Электромагнитные  измерительные приборы

Приборы этой системы имеют наиболее простую конструкцию (рис. 9). Для создания вращающегося момента используется силовое действие магнитного поля неподвижной катушки 1 на подвижный ферромагнитный сердечник 2. Под влиянием магнитного поля, созданного измеряемым током I, магнитный сердечник 2 втягивается в катушку, поворачивая ось 3 с указательной стрелкой 4. Сила F, с которой сердечник втягивается в катушку, зависит от величины тока I и магнитной индукции в самом сердечнике. Приближенно принимают, что сила F и обусловленный ею момент М_вр пропорционален квадрату измеряемого тока, проходящего через катушку. Момент М_вр при определенном угле поворота уравновешивается противодействующим моментом М_пр,создаваемым пружиной 5. Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов М_вр = М_пр.

Условное обозначение прибора

0

Рис. 9. Устройство прибора электромагнитной системы

 

    Угол отклонения стрелки прибора:

a = с·I²

прямо пропорционален квадрату величины измеряемого тока I, (где с- коэффициент пропорциональности).

Шкала прибора из-за квадратичного характера зависимости между углом отклонения подвижной части a и током I неравномерная (см. рис. 9). Поскольку шкала неравномерная, измерения, проводимые в начале шкалы имеют либо очень большую погрешность, либо вообще невозможны (сектор [0 ¸ 0,3] - так называемая “зона нечувствительности” данного прибора).

    Прибор пригоден для измерения как постоянного, так и переменного тока, так как изменение направления тока на обратный не меняет знака угла a отклонения подвижной части (т. к. угол отклонения пропорционален квадрату тока). Показания приборов при измерениях на переменном токе равны действующему (среднеквадратичному) значению измеряемой величины и не зависят от формы кривой измеряемых токов и напряжений.

Достоинства электромагнитных приборов: простота конструкции и низкая стоимость; пригодность для работы в цепях постоянного и переменного токов; надежность и устойчивость к перегрузкам.

Недостатки: низкая точность и чувствительность, так как магнитный поток большую часть пути проходит по воздуху; большое собственное потребление энергии; зависимость показаний от внешних магнитных полей; неравномерная шкала.

    Класс точности приборов данной системы не выше 1,5. Условное обозначение прибора электромагнитной системы показано на рис. 9 в правом нижнем углу.

В многопредельных амперметрах, применяемых в качестве переносных приборов, рабочую катушку выполняют секционированной и с помощью переключателя получают различные схемы соединения секций катушки.   Двухпредельные амперметры имеют две секции, включаемые последовательно или параллельно (рис. 10, б), а трехпредельные - четыре, включаемые последова­тельно, смешанно или параллельно (рис.10, в).

                                               Рис. 10

 

В однопредельных вольтметрах последовательно с рабочей катушкой включают добавочный резистор из манганина (рис. 11, а).

а) б)

                                               Рис. 11

    4.6. Электродинамические измерительные приборы

    Принцип действия приборов электродинамической системы (рис. 12) основан на взаимодействии двух катушек 1 и 2, по которым протекают измеряемые токи i₁ и i₂. Измерительный механизм состоит из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка 2, находящаяся внутри неподвижной 1, закреплена на оси 3. Ток i₂ к подвижной катушке подходит через спиральные пружины 4, которые также предназначены для создания противодействующего момента М_пр. Угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи постоянного тока:

                                                           a = с₁· I ₁ · I ₂                                                                   (10)

прямо пропорционален произведению токов в неподвижной и подвижной катушках, (где с₁ - коэффициент пропорциональности).

Условное обозначение прибора

Рис. 12. Устройство прибора электродинамической системы
(электродинамический ваттметр)

 

    При переменном токе вращающий момент в любой момент времени пропорционален произведению мгновенных значений токов:

                              i₁ = I'_1m sin w t,               i₂ = I'_2m sin (w t+ j),

    где j - угол сдвига фаз между векторами токов.

