USTRÓJ MAGNETOELEKTRYCZNY

Zasadniczymi elementami konstrukcyjnymi ustroju magnetoelektrycznego są:

silny magnes trwały oraz delikatna ceweczka stanowiąca jego organ

ruchomy. Szkic ustroju przedstawiony jest na rysunku. W klasycznym ustroju

magnetoelektrycznym wraz z ceweczką obraca się wskazówka w postaci

delikatnej cienkościennej rurki aluminiowej spłaszczonej na końcu. W galwanometrze wskazówka materialna została zastąpiona wskazówką świetlną

Boki cewki zanurzone są w szczelinie powietrznej utworzonej przez

nabiegunniki magnesu i rdzeń środkowy w kształcie walca. Podkowiasty

element jest magnesem trwałym, natomiast nabiegunniki i rdzeń środkowy są

wykonane ze stali magnetycznie miękkiej, to znaczy takiej, która traci swoje

właściwości magnetyczne po ustąpieniu zewnętrznego pola magnesującego.

Elementy takie mają za zadanie ułatwienie przepływu strumienia magnetycznego

w zamkniętym obwodzie magnetycznym. W szczelinie powietrznej występuje

jednorodne pole magnetyczne, którego linie sił są prostopadłe do powierzchni

walcowej rdzenia środkowego. Sprawia to, że boki cewki, w szerokim zakresie

kąta obrotu znajdują się w polu o jednakowej indukcji. Jeżeli przez cewkę płynie

prąd stały na jej boki działają siły elektrodynamiczne F. Zwrot tych sił,

przedstawiony na rysunku 1, wyznaczony w oparciu o „regułę lewej dłoni” przy

założeniu, że prąd wpływa do prawego (na szkicu wyższego) boku cewki, a

wypływa z lewego, przy czym mamy tu na myśli umowny kierunek prądu.

Na pojedynczy zwój cewki działa suma momentów pary sił,

Jak wiadomo, siła elektrodynamiczna działająca na przewodnik z prądem

(pojedynczy zwój) wyraża się wzorem,

gdzie:

B - indukcja w szczelinie powietrznej

I - natężenie prądu w przewodniku

b - długość przewodnika

Podstawiając ostatni wzór do wyrażenia na moment M_N, otrzymamy

ostatecznie równanie momentu napędowego ustroju magnetoelektrycznego,

Jedyną wielkością zmienną w równaniu jest natężenie prądu I, można więc je zapisać następująco,

Moment napędowy jest więc liniową funkcją natężenia prądu płynącego przez

cewkę.

Istnienie samego momentu napędowego nie wystarcza do funkcjonowania

przyrządu pomiarowego. Gdyby istniał tylko ten moment, cewka zachowywałaby

się jak wirnik silnika, to znaczy obracałaby się ruchem ciągłym. do końca swego

zakresu ruchu.

Konieczne więc jest istnienie drugiego momentu, momentu zwrotnego,

przeciwdziałającego momentowi napędowemu w taki sposób, aby każdej

wartości prądu płynącego przez cewkę odpowiadała jedna i tylko jedna wartość

kąta obrotu. Ten bardzo ważny moment wytwarzają w zwykłym ustroju dwie

płaskie sprężyny w kształcie spirali Archimedesa. W galwanometrze magnetoelektrycznym moment zwrotny wytwarzają dwie sprężyste nitki wykonane z brązu fosforowego lub berylowego, które stanowią jednocześnie zawieszenie cewki. Podczas obrotu cewki ulegają one skręceniu, przeciwdziałając momentowi napędowemu.

W obydwu wypadkach moment zwrotny wyraża się tym samym związkiem.

Moment zwrotny jest więc liniową funkcją kąta obrotu organu ruchomego.

W stanie ustalonym, gdy przeciwnie skierowane momenty sił: napędowy i

zwrotny są sobie równe, możemy napisać,

Związek ten nazywa się funkcją przetwarzania ustroju magnetoelektrycznego. Przedstawia ona zależność odpowiedzi ustroju (α) od wymuszenia (I)

Wobec tego, że wszystkie wielkości występujące w równaniu, z

wyjątkiem natężenia prądu, mają wartości stałe, można je zapisać następująco,

GALWANOMETR MAGNETOELEKTRYCZNY

RÓWNANIE RUCHU ORGANU RUCHOMEGO PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH ELEKTROMECHANICZNYCH

gdzie:

M_N = moment napędowy

= moment bezwładności

= moment tłumiacy

= moment zwrotny

M_f = moment tarcia

W stanie ustalonym α = const

Stała czasowa

Względny współczynnik tłumienia

gdy z=1 to ruch krytyczny, aperiodyczny, gdy z większe od 1 to ruch przetłumiony, a gdy mniejsze od jedności to ruch niedotłumiony.

Tłumienie w przyrządach magnetoelektrycznych pochodzi od tłumików powietrznych, a w galwanometrach od prądów indukowanych w cewce w czasie obrotu organu ruchomego. Tłumienie w galwanometrach można więc regulować rezystancją zewnętrzną dołączoną do tego przyrządu.

USTRÓJ MAGNETOELEKTRYCZNY

ZASTOSOWANIE POMIAROWE

1. AMPEROMIERZ

1. amperomierz bezpośredni - do około 100 mA

2. rozszerzanie zakresu-bocznik- rezystor równoległy do ustroju ME

3. bocznik - kompensacja wpływu temperatury poprzez rezystor dołączony szeregowo do rezystancji ustroju o znikomo małym współczynniku temperaturowym (manganin)

Δ R_c = R_c0 . α . ΔT, ΔR_d = ~ 0 , R_d > R_c

4. bocznik amperomierza wielozakresowego - rezystor równoległy z odczepami.

2. WOLTOMIERZ

1. rozszerzanie zakresu - posobnik - rezystor dołączany szeregowo do ustroju ME

2. miernik uniwersalny - bocznik wielozakresowy z dołączonymi szeregowo kilkoma posobnikami.

3. OMOMIERZ

Szeregowy, równoległy - budowa, parametry

4. GALWANOMETR

budowa, parametry, zastosowanie

5. PRZYRZADY PROSTOWNIKOWE

1. definicja wielkości mierzonych (wartość średnia, skuteczna)

2. prostowniki jedno- i dwupołówkowe

6

---