Магнитоэлектрическая система
Принцип действия приборов этого типа основан на взаимодействии полей постоянного магнита и рамки с током. В воздушном зазоре между полюсами постоянного магнита размещается рамка (каркас с обмоткой) измерительного механизма на оси со спиральными пружинами и указателем (стрелкой). Ток к рамке подводится через спиральные пружины, которые также создают противодействующий момент, линейно зависящий от угла поворота. При равенстве вращающего и противодействующего моментов стрелка устанавливается на определенном делении шкалы.
Величина вращающего момента определяется силой тока (I), площадью рамки (S), количеством витков в ней (N) и величиной индукции магнитного поля (B): MBP= ISNBsinф
Угол поворота стрелки α пропорционален току a=IС1,
где С1 – коэффициент пропорциональности.
С изменением направления исследуемого тока меняется и направление действия вращающего момента. По причине своей инерционности рамка не успевает реагировать за изменением направления переменного тока, поэтому магнитоэлектрические приборы применяются только в цепях постоянного тока.
Успокоение измерительной стрелки происходит за счет вихревых токов, возникающих при перемещении рамки. 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.
Достоинства магнитоэлектрической системы
· высокую точность и чувствительность;
· малое потребление энергии.
· Слабое влияние внешнего электромагнитного поля на показания прибора
Недостатки магнитоэлектрической системы
· сложность конструкции;
· чувствительность к перегрузкам;
· возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных средств).
Электромагнитная система
В приборах этой системы перемещение подвижной части происходит под воздействием магнитного поля неподвижной катушки на подвижный ферромагнитный сердечник, укрепленный на одной оси со стрелочным указателем (рис. 1.2).
Подвижная часть представляет собой сердечник 2, насаженный на ось 4 со спиральной пружиной 5 и стрелкой 6. Спиральная пружина создает момент сил, уравновешивающий вращающий момент и определяющий положение измерительной стрелки на шкале. Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора, пропорционален квадрату тока, протекающего по неподвижной катушке.
Приборы рассматриваемой системы имеют неравномерную измерительную шкалу и невысокую точность. К достоинствам можно отнести простоту конструкции и возможность работы в цепях постоянного и переменного тока.
Электродинамическая система
Работа этих приборов основана на взаимодействии полей 2-х проводников с током; при одинаковом направлении последнего проводники притягиваются, при противоположном – отталкиваются.
Схема устройства электродинамического привода показана на рис. 1.3. Около неподвижной катушки 1 расположена подвижная катушка 3, соединенная осью со спиральными пружинами – для подвода тока и создания противодействующего момента. С осью подвижной катушки связан указатель 2.
При измерении тока подвижная катушка поворачивается относительно неподвижной, стремясь установиться так, чтобы направления их магнитных полей совпали. В случае равенства вращающего и противодействующего моментов подвижная катушка отклоняется на угол, пропорциональный величине измеряемого тока:
,cosIICHП3ψ=α
где С3 – коэффициент пропорциональности;
IП, IH – токи в подвижной и неподвижной катушках;
ψ - угол сдвига фаз токов в катушках.
Приборы этой системы имеют равномерную шкалу и применяются в цепях постоянного и переменного тока. Недостатками электродинамических механизмов являются невысокая точность, большое собственное потребление мощности, чувствительность к перегрузкам.
Электростатическая система
Принцип действия приборов данного типа основан на взаимодействии одно- и разноименнозаряженных тел. Отклонение подвижной части таких приборов связано с изменением емкости системы. Схема устройства электростатического прибора показана на рис. 1.4.
Если под измеряемого напряжения U одна из неподвижных пластин 1 (правая, например) заряжается положительно, то вторая неподвижная пластина 1 (левая, электрически соединенная с подвижной пластиной 2) получит отрицательный заряд. Подвижная пластина 2, подвешенная на тонких бронзовых ленточках 6, при этом будет притягиваться к правой пластине и отталкиваться от левой. Отклонение подвижной пластины тягой 4, проходящей через отверстие в левой неподвижной пластине, передается оси 3, которая вместе с указателем 5 поворачивается на угол пропорциональный квадрату измеряемого напряжения
Электростатические приборы пригодны для измерения постоянного и переменного напряжений. На показания оказывает влияние влажность окружающей среды и внешние электрические поля. Для защиты от внешних электрических полей эти приборы обязательно снабжают экраном, соединенным с землей. Ничтожное собственное потребление мощности является преимуществом электростатических приборов.