    Показания приборов в этом случае определяются средним значением вращающего момента за период:

                      М_вр = с₂·I'_1m sin w t·I'_2m sin (w t+ j)·dt = с₂·I'₁·I'₂·cos j,

    где I'₁ и I'₂ - действующие значения переменных синусоидальных токов, соответственно i₁ и i₂.

    Таким образом, угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи переменного тока прямо пропорционален произведению трех величин: тока в неподвижной катушке, тока в подвижной катушке и косинуса угла сдвига фаз j между векторами этих токов. Следовательно, шкала электродинамического прибора неравномерная.

Достоинствами электродинамических приборов являются: высокая точность, обусловленная отсутствием стальных сердечников; способность работать на постоянном и переменном токе. При измерении в цепях переменного тока показания приборов соответствуют среднеквадратичному значению.

Недостатками следует считать: сравнительно низкую чувствительность; зависимость показаний от внешних магнитных полей; опасность перегрузок; большую мощность потерь; относительно высокую стоимость из-за сложной конструкции; неравномерность шкалы при измерении тока и напряжения.

Класс точности приборов данной системы: 0,1; 0,2; 0,5. Условное обозначение прибора электродинамической системы показано на рис. 12 в правом нижнем углу.

    Для уменьшения влияния посторонних магнитных полей электродинамические приборы делают астатическими и применяют экранирование.

    Если в неподвижную катушку электродинамического прибора ввести ферромагнитный сердечник, то напряженность собственного магнитного поля такой неподвижной катушки увеличится, что приведет к повышению чувствительности прибора и ослаблению влияния внешних магнитных полей, однако появятся потери, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами. Такие приборы называются ферродинамическими.

    Погрешности электродинамических приборов. Температурная погрешность g _t возникает вследствие изменения сопротивления обмоток рамок (катушек) и изменения упругих свойств растяжек или пружинок при изменении температуры. Для компенсации температурной погрешности применяют специи-альные схемы. На рис. 13 приведена после-довательно-параллель-ная схема компенсации температурной погрешности, которая позволяет снизить температурную погрешность многопредельного электродинамического ваттметра до g _t  £ 0,1 %.

 

Частотная погрешность обусловлена зависимостью полного сопротивления катушек от частоты, изменением фазовых соотношений электродинамического прибора (угловая погрешность), взаимной индуктивностью катушек. Погрешность от изменения сопротивления мала, и ей можно пренебречь. Для уменьшения угловой погрешности в параллельную цепь последовательно с обмоткой рамки может быть включен конденсатор (рис. 13) С @ L ₀ / R ₁ (L ₀ и R ₁ – индуктивность и сопротивление подвижной катушки). Погрешность от взаимной индуктивности может быть уменьшена при компенсации угловой погрешности.

Кроме рассмотренных температурной и частотной погреш­ностей, электродинамическим приборам присущи также погреш­ности от влияния внешнего магнитного поля и электростатичес­кого взаимодействия. Для их компенсации применяют методы магнитной защиты и электростатическое экранирование.

    4.7. Ферродинамические измерительные приборы

 

В основе ферродинамических приборов лежит ферродинамический измерительный механизм. Принцип действия ферродинамического измерительного механизма заключается во взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с токами, и по существу является разновидностью электродинамического механизма. Отличие заключается в том, что для увеличения чувствительности ИМ содержит магнитопровод из магнитно-мягкого материала. Наличие магнитопровода значительно увеличивает магнитное поле в рабочем зазоре и при этом возрастает вращающий момент.

В общем случае ИМ механизм включает в себя неподвижную катушку (катушку возбуждения), подвижную часть и магнитопровод. На рис. 14 пока-зан один из вариантов конструктивного исполнения ферродинамического

Условное обозначение прибора

Рис. 14

ИМ. Магнитная цепь по устройству близка к магнитной цепи магнитоэлектрического ИМ, в котором постоянный магнит заменен электромагнитом. Вращающий момент ферродинамического ИМ возникает в результате взаимодействия подвижной катушки 1 с током и потока, создаваемого неподвижной катушкой 2. Подвижная часть соединяется с указателем 4. При протекании тока I₁ по неподвижной катушке и работе на линейном участке кривой намагничивания материала магнитопровода 3 индукцию в рабочем зазоре можно найти как

 

         В = К₁ I ₁,                           (11)

 

где К₁ – коэффициент, зависящий от конструктивного исполнения ИМ.

