Электромагнитные приборы. 
Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

Узел для создания вращающего момента (рис. 3.9, а) состоит из плоской или цилиндрической катушки, по которой протекает измеряемый ток, и сердечника, закрепленного на оси указателя.

Рис. 3.9. Электромагнитный прибор:

а — узел, создающий вращающий момент; б, в — конструкция с двумя неподвижными катушками; 1,4 — плоская и круглая неподвижные катушки; 2 — ферромагнитный подвижный сердечник; 3 — ось Принцип действия приборов электромагнитной системы заключается во взаимодействии магнитного поля катушки с подвижным ферромагнитным сердечником. Энергия, запасенная в катушке, W_3M = LI²/2. Индуктивность катушки при движении сердечника меняется, следовательно, выражение для вращающего момента (3.1) будет.

Из условия равенства вращающего и противодействующего моментов получаем.

Из этого уравнения следует, что отклонение указателя пропорционально квадрату измеряемого тока. Прибор пригоден для измерения как постоянного, так и переменного тока. Градуировка шкалы при постоянном токе соответствует среднеквадратическим (действующим) значениям переменного тока.

Достоинства электромагнитных приборов — простота конструкции и надежность. Недостатки — малая чувствительность, существенное потребление мощности от измеряемой цепи (до 1 Вт), нелинейность шкалы, значительная погрешность; много влияющих величин (температура окружающей среды, внешнее магнитное поле, частота измеряемого переменного тока).

Электромагнитные приборы благодаря простоте, дешевизне и надежности широко применяют для измерения токов и напряжений в мощных цепях постоянного и переменного тока промышленной частоты (50 и 400 Гц). Большинство электромагнитных амперметров и вольтметров выпускают в виде щитовых приборов классов точности 1,5 и 2,5, хотя имеются приборы классов точности 1,5 и 1,0, предназначенные для работы на частотах 50, 200, 800, 1000, 1500 Гц.

Амперметры. Катушку амперметра изготавливают из медного провода, рассчитанного на номинальное значение тока, например 5 А. Число витков определяют из условия полного отклонения указателя амперметра при таком токе.

Для расширения пределов измерения переменного тока применяют измерительные трансформаторы тока. Они раз;

Рис. 3.10. Измерительный трансформатор тока:

а — схема включения; б — конструкция проходного трансформатора тока: 1 — магнитопровод; 2 — изолятор личаются классами точности (от 0,05 до 1,0), значением нормированного номинального сопротивления нагрузки в цепи вторичной обмотки (от 0,2 до 2,0 Ом). Основная рабочая частота 50 Гц, но может быть 400 и 1000 Гц.

Первичная обмотка трансформатора тока содержит малое число витков и включается последовательно в разрыв цепи (рис. 3.10, а). Вторичная обмотка с большим количеством витков соединяется с амперметром, рассчитанным на 5 А (иногда на 1 А). Трансформаторы тока выпускаются для работы с первичным током от 5 А до 15 к А. При больших значениях тока первичная обмотка представляет собой прямоугольный отрезок шины или стержень, проходящий через окно магнитопровода (рис. 3.10, б). Сопротивления амперметров малы, поэтому нормальным режимом работы трансформатора тока является близкий к режиму короткого замыкания.

Вольтметры. Катушку вольтметра изготавливают из большого количества витков тонкого медного провода, достаточного для полного отклонения указателя при данном значении тока. Уравнение для электромагнитного вольтметра приобретает вид.

где R_v — сопротивление обмотки катушки.

Щитовые вольтметры непосредственного включения выпускают со шкалами от 7,5 до 250 В и добавочными сопротивлениями на 450, 600 и 750 В; класс точности 1,5. Для измерений более высоких напряжений, вплоть до 15 кВ, применяют измерительные трансформаторы напряжения. Они различаются классом точности 0,1 и 0,2 и коэффициентом трансформации. Рабочая частота 50 Гц.

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается параллельно измеряемой цепи. К вторичной обмотке подключается вольтметр (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Измерительный трансформатор напряжения.