Приборы магнитоэлектрической системы

Приборы магнитоэлектрической системы (обозначаются знаком )предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Работа приборов основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток. В воздушном зазоре 1 (рис. 1) между неподвижным стальным цилиндром 2 и полюсными наконечниками NS постоянного магнита расположена алюминиевая рамка (катушка) 3 с обмоткой, состоящей из плотноуложенных витков изолированной тонкой проволоки. Форма магнита выбирается так, чтобы магнитное поле было однородно внутри и по краям.

Рисунок 1. Устройство электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы.

Рамка жестко соединена с двумя полуосями и , которые своими концами опираются о подшипники. На полуоси закреплены указательная стрелка 4 и две спиральные пружины и , через которые к катушке подводится измеряемый ток , а также противовесы 6.

При отсутствии тока катушка расположена так, что плоскость ее витков параллельна силовым линиям поля постоянного магнита. При пропускании тока по виткам обмотки катушки в результате взаимодействия тока в проводниках и магнитного поля катушки, возникает механический вращающий момент

,

где сила тока в обмотке катушки, индукция магнитного поля постоянного магнита, площадь рамки, число витков рамки. Этот момент стремится повернуть рамку так, чтобы ее плоскость стала перпендикулярна силовым линиям поля постоянного магнита (векторы индукции магнитных полей катушки и магнита стали бы параллельны). Таким образом, вращающий момент пропорционален силе измеряемого тока

,

где .

Повороту рамки противодействуют спиральные пружины, создающие противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания :

,

где модуль кручения.

Стрелка устанавливается на определенном значении шкалы при , т.е. когда

.

Угол поворота стрелки

пропорционален току. Следовательно, у приборов магнитоэлектрической системы шкала равномерная, что является главным достоинством приборов данной системы.

Направление вращающего момента, определяемое правилом левой руки, изменяется при изменении направления тока. При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по значению и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя применять для измерений в цепях переменного тока.

В приборах магнитоэлектрической системы успокоение (демпфирование) стрелки происходит благодаря тому, что при перемещении алюминиевой рамки в магнитном поле постоянного магнита NS в ней индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитным полем возникает момент, действующий на рамку в направлении, противоположном ее перемещению, что и приводит к быстрому успокоению колебаний рамки.

Достоинствами приборов магнитоэлектрической системы, помимо равномерности шкалы, являются также: высокая чувствительность и точность показаний, нечувствительность к внешним магнитным полям, малое потребление энергии, апериодичность (стрелка быстро устанавливается на соответствующем делении почти без колебаний). К недостаткам приборов магнитоэлектрической системы относятся: возможность измерения только в цепи постоянного тока, чувствительность к перегрузкам, сложность конструкции и, соответственно, высокая цена.