Учитывая, что подвижная часть будет реагировать, вследствие своей инерционности, на среднее значение вращающего момента можно написать

 

                                   М_вр= К₁ S ₂ n ₂ I ₁ I ₂ с os (I ₁, I ₂),                 (12)

 

где S ₂, n₂ и I ₂ - площадь, число витков и ток подвижной катушки; I ₁ и I ₂ - действующие значения токов в неподвижной и подвижной катушке; cos (I ₁, I ₂) – косинус угла между векторами токов I ₁ и I ₂.

Если противодействующий момент создается при помощи упругих элементов, то для статического равновесия

 

                                             α = К I ₁ I ₂ с os (I ₁, I ₂),                 (13)

 

α – угол отклонения подвижной части; К = К₁ S ₂ n ₂.

    Погрешности ферродинамических приборов. Основными погрешностями ферродинамических приборов являются: температурная и частотная погрешности, погрешность от нелинейности кривой намагничивания, погрешность от электромагнитного взаимодействия.

Для ферродинамических, так же как и для электродинамичес­ких приборов, наиболее характерными являются ваттметры. Поэтому погрешности и методы их компенсации рассмотрим на примере однофазного ферродинамического ваттметра.

Температурная погрешность возникает вследствие изменения сопротивления катушек, упругих свойств пружинок или растяжек и изменение характеристик материала магнитопровода. Уменьшение этой погрешности достигается различными схемными решениями, например, применением последовательно-параллельных схем компенсации температурной погрешности.

Частотная (угловая) погрешность возникает вследствие различия фазовых соотношений в приборе и измерительной цепи. Для компенсации частотной погрешности применяются, как и для температурной погрешности, различные компенсационные схемы, например схема с включением конденсатора в параллельную цепь ваттметра (рис. 15).

 

Рис. 15

 

Вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, обмотке и расположенных вблизи катушки возбуждения металлических деталях магнитный поток катушек отстает по фазе от намагничивающего тока на угол ε. Угловая погрешность γ_δ = 0,  если емкостное сопротивление Х_С будет

                             .           (14)

Для определения значения емкости конденсатора необходимо знать tg e (угол), который чаще всего определяют экспериментально.

Погрешность от нелинейности кривой намагничивания проявля­ется в тех случаях, когда напряжение сети или коэффициент мощности отличаются от значений, при которых производилась градуировка прибора. Так как кривая намагничивания ферромагнитного материала магнитопровода нелинейная, возникает непропорциональность между током, проходящим по неподвижной катушке, и создаваемым им магнитным потоком. Эта непропорциональность приводит к появлению погрешности прибора. Снизить погрешность от нелинейности кривой намагничивания можно выбором рабочего участка кривой намагничивания мате­риала магнитопровода.

Погрешность электромагнит­ного взаимодействия обусловлена асимметрией воздушного зазора. При прохождении тока по подвижной катушке и разомкнутой цепи неподвижной, подвижная катушка из-за электромагнитного взаимодействия отклоняется от нулевого положения. Погрешность от асимметрии обычно не превышает десятых долей процента, уменьшить ее можно только тщательной регулировкой измери­тельного механизма в процессе сборки.

    Области применения. Ферродинамические измерительные механизмы применяются в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах, частотомерах и фазометрах. По сравнению с аналогичными приборами других систем они обеспе­чивают большой вращающий момент при сравнительно малых габаритах, что требуется, например, в самопишущих приборах или в приборах, предназначенных для работы в условиях тряски и вибрации, когда необходим большой коэффициент добротности.

