12. Ферродинамические измерительные механизмы.

Принцип действия ФД приборов основан на взаимодействии подвижной катушки с током и магнитным потоком, создаваемым неподвижными катушками (рис 2.5).

Рисунок 24 Структурная схема ФД механизма

1. Неподвижные катушки

2,3. Магнитопроводы

4. Скрепленные катушки

Уравнение шкалы:

где k- коэффициент, определяемый конструкцией измерительного механизма и выбором системы единиц.

Достоинства: меньшая зависимость от внешних магнитных полей, мощное усиление, большой вращающий момент, большая механическая устойчивость. Благодаря большому вращающему моменту эти механизмы применяют в самопищущих приборах.

Недостатки: меньшая точность показаний (не выше класса 1), более низкий частотный уровень, большее влияние температуры и частоты на показания приборов.

Конструкции измерительных механизмов.

В ферродинамическом ИМ независимо от конструктивного исполнения можно выдели три основных элемента: катушку возбуждения, матнитопровод и подвижную часть. Форма катушки возбуждения и их количество, конфигурация магнитопровода и его отдельных элементов, конструкция и число обмоток подвижной части определяются схемой и целевым назначением прибора, видом измеряемой величины и требуемыми метрологическими характеристиками.

Рис. 25 Измерительный механизм с углом шкалы 90

Рис.26 Магнитная система

На рисунке 25 представлен ИМ, применяемый в амперметрах, вольтметрах и однофазных ваттметрах с углом шкалы 80-90 Катушка возбуждения 1 охватывает средний стержень магнитопровода 2 2, который обычно набирают из отдельных электрически изолированных пластин электротехнической ста­ли или изготовляют методом спекания ферромагнитных порошков. Пластины стягивают в пакет шпильками или заклепками, применяя для этого материалы с низкой электропровод­ностью, например манганин. Сердечник 3 так­же набирают из отдельных пластин; иногда, особенно в приборах, предназначенных для работы в сетях промышленной частоты 50 Гц,

В щитовых приборах широко применяются конструкции с большим углом поворота подвижной части-в пределах 230-260 (рис. 26). Магнитная система такого типа ИМ, состоит из двух основных элементов: S-образного сердечника 1 и вшешнего магнитопровода 2 полукольцевой формы. Между частями магнитопровода обычно составляют зазор 5, изменением которого можно регулировать величину отклонения подвижной части. Увеличивая этот зазор, снижают индукцию на рабочем участке 3 магнитной системы и, следовательно , уменьшают угол поворота указателя. Относительное смещение частей магнитопровода можно использовать также для корректирования в некоторых пределах характера шкалы. Катушка возбуждения 4 размещается на выступе магнитопровода 2. На оси подвижной части закреплены рамка 6, стрелка 9 и сектор магнитного успокоителя 10. Подвижная часть вращается в опор служит кольцевой мостик 11. Начальное или нулевое положение подвижной части регулируется корректором 7.

Измерительные цепи и погрешности.

Для ферродинамических, так же как и для электродинамических приборов, наиболее характерными являются ваттметры. Поэтому при рассмотрении измерительных цепей, погрешностей и методов их компенсации рассмотрим только однофазный ферродинамический ваттметр , наиболее характерными погрешностями которого являются частотная (угловая)погрешность, погрешность от нелинейности кривой намагничивания и погрешность от асимметрии воздушного зазора. Угловая погрешность возникает вследствие различия фазовых соотношений в приборе и измерительной цепи. Однако в данных приборах задача компенсации погрешности имеет ряд особенностей, обусловленных наличием ферромагнитных масс. Вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, обмотке и расположенных вблизи катушки возбуждения металлических деталях магнитный поток катушек отстает по фазе от намагничивающего тока на угол .Погрешность от нелинейности кривой намагничивания проявляются в том, что отсчет по ваттметру одной и той же мощности различен при разных сочетаниях тока в нагрузке и напряжения. Практически погрешность появляется в тех случаях , когда напряжение сети или коэффициент мощности отличаются от значений , при которых производилась градуировка прибора. Снизить погрешность от нелинейности кривой намагничивания можно выбором рабочего участка кривой намагничивания материала магнитопровода. Погрешность от асимметрии или погрешность электромагнитного взаимодействия обусловлена асимметрией воздушного зазора. Если разомкнуть цепь катушки возбуждения и оставить включённой параллельную цепь , указатель ваттметра должен устанавливаться на нулевой отметкке.В действительности рамка может занять другое положение, соответствующее минимуму магнитного сопротивления для потока, создаваемого рамкой. Система «рамка с током-магнитопровод» представляет собой обращенный электромагнитный прибор, в котором катушка возбуждения вращается вокруг неподвижного ферромагнитного сердечника. Погрешность от асимметрии обычно не превышает десятых долей процента, уменьшить ее можно только тщательной регулировкой измерительного механизма в процессе сборки.