкалы, достаточно высокое энергопотребление, зависимость показаний от частоты тока и влияния внешних магнитных полей.

Показания счетчика в этом случае определяются средним значением крутящего момента за определенный период:

Магнитоэлектрическая система

Принцип работы магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии поля постоянного магнита и проводников с током. В воздушном зазоре 1 (рис. 2) между неподвижным стальным цилиндром 2 и НС-полюсами неподвижного постоянного магнита находится алюминиевый каркас с катушкой 3, состоящей из w катушки изолированного провода.

Рисунок 2 – Конструкция устройства

Катушка жестко соединена с двумя полувалами O и O’, которые установлены в подшипниках. Указательная стрелка 4 и две пружины 5 и 5′ закреплены на полуоси O, через которую на катушку подается измеряемый ток. Полярные клеммы NS и стальной цилиндр 2 обеспечивают равномерное и радиальное распределение индукции в зазоре 1 В магнитного поля. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводах катушки 3 возникает вращающий момент. Каркас катушки вращается, и стрелка отклоняется на угол a. Электромагнитная сила Fem действующая на каждую из двух сторон катушки, равна wBLI. Крутящий момент, создаваемый парой сил FΩ , Мwm = Femd = wBLId = C1I , где d и L– ширина и длина каркаса (катушки); С1 – коэффициент, зависящий от количества катушек w, размеры катушки и магнитная индукция В. Вращению рамы противодействуют спиральные пружины 5 и 5′, которые создают противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания a:

где С2 – коэффициент, зависящий от жесткости пружины. Указатель устанавливается в определенной точке шкалы, когда моменты равны.

Угол поворота указателя

пропорциональна величине тока; поэтому масштаб магнитоэлектрической системы является равномерным, что является преимуществом.

Направление вращающего момента (определяемое по правилу левой руки) изменяется при изменении направления тока. По этой причине при включении устройства необходимо соблюдать полярность.

При включении устройства магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро меняющиеся механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате игла прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя использовать непосредственно для измерений в цепях переменного тока.

В случае магнитоэлектрических приборов демпфирование стрелки обусловлено тем, что при перемещении алюминиевой рамки 5 в магнитном поле постоянного магнита NS индуцирует вихревые токи в раме. Направление этих токов, согласно правилу Ленца, таково, что они противодействуют вращению рамки и быстро гасят ее колебания.

Магнитоэлектрические измерительные приборы также используются для измерений в цепях переменного тока. В этом случае в цепь подвижной катушки включаются преобразователи переменного тока в постоянный или пульсирующего тока. Наиболее распространенными являются детекторные и термоэлектрические системы.

На рисунке 3 (a) показана схема измерения переменного тока с помощью устройства детекторной системы.

Рисунок 3 – Схемы подключения детекторной системы (a) и термоэлектрической системы (b) в цепи переменного тока

Счетчик подключен к диагонали AB четыре выпрямительных полупроводниковых диода. Переменный ток в цепи с диагональю AB AB возникает пульсирующий ток, который не меняет своего направления. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, создает вращающий момент, который изменяет свою величину, но действует в том же направлении и пропорционален току.

Отклонение указателя прибора пропорционально среднему моменту за период, а значит, и среднему току. Если в цепи течет синусоидальный ток, шкалу прибора можно измерить по среднеквадратичным значениям тока, поскольку между средним и среднеквадратичным значениями тока существует определенная зависимость. Если кривая тока отклоняется от синусоидальной кривой, правильное измерение среднеквадратичных значений невозможно при вышеупомянутой градуировке шкалы.

В приборах термоэлектрической системы в качестве преобразователя используется термопара 1. Измерительное устройство 2 подключается к свободным концам термопары, а рабочие концы, образующие ее горячий спай, нагреваются измеряемым током проволочного нагревательного элемента 3 (рис. 3, б).

Количество тепла Qгенерируемый в нагревателе, пропорционален квадрату среднеквадратичного значения тока. Температура на горячем спае термопары и ее ЭДС находятся в прямой зависимости от Q. Поэтому отклонение стрелки измерительного прибора, которое пропорционально ЭДС термопары, также прямо пропорционально квадрату среднеквадратичного значения тока.

Детекторные вольтметры и термопарные амперметры используются для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц) и более высоких частот.

Преимуществами системы MAG являются:

1) точные показания;

2) низкая чувствительность к посторонним магнитным полям;

3) низкое энергопотребление;

4) единообразие масштаба.

К недостаткам относятся:

1) необходимость использования специальных преобразователей для измерений в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружины из фосфористой бронзы 5′ и 5′ нагреваются и изменяют свои упругие свойства при перегрузках).

Электромагнитная система

Принцип действия электромагнитных устройств основан на втягивании стального сердечника в неподвижную катушку при протекании в ней тока. Стационарный элемент устройства – катушка 1 из изолированного провода, включена в электрическую цепь (рис. 4).

Подвижный элемент – стальной сердечник 2, выполненный в форме лепестка, эксцентрично закреплен на оси катушки. О. С этой же осью жестко связаны указательная стрелка 3, спиральная пружина 4, которая обеспечивает противодействующий момент, и поршень 5 стационарного устройства. Ток в витках катушки 1 создает магнитный поток, сердечник 2 намагничивается и втягивается в катушку. При этом поворачивается ось O, и стрелка прибора отклоняется на угол a.