Вследствие нелинейности кривой намагничивания, наличия гистерезиса и других явлений, присущих магнитным материалам, возрастают основная и некоторые дополнительные погрешности. Поэтому ферродинамические приборы, как правило, выпускают не выше класса точности 0,5 и только в редких случаях - класса точности 0,2. Рабочая частота для ферродинамических приборов обычно 50 или 400 Гц. Допустимые отклонения значения частоты, при которых прибор остается в указанном классе точности, состав­ляют не более 10 — 20% от ее номинального значения.

Ферродинамическим ИМ свойственны также хорошая защита от влияния внешних магнитных полей, возможность использования магнитоиндукционного успокоения без применения специальных мер защиты от влияния поля магнита успокоителя (что требуется для электродинамических приборов) и некоторые другие особенности.

    Наличие сердечника в ферродинамических приборах приводит к значительному увеличению вращающего момента по сравнению с электродинамическими приборами, что позволяет применять ферродинамические приборы в условиях тряски, вибраций и ударов, а также в самопишущих приборах. Эти особенности ферродинамических приборов обусловили широкое их применение на борту летательных аппаратов, где они используются для измерения токов, напряжений, мощности и частоты в сетях переменного тока частотой 400 Гц.

Эти приборы отличаются небольшими габаритами и достаточно малой массой. Примерами таких приборов могут служить самолетные ферродинамические вольтметры ВФ-150 и ВФ-250 (номинальные напряжения равны соответственно 150 и 250 В), ферродинамические амперметры АФ-25, АФ-50 и АФ-150, рассчитанные на применение с трансформаторами тока ТФ 50/1,ферродинамические ваттметры ВТФ-15 и варметры ВРФ-15.

Измерение частоты в самолетной сети переменного тока осуществляется при помощи ферродинамического частотомера типа ГФ, выполненного по схеме логометра. Точность самолетных ферродинамических приборов невысока и обычно не превышает 2 %.

Самолетные ферродинамические приборы находятся в стандартном корпусе, достаточно надежны в работе и являются основным типом приборов, используемых в самолетных цепях переменного тока 400 Гц, что объясняется следующими их достоинствами:

- малой подверженностью влиянию внешних магнитных полей;

- достаточной для практических целей точностью измерения;

- простотой конструкции;

- возможностью измерения различных как электрических, так и неэлектрических величин;

- устойчивостью по отношению к тряске, ударам, вибрации и перегрузкам.

 

Недостатками ферродинамических приборов являются:

- значительное собственное потребление энергии (до 15 Вт);

- неравномерность шкалы;

- зависимость точности измерений от частоты.

Электродинамические приборы с более высокой точностью по сравнению с ферродинамическими приборами, на самолете не используются, так как обладают малой чувствительностью и в сильной степени подвержены влиянию таких факторов, как перегрузка, тряска, удары, внешние магнитные поля, но находят широкое применение при лабораторных исследованиях самолетного электрооборудования.

 

    4.8. Электростатические измерительные приборы

 

Принцип работы электростатических измерительных прибо­ров основан на взаимодействии электрически заряженных элект­родов, разделенных диэлектриком. Конструктивно электростати­ческие приборы представляют собой разновидность плоского конденсатора, так как в результате перемещения подвижной час­ти изменяется емкость системы. Практическое применение на­шли приборы с поверхностным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения активной площади электро­дов) и с линейным механизмом (изменение емкости осуществля­ется за счет изменения расстояния между электродами).

На рис. 16 представлен прибор с поверхностным ИМ. Он состоит из не­подвижных 1 и подвижных 2 алюми­ниевых электродов, укрепленных на оси. Измеряемое напряжение U, при­ложенное к неподвижным и подвиж­ным электродам, создает между ни­ми электростатическое поле, энергия которого W _э = CU ² /2, где С — ем­кость между электродами.

