15.4.2. Амперметри і вольтметри.
Якщо нерухомі і рухомі котушки з'єднати послідовно і по них пропустити один і той же струм I = I1 = I2 то кут відхилення рухомої частини механізму
= (1/W)I2 (д/д) = (1/W)kU2(д/д) (15.30)
де k - коефіцієнт пропорційності.
Отже, відхилення рухомої частини приладу пропорційно квадрату струму (напруги). При зміні напряму струмів в обох котушках відхилення рухомої частини приладу залишиться незмінним. Оскільки струми I1 і I2 співпадають по фазі, то прилад може мати одну шкалу для постійних і змінних струмів (наприклад, для амперметрів на малі струми до 0,1 А і вольтметрів). При струмах вище 0,1 А котушки з'єднуються паралельно.
Електродинамічні амперметри застосовують для вимірювання струмів 0,1-10 А. Використання їх для вимірювання струмів діапазону міліампера в малопотужних ланцюгах обмежується великою потужністю споживання і малою чутливістю. Зміна меж вимірювання досягається секціонуванням нерухомих котушок, а також комбінацією послідовно-паралельного з'єднання секцій нерухомих котушок з рухомою котушкою.
В електродинамічних вольтметрах нерухома і рухома котушки з'єднуються послідовно з додатковим резистором і по них проходить один і той же струм.
Електродинамічні вольтметри випускаються на декілька меж (до 300 В) і використовують їх в основному для точних вимірювань. Внутрішній опір їх мало (приблизно 1 кОм на межі 30 В), потужність споживання змінюється залежно від межі вимірювання, максимум до 10 Вт, чутливість низька.
Межі вимірювання амперметрів і вольтметрів можуть бути розширений за допомогою вимірювальних трансформаторів струмів і напруг.
15.5. Електромагнітні вимірювальні прилади.
В електромагнітних механізмах (рис. 15.13) для створення обертаючого моменту використовують дію магнітного поля котушки 1 із струмом на рухому пермалоєвому пелюстку 2, який ексцентрично насаджений на осі 4 приладу.
Рис. 15.13. Електромагнітний вимірювальний механізм
Протидіючий момент створюється спіральною пружиною 3. При проходженні по нерухомій плоскій котушці струму I, що вимірюється, виникає магнітне поле, яке, впливаючи на пелюстку 2, прагне розташувати його так, щоб енергія магнітного поля була найбільшою, тобто втягнути пелюстку всередину котушки. Рухома частина механізму повертається до тих пір, поки обертаючий момент не стане рівним протидіючому моменту. Енергія магнітного поля котушки із струмом э = LI2/2, де L - індуктивність котушки.
Обертаючий момент механізму
.
(15.31)
Кут відхилення рухомої частини механізму визначають з рівності M = М
.
(15.32)
Шкала приладу квадратична, тому вона на початку стисла, а в кінці розтягнута. Оскільки є функцією I2, знак кута повороту не залежить від напряму струму в котушці, тому електромагнітні прилади однаково придатні для вимірювання в ланцюгах постійного або змінного струму. Якщо по котушці пропустити змінний струм i, то миттєве значення обертаючого моменту
.
(15.33)
Прилад реагує на середнє значення обертаючого моменту:
,
(15.34)
де I - середньоквадратичне значення струму; Т - період змінного струму.
З (15.34) витікає, що відхилення рухомої частини механізму пропорційно середньоквадратичному значенню струму, що вимірюється.
Заспокоєння в приладі повітряне або магнітоіндукційне. Електромагнітні прилади конструктивно виконуються як з плоскою котушкою, так і з круглою.
До достоїнств електромагнітних приладів слід віднести простоту і надійність, добру перевантажувальну здатність і однакову придатність для вимірювань в ланцюгах постійного і змінного струму, до недоліків - велике власне споживання енергії, невисоку точність (при вимірюваннях в ланцюгах постійного струму позначається явище гістерезису у феромагнітній пелюстці), малу чутливість, вплив зовнішніх магнітних полів через слабе власне магнітне поле.
Електромагнітні прилади застосовують як вимірники струму і напруги переважно в ланцюгах змінного струму промислової частоти як щитові прилади класів 1,0 і 1,5 і багатомежевих лабораторних приладів класів 0,5 і 1,0. Використання їх в ланцюгах підвищеної і високої частоти неприпустимо через великі додаткові частотні похибки.