Магнитная индукция В в сердечнике (при отсутствии насыщения) пропорциональна току в катушке. Сила Fс которой сердечник втягивается в катушку, зависит от величины тока и магнитной индукции В в ядре. Приблизительно предполагается, что сила Fи поэтому результирующий вращающий момент пропорционален квадрату тока катушки:

Рисунок 4 – Конструкция устройства Рисунок 5 – Конструкция механизма устройства астатической электромагнитной системы

Противодействующий момент, который уравновешивает вращающий момент, пропорционален углу a. Поэтому угол отклонения указателя находится в квадратичной зависимости от силы тока; шкала прибора кажется неравномерной.

Воздушная заслонка обычно используется для демпфирования движущейся части прибора. Он состоит из изогнутого цилиндра 6 и поршня 5, шток которого закреплен на оси O. Сопротивление воздуха, создаваемое движением поршня в цилиндре, обеспечивает быструю установку стрелки на определенное деление шкалы.

Преимущества устройств электромагнитной системы:

1) Простая конструкция;

2) Пригодность для измерений в цепях постоянного и переменного тока;

3) Надежная работа.

Недостатками являются:

1) неравномерность шкалы;

2) влияние внешних магнитных полей на точность показаний. Это связано с тем, что магнитное поле катушки находится в воздушной среде, поэтому ее индукция мала.

В некоторых устройствах для уменьшения влияния внешних магнитных полей используются две катушки 1 и 2 (рис. 5) и два сердечника, установленные на общей оси и действующие в одном направлении крутящего момента.

Катушки расположены таким образом, что их магнитные потоки Ф1 и Ф2 находятся в противоположных направлениях. Внешнее магнитное поле Фw ослабляет поток Ф1 (снижение крутящего момента Мвр1 и в то же время усиливает поток Ф2за счет увеличения крутящего момента Мcp2 . В результате общий крутящий момент Мкрутящий момент остается постоянным и зависит только от измеряемого тока. Приборы такой конструкции называются астатическими приборами. Для уменьшения погрешности измерений, вносимой посторонними магнитными полями, некоторые приборы экранируют, заключая их в стальные корпуса.

Электродинамическая система

Устройства этой системы (рис. 6, а) состоят из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка закреплена на оси OO‘ и помещается внутрь неподвижной катушки. На оси Ô‘ подвижной катушки установлены указательная стрелка 3 и пружины 4 и 4’, через которые подается ток на катушку 2. Эти пружины одновременно создают противоположный крутящий момент Мpr . ,

Рис. 6 – Конструкция устройства электродинамической системы

электродинамической системы (а) и принцип

операция (b)

пропорционально углу поворота a. Принцип действия (рис. 6, б) основан на взаимодействии тока I2 подвижной катушки с магнитным потоком Ф1 стационарной катушки.

При постоянном токе электромагнитная сила Femmдействующая на проводники движущейся катушки, пропорциональна силе тока I2 и магнитная индукция B1. Поскольку индукция B1 пропорциональна току I1 неподвижной катушки, момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению токов катушек:

где С¢ и С¢¢– являются пропорциональными коэффициентами. В случае переменного тока крутящий момент пропорционален произведению мгновенных значений тока:

Показания счетчика в этом случае определяются средним значением крутящего момента за определенный период:

Здесь С – это фактор, который зависит от количества витков, геометрических размеров и расположения катушки; I1 и I2 – среднеквадратичные значения токов в катушках y – фазовый угол между векторами тока I1 и I2 .

Если моменты равны (Мwp = Мpr) подвижная катушка отклоняется на угол a а стрелка указывает на числовое значение электрической величины, измеряемой на шкале. Воздушные демпферы используются для успокоения движущейся части прибора. Электродинамические приборы в основном используются для измерения мощности в цепях переменного тока.

Преимуществами электродинамических приборов являются:

1) высокая точность (благодаря отсутствию ферромагнитных сердечников).

2) возможность их использования для измерения электрических величин в цепях постоянного и переменного тока.

Недостатками этих устройств являются:

1) чувствительность к перегрузкам;

2) влияние внешних магнитных полей на точность измерений;

3) неравномерность шкалы;

Электростатическая система

Энергия, запасенная в системе заряженных пластин электростатического устройства при постоянном напряжении

может измениться только в результате изменения электрической емкости. Поэтому такие устройства могут быть разработаны путем изменения расстояния между пластинами, активной площади пластин или среды между ними. Во всех случаях, когда движущаяся часть устройства вращается, энергия W путем изменения емкости C.

Конструкция электростатического вольтметра с переменным расстоянием между пластинами показана на рисунке 7. Измеряемое напряжение подводится к клеммам вольтметра “A” и “B”, соединенным с двумя неподвижными изолированными пластинами “a” и “c”. Подвижная пластина “b” подвешена между неподвижными пластинами на тонких бронзовых полосках (пружинах) и электрически соединена с одной из неподвижных пластин. При подаче напряжения эти пластины получают заряд одинакового знака, и движущаяся пластина отталкивается от неподвижной. Другая неподвижная пластина получает заряд противоположного знака, поэтому она притягивает к себе движущуюся пластину. Поэтому силы, действующие на подвижную пластину со стороны неподвижной, имеют одинаковое направление. Поступательное движение подвижной пластины преобразуется во вращательное движение оси и стрелки устройства через упорный стержень “d”.

Конструкция электростатического вольтметра с переменной активной площадью показана на рис. 8. Подвижные пластины “c” всегда принимают заряды, противоположные по знаку зарядам неподвижных камер “a” и “b”, и притягиваются к ним. Удерживающий момент обычно создается магнитоиндукционными средствами.

Ценным свойством электростатических вольтметров является: Отсутствие собственного потребления энергии при измерениях постоянного тока и очень низкое потребление энергии при измерениях переменного тока.

 

Рисунок 7 – Конструкция вольтметра Рисунок 8 – Конструкция электрометра

Читайте далее:
Сохранить статью?