Рис. 16. Устройство элек­тростатического ИМ

Электростатические силы взаимо­действия заряженных электродов со­здают вращающий момент, под дейст­вием которого подвижные электроды втягиваются в пространство между неподвижными и изменяют активную площадь электродов, т. е. изменяютемкость С:

Подвижные электроды втягиваются до тех пор, пока вра­щающий момент не станет равен противодействующему момен­ту. Из условия равенства моментов следует, что

                                             

Шкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярнос­ти приложенного напряжения не изменяет направления враще­ния. При приложенном переменном напряжении прибор реаги­рует на среднее значение момента за период

где u (t) = U_m sin ω t — мгновенное значение переменного напря­жения;     U — среднеквадратическое значение напряжения.

Достоинства электростатических приборов — высокое вход­ное сопротивление; малая, но переменная входная емкость; малая мощность потребления; возможность использования в цепи как постоянного, так и переменного токов; широкий частотный диа­пазон; независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению измеряемого напряжения.

Недостатки — квадратичная шкала; малая чувствительность из-за слабого собственного электрического поля; невысокая точ­ность; возможность пробоя между электродами; необходимость экрана.

Электростатические вольтметры применяют для измерения в цепях с маломощными источниками и при лабораторных иссле­дованиях в цепях высокого напряжения. В совокупности с элек­тронными усилителями их используют как высокочувствитель­ные электрометры и вольтметры переменного тока.

    Погрешности. Основная погрешность электростатических приборов складыва­ется из погрешности отсчета, от упругого последствия растяжек, от изменения частоты и температуры, погрешности от контактной разности потенциалов, термоЭДС, поляризации диэлектриков и др.

При перемене полярности измеряемого постоян­ного напряжения или при переходе с постоянного тока на переменный контактная разность потенциалов U_к, вызывает по­грешность

                               ,                      (16)

    где U _ном - номинальное значение измеряемого напряжения.

Для снижения UK до уровня 20 — 50 мВ применяется специаль­ная технология обработки поверхности электродов.

Погрешность от термоЭДС появляется в результате примене­ния разнородных проводниковых материалов в измерительной цепи и наличия перепада температур в объеме ИМ. Значение этой погрешности определяется аналогично погрешности от контактной разности потенциалов.

Погрешность от поляризации диэлектрика возникает при подаче напряжения между электродами и обусловливает появление обратной ЭДС в измерительной цепи. Для снижения влияния поляризации диэлектрика применяют изоляционный материал с малым значением диэлектрической проницаемости, а также экранируют диэлектрик от подвижного электрода путем метал­лизации свободной поверхности, обращенной к подвижному электроду. Металлическое покрытие диэлектрика электрически соединяют с подвижной частью.

Частотная погрешность γ _f (в номинальной области частот) возникает из-за зависимости активного сопротивления проводов и растяжек от частоты, наличия собственной емкости прибора и индуктивности проводов

                                     ,                               (17)

    где f - частота измеряемого напряжения; f₀ - резонансная частота цепи прибора (в пределах 30—100 МГц); C – собственная емкость прибора;         R - сопротивление проводов и растяжек.

В приборах с защитным сопротивлением R _З при работе на высоких частотах появляется дополнительная погреш­ность за счет емкостного тока

                                .                          (18)

Возрастание этой погрешности с увеличением частоты ограни­чивает применение защитного сопротивления до частот порядка 300 кГц.

Погрешность, обусловленная влиянием внешних электростати­ческих полей, уменьшается экранированием прибора. Экран соеди­няют с одним из зажимов прибора и заземляют.

Температурная погрешность электростатического прибора вы­зывается изменениями упругости материала растяжек и емкости ИМ с изменением температуры:

                                                       (19)

    где β _W - термоупругий коэффициент растяжек; β_с - температурный коэффициент изменения емкости ИМ.

В приборах класса точности выше 0,5 для компенсации температурной погрешности используются различные конструктивные меры, например, крепление растяжек на термобиметаллических пластинах.

