Электромагнитная система приборов основана на взаимодействии магнитного поля катушки с ферромагнитным сердечником. Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы таких приборов.
Устройство приборов электромагнитной системы
Основными элементами являются катушка и сердечник. Катушка создает магнитное поле при протекании по ней электрического тока. Сердечник втягивается в это поле и поворачивает подвижную систему прибора. Также в конструкции есть шкала, стрелка и возвратная пружина.
Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской или круглой катушкой.
Различают два типа приборов:
- с плоской катушкой и листовым сердечником;
- с круглой катушкой и двумя сердечниками-пластинками.
В первом типе сердечник закреплен на оси прибора эксцентрично и втягивается в щель катушки. Во втором типе один сердечник укреплен на подвижной оси, а второй - на каркасе катушки. Они отталкиваются при намагничивании.
Принцип действия приборов электромагнитной системы
Магнитное поле катушки втягивает сердечник и создает вращающий момент. Пружина создает противодействующий момент. При равенстве этих моментов стрелка останавливается.
Вращающий момент пропорционален квадрату тока в катушке. Поэтому шкала таких приборов неравномерна, близка к квадратичной. Чтобы сгладить неравномерность, сердечнику придают специальную форму.
Особенности и применение
К достоинствам электромагнитных приборов относят:
- простоту и надежность;
- невысокую стоимость;
- стойкость к перегрузкам;
- пригодность для постоянного и переменного тока.
К недостаткам можно отнести:
- невысокую точность;
- малую чувствительность;
- неравномерность шкалы;
- зависимость от внешних полей и частоты.
Такие приборы широко используются в промышленности для измерения тока и напряжения переменного тока. Это в основном щитовые амперметры и вольтметры технических классов точности.
Для расширения диапазонов измерений применяют шунты, добавочные резисторы и измерительные трансформаторы.
Астатические электромагнитные приборы
Для уменьшения влияния внешних магнитных полей на показания приборов применяют астатическую схему. В таких приборах используются две катушки с противоположно направленными магнитными потоками и два сердечника.
Внешнее магнитное поле усиливает поток одной катушки и ослабляет другой. Суммарный вращающий момент остается постоянным, что повышает точность измерений.
Термоэлектрические преобразователи
Для расширения частотного диапазона электромагнитных приборов используют термоэлектрические преобразователи. Они преобразуют ток в тепло, которое нагревает термопару.
ТермоЭДС термопары измеряется магнитоэлектрическим прибором. Такие преобразователи бывают контактного и бесконтактного типа.
Выпрямительные приборы
Выпрямительные приборы предназначены для измерения переменных токов и напряжений с помощью магнитоэлектрических приборов. Они содержат полупроводниковый выпрямитель и измеряют постоянную составляющую выпрямленного сигнала.
Такие приборы широко используются в мультиметрах и измерительных клещах.
Приборы магнитоэлектрической электромагнитной системы
Комбинированные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем позволяют расширить функциональные возможности измерений.
Магнитоэлектрическая система обеспечивает высокую чувствительность и точность, а электромагнитная - расширение диапазонов измерений и защиту от перегрузок.
Применение электромагнитных приборов
Электромагнитные приборы находят широкое применение в различных областях:
- Энергетика - для контроля тока и напряжения в электрических сетях и на подстанциях.
- Промышленность - в системах автоматизации и управления технологическими процессами.
- Транспорт - в бортовом оборудовании подвижного состава железных дорог и метрополитена.
- Бытовая техника - в виде мультиметров для проведения ремонтных работ.
Поверка электромагнитных приборов
Для поддержания необходимого уровня точности приборы периодически поверяют с помощью специального оборудования.
При этом сравнивают показания поверяемого прибора с показаниями эталонного прибора при подаче на их входы одинаковых электрических сигналов.
Перспективы развития
Ведутся работы по созданию:
- высокочастотных электромагнитных приборов до 100 кГц;
- приборов повышенной точности 0,1-0,2 класса;
- интеллектуальных "умных" приборов с датчиками и цифровой обработкой сигналов.
Вопросы безопасности при эксплуатации
Электромагнитные приборы требуют соблюдения определенных мер безопасности:
- Установка предохранителей для защиты от перегрузок по току.
- Заземление корпусов для предотвращения поражения электрическим током.
- Своевременная поверка для контроля технического состояния.
- Герметизация приборов, работающих во взрывоопасных средах.
В целом приборы электромагнитной системы отличаются высокой надежностью и простотой конструкции, поэтому их эксплуатация не требует специальных знаний и навыков. Но соблюдение необходимых требований безопасности является обязательным.
Достоинства и недостатки
К основным достоинствам приборов электромагнитной системы можно отнести:
- простоту конструкции;
- удобство в эксплуатации;
- относительно низкую стоимость.
Основной недостаток - относительно невысокая точность измерений по сравнению с другими типами приборов.
Модернизация электромагнитных приборов
Для расширения функциональных возможностей электромагнитных приборов проводится их модернизация:
- Установка микропроцессорных устройств обработки и индикации сигналов.
- Добавление интерфейсов передачи данных (RS-485, Ethernet).
- Создание "умных" датчиков контроля параметров сети.
Такие интеллектуальные цифровые приборы позволяют не только измерять, но и анализировать сигналы, выявлять аварийные ситуации.
Приборы специального назначения
На базе электромагнитных измерительных механизмов создаются специализированные приборы:
- Счетчики электроэнергии для учета потребления.
- Частотомеры для измерения частоты сигналов.
- Фазометры контроля фазового сдвига.
Такие приборы обладают расширенным набором вспомогательных узлов и блоков для решения конкретных измерительных задач.
Использование в системах автоматизации
Электромагнитные приборы широко используются в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами.
Они применяются как датчики контролируемых параметров (давления, температуры, расхода), а также как исполнительные механизмы для управления работой регулирующих органов.
Достоинства электромагнитных приборов (простота, надежность, стойкость к перегрузкам) делают их незаменимыми компонентами систем автоматизации различного назначения - от бытовой техники до промышленных установок.
Перспективы развития
Перспективными направлениями в развитии электромагнитных приборов являются:
- Повышение точностных характеристик на основе применения новых материалов и технологий.
- Интеграция с микропроцессорными системами управления и цифровой обработкой сигналов.
- Создание "интеллектуальных" адаптивных датчиков контроля.
Эти инновации позволят расширить области использования приборов и повысить эффективность систем автоматизации.
