Основною функціональною частиною магнітоелектричного приладу є вимірювальний механізм. Конструктивно магнітоелектричний механізм виконується або з рухомою котушкою (рамкою), або з рухомим магнітом.
Принцип дії магнітоелектричного механізму заснований на взаємодії магнітних полів постійного магніту і котушки (рамки), по якій протікає струм. Протидіє момент може створюватися механічних і електромагнітних способами.
Магнітна система ІМ складається з постійного магніту 1, муздрамтеатру з полюсними наконечниками 4, сердечника 3. Між полюсними наконечниками знаходиться котушка (рамка) 2, по якій протікає струм J (пружинки, що створюють протидіючий момент на малюнку не показані). Рамка з'єднана зі стрілкою 5, що переміщається по шкалі 6. При проходженні струму J по рамці 2, вміщеній в рівномірний, постійне магнітне поле з індукцією В, створюється обертовий момент МВР, діючий на рухому частину магнітоелектричного механізму.
Протидіє момент в Магнітоелектричний ІМ може створюватися і електричним способом. Цей спосіб використовується в логометріческом ІМ. В такому механізмі рухома частина виконується у вигляді двох жорстко скріплених між собою рамок 1 і 2. За обмоткам рамок протікають струми I1 і I2, які створюють моменти М1 і М2.
Напрямки струмів вибираються таким чином, щоб моменти М1 і М2 діяли на- зустріч один одному. Записавши вирази для моментів у вигляді М1 = S1n1F1 (a) I1; М2 = S n2F1 (a) I2..Счітая один з моментів, що обертає, наприклад, М1, а другий М2 - протидіє, при сталому рівновазі вираз для кута відхилення рухомої частини можна представити у вигляді a = F (I1 / I2). З цього виразу видно, що електромагнітний логометр вимірює ставлення струмів. Логометріческіе вимірювальні механізми дуже часто використовуються в приладах для вимірювання опору. Показання таких приладів не залежать від напруги живлення.
Магнітоелектричні прилади є найбільш поширеною групою електромеханічних приладів.
Магнітоелектричні прилади застосовують в якості: 1) амперметрів і вольтметрів для виміру струмів і напруг в ланцюгах постійного струму (для цих цілей прилади інших груп використовують в рідкісних випадках); 2) омметром; 3) гальванометрів постійного струму, які використовуються в якості нульових індикаторів, а також для вимірювання малих струмів і напруг; 4) балістичних гальванометрів, що застосовуються для вимірювань малих кількостей електрики; 5) приладів для вимірювань в ланцюгах змінного струму: а) осцилографічних гальванометрів, що застосовуються для спостереження і записи бистропротекающих процесів; б) вібраційних гальванометрів, використовуваних в основному в якості нульових індикаторів змінного струму; в) випрямних, термоелектричних і електронних приладів, що містять перетворювач змінного струму в постійний.
Перевагами магнітоелектричних приладів є:
1) висока чутливість; 2) висока точність; 3) мале власне споживання потужності; 4) рівномірна шкала; 5) малий вплив зовнішніх магнітних полів.
До недоліків магнітоелектричних приладів можна віднести:
1) невисоку перевантажувальну здатність; 2) порівняно складну конструкцію; 3) застосування, при відсутності перетворювачів, тільки в ланцюгах постійного струму.
Магнітоелектричні прилади займають перше місце серед інших електромеханічних приладів. Вони випускаються аж до класу точності 0,05, а по чутливості з струмом повного відхилення до 0,1 мкА (при класі точності 1,5)
Основною частиною електромагнітного приладу є електромагнітний ІМ. Принцип дії електромагнітного вимірювального механізму заснований на взаємодії магнітного поля, що створюється провідником зі струмом, і феромагнітного сердечника.
В даний час застосовується велика кількість різних типів електромагнітних приладів, які розрізняються за призначенням, конструкції ІМ, формі котушок і сердечників і т. Д.