    Области применения. Электростатические приборы характеризуются: 1) весьма малым собственным потреблением мощности на постоянном токе и низких частотах. Это,объясняется тем, что оно обусловлено только кратковремен­ным зарядным током и протеканием весьма малых токов утечки через изоляцию. На переменном токе потребление мощности также невелико ввиду малой емкости ИМ и малых диэлектричес­ких потерь в изоляции;

    2) широким частотным диапазоном (от 20 Гц до 35 МГц);

    3) малой зависимостью показаний от изменений формы кривой измеряемого напряжения;

    4) возможностью использо­вания их в цепях постоянного и переменного токов для непосредственного измерения высоких напряжений (до 300 кВ) без применения измерительных трансформаторов напряжения. Наряду с этим электростатические приборы имеют и недостатки: они подвержены сильному влиянию внешних электростатических полей, обладают низкой чувствительностью к напряжению, имеют неравномерную шкалу, которую необходимо выравнивать за счет выбора формы электродов, и др.

Точность электростатических приборов можно получить высо­кой за счет применения специальных конструктивно-технологи­ческих мероприятий по снижению погрешностей. В настоящее время разработаны переносные приборы классов точности 0,2; 0,1 и 0,05.

Эти приборы используют главным образом для измерения напряжения в цепях постоянного и пе­ременного токов. Выпускаются щи­товые вольтметры на напряжения от 30 В до 15 кВ классов точности 1,0 и 1,5 с частотным диапазоном от 20 Гц до 3 МГц. Переносные вольтметры классов точности 0,5; 1,0 и 1,5 выпуска­ются на напряжения от 10 В до 3 кВ с частотным диапазоном до 35 МГц. МГц. Вольтметры самой высокой точности (классов 0,05 и 0,1) имеют пределы измерения 50, 150 и 300 В и частотный диапазон от 20 Гц до 500 кГц. Выпускаются высоковольтные приборы на напряжения от 7,5 до 300 кВ.

Кроме измерения напряжения электростатические приборы используют для измерения других электрических величин (мощ­ности, сопротивления, индуктивности и т. п.). Измерительные механизмы электростатической системы применяют также во многих специальных приборах (автокомпенсаторах, компараторах, высокочувствительных электрометрах и др.).

Принципиальные схемы электростатических приборов пока­заны на рис. 17. Вольтметры на низкие напряжения (с преде­лами измерения                         30 -500 В) имеют защитное сопротивление (рис. 17, а), встраиваемое внутрь прибора и ограничивающее ток при случайном замыкании электродов. В таких вольтметрах расстояние между электродами очень мало (десятые доли миллиметра), и изменение емкости механизма при повороте подвижной части достигается за счет изменения активной площади электродов (площади взаимного перекрытия элект­родов), поэтому при случайных толчках и ударах возникает опасность короткого замыкания электродов. Вольтметр включается в сеть с помощью зажимов А и Б. Подвижный электрод 2 соединен с экраном. При высокой частоте (свыше 300 кГц) из-за большой погрешности за счет емкостного тока защитное сопротивление отключается (при этом вольтметр включается в сеть посредством зажимов А и Э).

 

а) б) в)

 

Рис. 17

 

    Вольтметры на высокие напряжения (от 600 В и выше) защитных сопротив­лений не имеют (рис. 17, б), так как расстояния между элек­тродами в этих приборах велики), и изменение емкости механизма достигается за счет изменения расстояния между электродами.

Для измерения напряжения и других величин, функционально с ним связанных (например, мощности), применяются электро­метры - приборы с тремя электродами, находящимися под разными потенциалами. Наиболее распространены квадрантные электрометры с подвижным электродом-бисквитом и двумя парами неподвижных электродов - квадрантов (противоположные квадранты электрически соединены между собой). В электромет­рах можно использовать напряжения вспомогательного источника, что позволяет повысить чувствительность при изменениях на постоянном токе (потенциала, заряда).

