Главная Движение носителей электрических зарядов



Количество теплоты, вьщеляемой в проволочном нагревательном элементе, пропорционально квадрату измеряемого действующего значения переменного тока. Так как спай термопары нагревается проволочным нагревателем, то температура спая и э. д. с. термопары находится в прямой зависимости от количества теплоты, выделяемой в нагревателе. Таким образом, отклонение стрелки измерительного прибора пропорционально квадрату действующего значения переменного тока.

Основным положительным свойством приборов термоэлектрической системы является возможность измерения с их помощью переменных токов высокой частоты, в частности тока в пределах 10" - 50 А частотой до 5 МГц, а также напряжения в пределах 0,1 -1000 В частотой от 20 Гц до 3 МГц. Наивысший класс точности этих приборов 1,0.

К недостаткам термоэлектрических приборов относятся малая перегрузочная способность, значительное собственное потребление мощности, зависимость показаний прибора от температуры окружающей среды, ограниченный срок службы термопар.

§ 9.4. Приборы электромагнитной системы

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на механизме втягивания подвижного ферромагнитного сердечника внутрь неподвижной катушки под действием ее магнитного поля, создаваемого в катушке проходящим через нее измеряемым током.

Наиболее широко распространены электромагнитные приборы с плоской катушкой (рис. 9.6). Прибор состоит из прямоугольной неподвижной катушки 5, через которую проходит измеряемый ток. Катушка имеет узкую щель, в которую может входить сердечник, выполненный в виде тонкого лепестка 2 из магнитомягкой стали и закрепленной эксцентрично на оси прибора. К этой же оси прикреплены указательная стрелка 1, спиральная пружина 6, создающая противодействующий момент, и поршень 4 воздушного успокоителя 3, создающего демпфирующий момент. Концы оси прибора удерживаются в подшипниках. Ток /, проходя через витки катушки, создает магнитный поток, который, намагничивая стальной сердечник, втягивает его в катушку, причем тем сильнее, чем больше магнитная индукция поля катушки. При втягивании стального сердечника ось прибора поворачивается и стрелка отклоняется на некоторый угол а.

Электромагнитная сила, действующая на стальной сердечник и вызывающая его перемещение, может быть выражена через соответствующее этому перемещению изменение энергии магнитного поля: Рис. 9.6




FsM = dWJdX.

При повороте подвижной части прибора на угол 5а при плече г за счет приложения силы fэм переменная дХ = г5а. Тогда врашающий момент

Мвр = Fjr = dWJda.

Так как энергия магнитного поля катушки электромагнитного прибора Wi = Ы/2, то при повороте подвижной части прибора и, естественно, ферромагнитного сердечника изменяется индуктивность L, а значит, и энергия магнитного поля. Поэтому вращающий момент электромагнитного прибора

M,pdWJda = ~P-. .(9.11)

Противодействующий момент, уравновешивающий вращающий момент, пропорционален углу перемещения подвижной части электромагнитного прибора а, т. е. Мпр = Ко. При установившемся состоянии подвижной части прибора, когда вращающий момент равен противодействующему, имеем Мвр = М„р, или 1 = Ка, откуда получаем

2, са

зависимость, описывающую угол перемещения подвижной части электромагнитного прибора:

Из выражения (9.12) видно, что угол перемещения подвижной части прибора а пропорционален квадрату измеряемого тока и изменению индуктивности прибора при повороте его подвижной части, т. е. dL/dct.

При изменении направления тока в катушке электромагнитного прибора меняются одновременно на противоположные магнитные полюсы ферромагнитного сердечника, вследствие чего направление вращающего момента подвижной части прибора не меняется. Поэтому приборы электромагнитной системы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного токов.

Основные достоинства приборов электромагнитной системы - простота и надежность устройства, высокая перегрузочная способность (сечение провода для катушки может быть взято с запасом), дешевизна и возможность использования для измерений в цепях постоянного и переменного тока.

К недостаткам приборов электромагнитной системы можно отнести невысокий класс точности измерений, который обычно не вьш1е 1,0 из-за влияния гистерезиса; относительно большое собственное потребление мощности (в катушках амперметров - до 1 Вт, а в вольтметрах с потреблением мощности в добавочных сопротивлениях - до 6 Вт); неравномерность шкалы (особенно сильно она сжата в начале); низкая чувствительность, из-за чего эти приборы непригодны для измерения малых токов и напряжений; зависимость показаний от внешних магнитных полей, так как собственное поле катушки расположено в



воздушной среде и поэтому его индукция незначительна; ограниченность диапазона частот (не свыше 8000 Гц).

Для повышения класса точности приборов электромагнитной системы [на класс точности особенно влияет остаточный магнетизм (гистерезис) в сердечнике] сердечники изготовляют из ферромагнитных материалов с незначительной коэрцитивной силой, например пермаллоя. В этом случае можно достичь класса точности до 0,2 для приборов как постоянного, так и переменного тока.

Так как собственное магнитное поле приборов рассматриваемой системы невелико, их необходимо защищать от влияния внешних магнитных полей. Это осуществляют либо за счет применения ферромагнитных экранов, когда измерительный механизм со всех сторон закрывают ферромагнитным экраном, либо выполняют измерительные механизмы астатическими. Астатический измерительный механизм имеет удвоенное число катушек по сравнению с обычным измерительным прибором электромагнитной системы, т. е. измерительный хфибор состоит из двух катушек и двух сердечников, закрепленных на одной общей оси и создающих общий (результирующий) момент Мвр.рез = Mpi 4- Mpi, где Мвр1 и Мвр2 - соответственно вращающие моменты первого и второго сердечников.

В астатических электромагнитных приборах катушки расположены таким образом, что их собственные магнитные потоки и Фз имеют противоположные направления. В этом случае магнитный поток внешнего поля Фцн, с одной стороны, будет усиливать магнитный поток одной из катушек, с направлением магнитного потока которой он совпадает, и одновременно увеличивать вращающий момент сердечника этой катушки, с другой стороны, он будет ослаблять магнитный поток другой катушки, направление магнитного потока которой противоположно направлению внешнего поля, и уменьшать вращающий момент сердечника второй катушки. В результате этого в астатических электромагнитных приборах общий вращающий момент становится независимым от внешнего магнитного поля. Он зависит только от измеряемого тока.

В заключение необходимо отметить, что приборы электромагнитной системы из-за дешевизны, простоты устройства и большой перегрузочной способности широко используются в промышленных электротехнических устройствах гшзкой частоты в виде амперметров и вольтметров.

§ 9.5. П1жборы электродинамической системы

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии проводников с токами. Известно, что два проводника с токами взаимно притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и взаимно отталкиваются при различном направлении токов.

Прибор этой системы (рис. 9.7) состоит из двух катушек: неподвижной 2, состоящей из двух секций, которые соединены между собой последо-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 [51] 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0265