§ 91. Электромагнитные измерительные приборы

Электромагнитные измерительные приборы работают на принципе взаимодействия магнитного поля, создаваемого измеряемым током, с сердечником из ферромагнитного материала, помещенным в поле и являющимся подвижной частью прибора.

По конструкции электромагнитные приборы делятся на два типа: приборы с плоской катушкой и приборы с круглой катушкой. Рассмотрим сначала устройство первого типа приборов (рис. 212).

Рис. 212. Устройство прибора электромагнитной системы с плоской катушкой

Обмотка прибора представляет собой плоскую катушку 1 со щелью. Обмотка катушки у вольтметров выполняется из тонкой (диаметр 0,05-0,1 мм) медной проволоки с большим числом витков (2000-10000). Обмотка амперметров на токи до 30 а изготовляется из небольшого числа витков толстой проволоки. На токи до 200 а обмотка выполняется из медной ленты или в виде одного шинного витка (на токи 300-500 а). Второй основной частью прибора является сердечник из ферромагнитного материала (например, пермаллоя) в форме листка 2, укрепленного эксцентрично на оси прибора 3. При прохождении тока по виткам катушки возникает магнитное поле, которое втягивает сердечник в щель катушки тем больше, чем больший ток протекает по виткам катушки. Укрепленная на оси стрелка 4 будет отклоняться по шкале 5. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 6, связанной одним концом с осью, а другим концом с неподвижной частью прибора. Для успокоения электромагнитных приборов обычно применяются воздушные успокоители 7. Поршенек успокоителя, закрепленный на оси при помощи проволоки, перемещаясь в изогнутом цилиндре, испытывает со стороны воздуха в цилиндре сопротивление своим колебаниям, что приводит к успокоению стрелки. Изменение величины тока в катушке вызывает непропорциональное изменение угла поворота стрелки, поскольку вращающий момент, действующий на подвижную систему, зависит от квадрата тока. Поэтому шкала электромагнитного прибора неравномерна.

Устройство прибора с круглой катушкой показано на рис. 213. Ток, проходя по виткам катушки 1, создает магнитное поле и намагничивает два железных сердечника; сердечник 2, укрепленный неподвижно с внутренней стороны катушки, и другой сердечник 3, закрепленный на оси прибора. Близлежащие края сердечников намагничиваются одноименно, и поэтому сердечник 3, отталкиваясь от сердечника 2, будет поворачивать ось прибора.

Рис. 213. Прибор электромагнитной системы с круглой катушкой

Внешние магнитные поля оказывают влияние на работу электромагнитного прибора, но железный кожух прибора значительно ослабляет это влияние. Изменение направления тока в обмотке прибора приводит к перемагничиванию сердечника (или сердечников), и сила взаимодействия не меняет своего направления. Поэтому электромагнитные приборы могут работать в цепях постоянного и переменного токов. При переменном токе прибор будет показывать действующее значение тока или напряжения. Потребление мощности в амперметрах составляет 2-8 вт, в вольтметрах - 5-6 вт. Простота конструкции, дешевизна, возможность выдерживать перегрузку, пригодность для постоянного и переменного токов привели к тому, что приборы электромагнитной системы нашли себе широкое применение для технических измерений. К недостаткам прибора нужно отнести малую точность, неравномерность шкалы, зависимость показаний прибора от внешних магнитных полей и от частоты. Электромагнитные приборы изготовляются главным образом в качестве технических щитовых приборов классов точности 1; 1,5; 2,5.

Придавая специальную форму сердечнику и изменяя его расположение относительно катушки, можно добиться некоторого уменьшения неравномерности шкалы у этих приборов.