Приборы магнитоэлектрической системы

Принцип действия приборов с измерительным механизмом магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и подвижной катушки, по виткам которой проходит измеряемый электрический ток. Магнит имеет подковообразную форму и оканчивается полюсными наконечниками круглой формы (рис. 1).

Магнит и наконечники могут быть монолитными или составными. Между наконечниками помещается цилиндрический сердечник из магнитномягкого ферромагнетика. Сердечник отделен от наконечников с двух сторон равномерными кольцевыми воздушными зазорами толщиной примерно 2 мм. Малая толщина зазоров позволяет получить в них достаточно сильное магнитное поле, индукция которого В = 0, 2 ÷ 0, 4 Тл при поле в магните порядка 1 Тл. Благодаря такому строению магнитной цепи модуль вектора индукции одинаков во всех точках внутри зазора, а сам этот вектор направлен по радиусу (постоянное по модулю радиальное магнитное поле, рис.1).

Катушка наматывается изолированной медной проволокой малого диаметра (0, 03 – 0, 2 мм) на алюминиевой рамке прямоугольной формы и помещается в кольцевой зазор между наконечниками и цилиндром 4 (рис. 2). К рамке с двух сторон приклеивают алюминиевые буксы, в которых закрепляются две полуоси 5. К одной из них крепится стрелочный указатель 6, перемещающийся над шкалой 7 при повороте рамки. Две спиральные пружины 8 создают противодействующий момент за счет деформации изгиба и одновременно используются для подвода измеряемого тока. Одна из них закреплена между полуосью и корпусом, вторая одним концом прикреплена к полуоси, а другим к рычагу корректора, который позволяет регулировать положение нуля прибора. С другой стороны обе полуоси заканчиваются заостренным стальным стержнем (керном), который опирается на подпятник из твердых материалов. Подпятник закреплен в металлической оправе, прикрепленной к корпусу. В высокоточных измерительных механизмах рамка крепится на растяжках (двух тонких нитях).

Рис.1. Схема магнитной цепи.

При прохождении тока на два участка витка, параллельные оси цилиндра, действуют силы Ампера, направленные противоположно друг другу и перпендикулярно плоскости рамки. Они образуют пару сил.

Величина силы Ампера, действующей на один такой участок витка равна

,

где В – модуль вектора индукция магнитного поля в зазоре, I – сила тока, протекающего по рамке, l – длина участка катушки, параллельного оси (т.е. длина рамки), β – угол между данным участком рамки и вектором индукции магнитного поля в зазоре.

Величина силы Ампера не зависит от угла поворота по двум причинам. Во-первых, вектор индукции магнитного поля в зазоре направлен по радиусу и перпендикулярен направлениям токов (β = const = 90º) на указанных участках катушки при любых углах поворота рамки a относительно ее оси. Во-вторых, как уже отмечалось, модуль вектора индукции в зазоре остается постоянным.

Рис. 2. Прибор магнитоэлектрической системы

Момент данной пары сил от всех витков равен

M _BP = NFb,

где N – число витков катушки, b – ширина рамки. Эту формулу можно переписать так:

M _BP =BISN, (5)

где S – площадь рамки (S=bl)