Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на физическом явлении воздействия магнитного поля на ферромагнитное тело. Железный (стальной) подвижный сердечник под действием магнитного поля катушки с током намагничивается и стремится расположиться внутри катушки так, чтобы магнитный поток был наибольшим.
В электромагнитном приборе измеряемый ток, проходя через витки плоской катушки, создает магнитное поле, которое втягивает внутрь катушки 1 тонкий листок электротехнической стали 3, закрепленный эксцентрично на оси прибора. К этой же оси прикреплены указательная стрелка и спиральная пружина 2, создающая противодействующий момент. Успокоение подвижной системы осуществляется воздушным демпфером 4. Вращающий момент, действующий на ферромагнитный листок и отклоняющий стрелку прибора, пропорционален квадрату действующего значения тока, проходящего через катушку, и изменению индуктивности катушки при повороте подвижной части прибора: МВР = К1I2
При изменении направления тока в катушке на обратное – одновременно меняются на противоположные – магнитные полюса ферромагнитного сердечника. Поэтому сердечник по-прежнему втягивается в катушку и направление вращающего момента подвижной части прибора не меняется. Следовательно, приборы электромагнитной системы пригодны для измерения в цепях как постоянного, так и переменного тока.
Основные достоинства электромагнитных приборов:
• непосредственное измерение в цепях постоянного и переменного тока без дополнительных преобразователей;
• простота конструкции и сравнительная дешевизна этих приборов;
• большая перегрузочная способность и, как следствие – высокая надежность эксплуатации;
К недостаткам этих приборов можно отнести:
• малую точность (не высокий класс точности);
• низкую чувствительность;
• неравномерность шкалы (особенно сильно она сжата в начале).
Последнее объясняется тем, что вращающий момент и, следовательно, угол отклонения стрелки прибора пропорционален квадрату измеряемого тока.
Несмотря на это, из-за своих достоинств, приборы электромагнитной системы широко используются в электротехнических устройствах постоянного тока и промышленной частоты 50 Гц в виде щитовых амперметров и вольтметров, где не требуется высокая точность измерений.
Электродинамические приборы
Электродинамические приборы основаны на принципе взаимодействия проводников, по которым протекает ток: два проводника с одинаково направленными токами взаимно притягиваются, а с противоположно направленными токами - взаимно отталкиваются.
Прибор этой системы состоит из неподвижной катушки 2, через которую протекает ток I1 и подвижной катушки 3 с током I2. В подвижную катушку ток подводится через спиральные пружинки 1, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Подвижная катушка стремится повернуться таким образом, чтобы направление ее магнитного поля совпало с направлением поля неподвижной катушки. Успокоение подвижной системы осуществляется воздушным демпфером 4.
Вращающий момент и угол поворота стрелки электродинамического прибора пропорционален произведению токов в катушках и косинусу угла сдвига меду токами cosj:
МВР=K1I1I2cosj.
Электродинамические приборы в основном применяют для измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного тока.
Шкалы электродинамических вольтметров и амперметров – неравномерные, а ваттметров – практически равномерные.
Электродинамические приборы обеспечивают наиболее высокую точность (класс точности до 0,1) при измерении в цепях переменного тока частотой до 20 кГц (достоинства), однако они не выносят перегрузку, потребляют довольно значительную мощность и на их показания влияют внешние магнитные поля (недостатки).