§ 90. Магнитоэлектрические измерительные приборы

Приборы магнитоэлектрической системы работают на принципе взаимодействия катушки с током и поля постоянного магнита. На рис. 211 показано устройство прибора этой системы. Сильный постоянный подковообразный магнит 1, изготовленный из кобальтовой, вольфрамовой или никель-алюминиевой стали, создает магнитное поле. К концам магнита приведены полюсные наконечники 2 из мягкой стали, имеющие цилиндрические выточки. Между полюсными наконечниками неподвижно укреплен стальной цилиндр 3, служащий для уменьшения сопротивления магнитной цепи.

Рис. 211. Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Кроме того, цилиндр играет и другую роль. Магнитные линии выходят из полюсных наконечников и, в силу того что магнитная проницаемость стали значительно больше, чем у воздуха, радиально входят в цилиндр, образуя в воздушном зазоре практически однородное магнитное поле. Такое же поле создается при выходе магнитных линий из цилиндра. Цилиндр охватывает легкая алюминиевая рамка 4 с намотанной на ней обмоткой (катушкой) 5, выполненной из изолированной медной проволоки. Рамка сидит на оси 6, лежащей в подпятниках 7. На оси крепится также алюминиевая стрелка 8. Противодействующий момент создается двумя плоскими спиральными пружинами 9, служащими одновременно для подвода тока к обмотке прибора.

Зажимы прибора выводятся наружу и соединяются проводниками со спиральными пружинками.

При пропускании тока по виткам обмотки в результате взаимодействия тока в проводниках и магнитного поля подковообразного магнита возникает механическая сила, направление которой можно определить по "правилу левой руки". На другой стороне обмотки возникает такая же по величине сила, но противоположного направления. Образуется пара сил. Под действием этой пары сил катушка будет поворачиваться. Сила взаимодействия зависит от величины магнитной индукции В, тока в катушке I, числа витков катушки w и активной длины катушки l:

Колебания алюминиевой рамки с обмоткой в магнитном поле вызывают появление в рамке индуктированного тока, который, по правилу Ленца, будет противодействовать этим колебаниям и тем самым успокаивать подвижную часть прибора. Неизменность индукции во всех точках воздушного зазора обеспечивает пропорциональность между током в обмотке и углом поворота подвижной части, вследствие чего шкала прибора равномерна.

Магнитоэлектрические приборы являются наиболее чувствительными и точными из всех существующих приборов с непосредственным отсчетом. Они изготовляются как в виде лабораторных многопредельных приборов класса точности 0,1-0,5, так и в виде технических приборов класса 1-1,5.

Обладая большой точностью, высокой чувствительностью, равномерной шкалой, малым потреблением энергии (0,5-3 вт), малым влиянием на них внешних магнитных полей, хорошим успокоением, магнитоэлектрические приборы нашли широкое применение в цепях постоянного тока в качестве амперметров, вольтметров, миллиамперметров, милливольтметров и т. д.

К недостаткам приборов этой системы относятся: высокая стоимость, чувствительность к перегрузкам и пригодность только для постоянного тока. В самом деле, при пропускании по обмотке переменного тока подвижная часть прибора должна была бы отклоняться то в одну, то в другую сторону. Но ввиду быстрых изменений тока в катушке подвижная часть, обладая инерцией, не будет успевать за ними и стрелка прибора останется неподвижной.

Для измерений в цепях переменного тока магнитоэлектрические приборы включают через полупроводниковые выпрямители (см. § 95).

Для измерения малых значений тока и напряжения применяются гальванометры, получившие преимущественное применение при нулевых методах измерений, когда нужно обнаружить отсутствие тока в той или иной части измерительной схемы.