Метрологічна схема магнітоелектричного вимірювального механізму

Розглянемо основні операції процесу вимірювання на прикладі метрологічної схеми магнітоелектричного вимірювального механізму.

Магнітоелектричний вимірювальний механізм призначено для вимірювання постійного електричного струму. Конструктивно він являє собою підковоподібний магніт, між полюсами якого розташовано рухому котушку (рамка з дроту), по якій тече вимірювальний струм І_х (рис. 1.6 (а)) Котушку закріплено в підшипниках. До осі котушки прикріплена стрілка. Котушка характеризується площею поперечного перерізу S, кількістю витків N і опором R_м. При протіканні струму через котушку вона повертається в магнітному полі постійного магніта з індукцією В. Кут повороту рухомої рамки визначається значенням струму І_х, що вимірюється, а також величинами S, N, B.

, де k – коефіцієнт, що залежить від конструктивних особливостей механізму.

а)

б)

Рис. 1.6 Метрологічна схема магнітоелектричного вимірювального механізму

На рис. 1.6 (б) схематично зображено процес перетворення вимірюваного струму І_х в покази його величини на шкалі приладу. Вимірювальним перетворювачем ВП тут виступає рухома рамка, яка повертається на кут α, а прикріплена до неї стрілка створює лінійне переміщення l_x по шкалі. Попередньо на шкалу були нанесені поділки з використанням прецизійної багатозначної міри струму, і ця шкала виконує роль багатозначної міри М. Компаратором (пристрій порівняння) виступає оператор ПП, що порівнює кут відхилення стрілки α з позначками на шкалі l_x.

Вимірювальний механізм характеризується опором рухомої рамки R_M і максимальним струмом І_М. Максимальний спад напруги на цьому опорі U_M=I_M*R_M.

Якщо значення струму І_х перевищує допустиме І_М, необхідно включати масштабний перетворювач МП:

Тут k_МП – коефіцієнт перетворення масштабного перетворювача. Масштабним перетворювачем може бути шунт – резистор, який виконано з тонкого дроту з високим питомим опором (манганін, константан) з дуже низьким температурним коефіцієнтом, тому при протіканні струму через шунт його опір не змінюється.

U_M=const – напруга на вимірювальному механізмі;

1) Сума струмів у вузлі дорівнює нулю: I_х+I_M+I_Ш=0, звідки I_Ш= I_х-I_M,

2) При паралельному з’єднанні опорів напруга на них однакова I_M*R_M= I_Ш*R_Ш, звідки R_Ш=R_M*(I_M/(I_х-I_M).

Наприклад: R_M=5 Ом; I_M=0,1 А; I_{х max}=1 А.

Тоді R_Ш=5 Ом*(0,1 А/(1 А-0,1 А)=0,5 Ом.