(Внимательно прочитай приведённый ниже текст.)
Поворот рамки с током в магнитном поле используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы, например в амперметрах.
Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. \(1\)) выполнен в виде постоянного магнита \(1\), снабжённого полюсными наконечниками \(2\), между которыми укреплён стальной сердечник \(3\).
Рис. \(1\)
В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка \(5\), намотанная на алюминиевый каркас \(6\) (рис. \(2\)). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами \(4\) или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.
Рис. \(2\)
При прохождении тока \(I\) по катушке на каждый из её проводников будет действовать электромагнитная сила. Суммарное действие всех электромагнитных сил создаёт вращающий момент \(M\), стремящийся повернуть катушку и связанную с ней стрелку прибора на некоторый угол \(\alpha\).
Так как магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, неизменно, и его силовые характеристики не зависят от тока \(I\), то
\(M = c_1 I\),
где \(c_{1}\) — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров данного прибора (числа витков катушки, её размеров, силовых характеристик магнитного поля в воздушном зазоре).
Повороту подвижной части измерительного механизма препятствует противодействующий момент \(M_{np}\), создаваемый спиральными пружинами или растяжками. Этот момент пропорционален углу закручивания, т. е. углу поворота \(\alpha\) подвижной части; при этом
\(M_{np} = c_2 \alpha\),
где \(c_{2}\) — постоянная величина, зависящая от жёсткости спиральных пружин или растяжек. Поворот подвижной части измерительного механизма и стрелки будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент \(M\), создаваемый током \(I\), не уравновесится противодействующим моментом \(M_{np}\). В момент равновесия
\(M = M_{np}\),
откуда получим:
\(\alpha = \frac{c_1}{c_2}I = kI\).
Следовательно, угол поворота \(\alpha\) подвижной части пропорционален измеряемому току \(I\). Поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу.
Постоянная величина \(k\) называется чувствительностью прибора, она характеризуется углом поворота стрелки в градусах или в делениях шкалы, приходящимся на единицу изменения измеряемой величины.
Величина, обратная чувствительности,
называется постоянной прибора, или ценой деления.
Если умножить отсчёт по шкале на цену деления прибора \(c\), то можно определить значение измеряемой величины.
Для того чтобы любой электроизмерительный прибор обеспечил требуемую точность измерений, необходимо, чтобы отклонение подвижной системы прибора определялось только вращающим моментом, создаваемым катушкой, и противодействующим усилием пружины. Для устранения влияния силы тяжести, создающей погрешности при измерениях, подвижную систему прибора уравновешивают противовесами — стержнями с перемещающимися по ним грузиками.
Для уменьшения влияния трения оси приборов снабжают тщательно отполированными стальными наконечниками, выполненными из материала с высокой износостойкостью (закалённая сталь, вольфрамо-молибденовый сплав и пр.).
Электроизмерительные приборы обычно снабжают корректором — приспособлением, позволяющим устанавливать стрелку в нулевое положение.
Кроме рассмотренного выше измерительного механизма с внешним (по отношению к катушке) постоянным П-образным магнитом существуют механизмы с магнитами другой формы (цилиндрической, в виде призмы, а также с внутрирамочными неподвижными и подвижными магнитами).
Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока.
Для уменьшения проходящего по катушке тока и компенсации влияния температуры на показания прибора в вольтметрах последовательно с катушкой включают добавочный резистор, который обычно встраивается в корпус прибора. Сопротивление этого резистора значительно больше сопротивления катушки, и он выполнен из материала, электрическое сопротивление которого весьма мало зависит от температуры (константан, манганин и пр.).
В амперметрах параллельно катушке прибора часто включают образцовый резистор, называемый шунтом. Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления катушки прибора, вследствие чего измеряемый ток в основном проходит по шунту. Шунты и добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения приборов.
Из принципа действия магнитоэлектрического прибора следует, что направление отклонения его стрелки зависит от направления тока \(I\), проходящего по катушке. Следовательно, при включении этих приборов в цепь постоянного тока должна быть соблюдена правильная полярность, при которой стрелка отклоняется в требуемую сторону. Для переменного тока магнитоэлектрические приборы непригодны, так как при питании катушки переменным током среднее значение создаваемого ею вращающего момента равно нулю и стрелка прибора будет стоять на нуле, испытывая чуть заметные колебания.
Достоинством приборов магнитоэлектрической системы являются равномерность шкалы, высокая точность и независимость показаний от посторонних магнитных полей. К недостаткам их относятся непригодность для измерения переменного тока, необходимость соблюдения полярности при включении и чувствительность к перегрузкам (при перегрузке тонкая проволока катушки и спиральные пружины, подводящие к ней ток, могут сгореть).
(Ответь на следующие вопросы.)
Какими механизмами создаётся противодействующий момент прибора?
Как зависит вращающий момент катушки, создаваемый электромагнитными силами, от силовых характеристик магнитного поля в воздушном зазоре?
Как изменится режим работы вольтметра магнитоэлектрической системы, если в нём добавочное сопротивление установить не последовательно с катушкой, а параллельно ей?
| Максимальный размер файла: 5 МБ |
|---|