Залежно від інерційності рухомої частини або частоти її власних коливань все електромагнітні прилади поділяються на дві групи: резонансні і нерезонансні. Резонансні працюють тільки на змінному струмі. У нерезонансних приладах момент інерції рухомої частини значний, і зміщення рухомої частини пропорційно квадрату діючого значення струму.
Залежно від характеру магнітного ланцюга прилади поділяються на прилади з магнітопроводом, умовно званим замкнутим, і без муздрамтеатру. Прилади з магнітопроводом мають меншу власне споживання потужності, але разом з цим і значні похибки через втрати в магнітопроводі від вихрових струмів і гістерезису. Прилади без муздрамтеатру мають мале власне магнітне поле і велику залежність показань від впливу зовнішніх магнітних полів і дозволяють створити прилади високої точності для роботи на постійному і змінному струмі. Ці прилади поділяються на прилади відразливого і втяжні дії. У приладах першого типу розташовані всередині котушки зі струмом феромагнітні сердечники намагнічуються однойменно і відштовхуються один від одного
1 - котушка; 2 - рухливий сердечник; 1 - котушка; 2, 3 - призматичні
3 - нерухомий сердечник; 4 - вісь; сердечники; 4 - вісь; 5 - пружинка;
5 - пружинка; 6 - стрілка 6 - стрілка
В даний час частіше за інших застосовують електромагнітні вимірювальні механізми з прямокутними і круглими котушка, що намагнічує, призматичними і циліндричними сердечниками.
При проходженні струму J по намагничивающей котушці 1 в результаті взаємодії електромагнітного поля котушки і сердечника виникає крутний момент МВР, який визначається за формулою
де L індуктивність котушки.
Протидіє момент може створюватися як за допомогою спіральних пружинок так і електричним способом (у електромагнітних логометри), а заспокоєння рухомої частини механізму здійснюється повітряним або магнітоіндукціонний успокоителем.
Прилади на основі електромагнітного вимірювального механізму застосовуються для вимірювання струму і напруги в колах постійного і змінного струму. Найбільш просто реалізуються однопредельние електромагнітні амперметри і міліамперметри.
Конструктивно індукційний вимірювальний механізм складається з одного або декількох нерухомих електромагнітів і рухомої частини, яка зазвичай виконується у вигляді алюмінієвого диска, укріпленого на осі. Змінні магнітні потоки, спрямовані перпендикулярно площині диска, пронизуючи останній, індукують в ньому вихрові струми. Взаємодія потоків з струмами в диску викликають переміщення рухомої частини.
За кількістю магнітних потоків, які перетинають рухому частину, вони можуть бути однопоточні і багато-. Однопоточні індукційні механізми в вимірювальної техніки в даний час не застосовуються.
Токи I1 і I2, що протікають по обмотках електромагнітів 1 і 2, збуджують в сердечниках 1 і 2 магнітні потоки Ф1 і Ф2, зсунуті по фазі на кут # 968 ;. Ці потоки, пронизуючи диск 3, наводять в ньому вихрові струми I1,2 і I2,2.
Взаємодія потоків з струмами в диску створює момент. У першому наближенні можна вважати, що індуктивний опір диска мало підлогу порівнянні з його активним опором. В цьому випадку обертаючі моменти від взаємодії потоку Ф1 і струму I1,2, а також потоку Ф2 і струму I2,2 будуть практично рівні нулю.
Обертаючі моменти від взаємодії потоку Ф1 і струму I2,2, а також потоку Ф2 і струму I1,2 будуть практично рівні
Обидва цих моменту діють на рухому частину в одну сторону. Різні знаки у моментів вказують на те, що один контур струму втягується в поле, а інший - виштовхується з відповідного поля.
де С = С2 С3 + С1 С4; f - частота зміни потоків; y - кут зсуву фаз між потоками.
Цей вислів показує наступне:
1) для створення крутного моменту необхідно мати не менше двох змінних магнітних потоків або двох складових одного потоку, зсунутих по фазі і зміщених в просторі;
2) крутний момент досягає максимального значення при зсуві фаз між потоками рівним 900;
3) обертовий момент залежить від частоти.