Квадрантный электрометр по схеме бисквитного включения применяется также для измерения мощности. В этом случае (рис. 17, в) на обе пары квадрантов 1 и 3 подается напряжение U _ш с шунта R _ш, по которому протекает ток I измеряемой цепи, а подвижный электрод 2 подключается к напряжению U измеря­емой цепи. При этом вращающий момент электрометра пропор­ционален произведению UU_шcos j (j — угол между напряжени­ями), т. е. его можно использовать в качестве ваттметра. Показание прибора пропорционально сумме измеряемой мощности и половины мощности потерь в шунте, т. е. в показания прибора необходимо вводить поправку.

    4. 9. Логометры

Логометрами называют приборы, измеряющие отношение двух величин, например двух токов.

Магнитоэлектрические логометры измеряют отношение двух постоянных токов. Приборы этого типа в настоящее время получили широкое применение в измерительной технике. На их базе создано значительное число приборов различного назначения, используемых в авиационном оборудования. Это объясняется тем, что показания магнитоэлектрических логометров не зависят от колебаний напряжения источника питания. Кроме того, они отличаются хорошими эксплуатационными данными и невысокой стоимостью. Особенностью логометров МЭС является то, что в них вращающийся и противодействующий моменты создаются за счет взаимодействия токов катушек с магнитным полем постоянного магнита. Направления токов в рамках выбираются так, чтобы соответствующие им момента были направлены встречно.

В настоящее время наибольшее распространение получали магнитоэлектрические логометры двух типов:

p логометры с подвижными рамками и неподвижным постоянным (внерамочным или внутрирамочным) магнитом;

p логометры с подвижным внутрирамочным магнитом.

Принцип работы логометра МЭС рассмотрим на примере логометра с подвижными рамками. Принципиальная схема такого логометра показана на рис. 18.

От обычного прибора МЭС логометр конструктивно отличается следующим:

1. Логометр имеет две одинаковые, жестко связанные между собой под определенным углом рамки.

2. Магнитное поле в воздушном зазоре неравномерно за счет придания специальной формы неподвижному стальному сердечнику или полюсным наконечникам постоянного магнита. Необходимость в этом вызвана тем, что с поворотом подвижной части логометра вращающий момент должен убывать, а противодействующий расти.

 

                   Рис. 18                              Рис. 19

 

При протекании по рамкам 1 и 2 логометра токов I ₁ и I ₂ на подвижную часть прибора будут действовать два момента:

;

;

где В₁(α) и В₂(α ) – соответственно магнитная индукция в местах расположения первой и второй рамок.

Подвижная часть логометра будет находиться в положении равновесия при равенстве моментов М₁ и М₂, один из которых – М₁ – является вращающим, а другой – М₂ – противодействующим:

откуда

.                           (19)

где

              (20)

Функции ψ₁(α) и ψ₂(α) называются переменными множителями. Решая уравнение (30) относительно α, найдем

                                                                           (21)

Из выражения (21) следует, что отклонение подвижной части логометра определяется не абсолютным значением токов I₁ и I₂, а их отношением. Причем угол поворота подвижной части α будет зависеть от отношения токов I₁ / I₂ только в том случае, если переменные множители ψ₁(α) и ψ₂(α) будут различны и по крайней мере один из них должен зависеть от угла поворота подвижной части. Характер функции F(α) (19), а следовательно, и характер шкалы магнитоэлектрического логометра определяются законом изменения переменных множителей ψ₁(α) и ψ₂(α ). Поэтому, изменяя определенный образом переменные множители, можно обеспечить необходимый характер шкалы. Как следует из выражений (31), получение требуемого закона изменения переменных множителей может быть достигнуто двумя способами: изменением магнитной индукции в воздушном зазоре В₁(α) и В₂(α) по определенному закону или изменением активных площадей рамок S₁ и S₂ при изменении угла поворота подвижной части прибора. На рис. 18 показана схема магнитоэлектрического логометра, на которой получение желаемого закона изменения переменных множителей обеспечивается изменением магнитной индукции вдоль зазора с помощью сердечника миндалевидной формы. Неодинаковый характер функций ψ₁(α) и ψ₂(α) обеспечивается путем смещения рамок логометра на угол γ друг относительно друга (рис. 19).

Необходимый характер изменения переменных множителей