Jakie są zalety i wady mierników elektromagnetycznych?

Elektromagnetyczne przyrządy pomiarowe — urządzenia wykorzystujące właściwość pola magnetycznego do przyciągania na przykład ciał ferromagnetycznych. stal miękka. Kiedy prąd przepływa przez cewkę, powstaje w niej pole magnetyczne, które ma tendencję do wciągania do cewki stalowej zwory połączonej ze strzałką urządzenia.

Strzała jest utrzymywana w pozycji początkowej przez sprężynę śrubową. Odchylenie strzałki można wykorzystać do oszacowania natężenia prądu przepływającego przez cewkę. Ponieważ uzwojenie prądowe ciągnie twornik, niezależnie od tego, czy jest zasilany prądem stałym, czy przemiennym, elektromagnesy stalowe są równie odpowiednie do pomiaru zarówno prądu stałego, jak i prądu przemiennego.

Zatem urządzenie elektromagnetyczne ma elektromagnetyczny mechanizm pomiarowy ze stacjonarną cewką, przez którą przepływa prąd elektryczny, oraz jeden lub więcej rdzeni ferromagnetycznych zamontowanych na osi.

Elektromagnetyczne urządzenia pomiarowe są stosowane w amperomierzach, woltomierzach, miernikach częstotliwości i mierniki fazy.

Urządzenia elektromagnetyczne produkowane są z płaską lub okrągłą cewką. Płaska stacjonarna cewka (ryc. 1, a) jest zwykle uzwojona z grubego drutu 1 na nieferromagnetycznej ramie 2, tak że wewnątrz niej powstaje szczelina powietrzna. Płytka ferromagnetyczna 7 jest umieszczona obok szczeliny, oś płytki jest umieszczona asymetrycznie, strzałka 8 urządzenia jest przymocowana do osi poruszającej się wzdłuż skali 3 urządzenia. Na osi, która może obracać się w polu magnesu trwałego 4, osadzona jest przeciwległa sprężyna 6 i aluminiowy sektor 5.

Urządzenie elektromagnetyczne z okrągłą cewką ma następującą strukturę. Okrągła cewka 10 (ryc. 1, b) z centralną szczeliną powietrzną jest uzwojona z grubego drutu. Płytka ferromagnetyczna 11 jest zamocowana wewnątrz szczeliny, a na osi zamocowana jest druga, ale już ruchoma płyta ferromagnetyczna 12. Przeciwsprężyna 13 i strzałka 14 urządzenia są zamocowane na osi płytki 12. Aby stworzyć przeciwny moment, aluminiowy sektor jest mocowany na osi i instalowany trwały magnes — niewidoczne na rysunku.

Ryż. 1. Elektromagnetyczny mechanizm pomiarowy: a — z cewką płaską, b — z cewką okrągłą

Zalety elektromagnetycznych przyrządów pomiarowych

Kąt odchylenia strzałki elektromagnetycznego urządzenia pomiarowego zależy od kwadratu prądu. Oznacza to, że urządzenia układu elektromagnetycznego mogą pracować w obwodach prądu stałego i przemiennego.

Gdy prąd przemienny przepływa przez cewkę, ruchomy rdzeń jest magnesowany jednocześnie ze zmianą kierunku pola magnetycznego, a kierunek momentu obrotowego nie zmienia się, to znaczy zmiana znaku prądu nie wpływa na znak kąta odchylenia. Odczyt urządzenia w obwodzie AC jest proporcjonalny do wartości skutecznych mierzonych wartości.

Mierniki elektromagnetyczne są proste w konstrukcji, niedrogie, zwłaszcza tablica rozdzielcza. Mogą bezpośrednio mierzyć duże prądy, ponieważ ich cewki są nieruchome i można je łatwo wykonać z przewodów o dużej powierzchni przekroju.

Przemysł produkuje amperomierze układu elektromagnetycznego do bezpośredniego podłączenia do prądów do 150 A.

Elektromagnetyczne przyrządy pomiarowe wytrzymują nie tylko krótkotrwałe, ale także długotrwałe przeciążenia, jeśli występują, występujące podczas procesu pomiarowego.

Wady elektromagnetycznych przyrządów pomiarowych

Wady elektromagnetycznych przyrządów pomiarowych to: nierówność skali i stosunkowo mała czułość przy pomiarze małych prądów, czyli stosunkowo mała dokładność pomiaru na początku skali, zależność wskazań przyrządu od wpływu zewnętrznych pól magnetycznych, mała zakres pomiarowy częstotliwości, duża czułość przyrządów na wahania częstotliwości prądów oraz duży ich pobór (do 2 W dla amperomierzy dla prądów do 10 A i 3 — 20 W dla woltomierzy w zależności od napięcia).

W przypadku wielu urządzeń skala jest zbliżona.

Elektromagnetyczne przyrządy pomiarowe są podatne na wpływ zewnętrznych pól magnetycznych, ponieważ mają bardzo słabe wewnętrzne pole magnetyczne. Faktem jest, że cewki wykonane są bez rdzeni ferromagnetycznych, więc pole magnetyczne w nich wytworzone jest zamknięte w powietrzu, a wiadomo, że powietrze jest ośrodkiem o bardzo dużym oporze magnetycznym. W celu wyeliminowania wpływu pól magnetycznych powszechnie stosuje się różne osłony magnetyczne lub urządzenia wykonuje się w wersji astatycznej.

W astatycznych przyrządach pomiarowych zamiast jednej cewki z rdzeniem stosuje się odpowiednio dwie cewki nieruchome i dwa rdzenie zamocowane na jednej osi ze strzałką. Uzwojenia cewek są połączone ze sobą szeregowo i tak, że gdy przepływa przez nie mierzony prąd, powstają w nich skierowane ku sobie strumienie magnetyczne.

Jeśli urządzenie pomiarowe znajduje się w zewnętrznym polu magnetycznym, zwiększa pole magnetyczne w jednej cewce i maleje w drugiej. Dlatego wzrost momentu obrotowego w jednej cewce jest kompensowany przez taki sam spadek momentu obrotowego w drugiej. Kompensuje to wpływ zewnętrznego jednorodnego pola magnetycznego. Jeśli zewnętrzne pole magnetyczne nie jest jednorodne, następuje tylko częściowa kompensacja.