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 MN, 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
MN = moment napędowy
= moment bezwładności
= moment tłumiacy
= moment zwrotny
Mf = moment tarcia
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.
ZASTOSOWANIE POMIAROWE
1. AMPEROMIERZ
a. amperomierz bezpośredni - do około 100 mA
b. rozszerzanie zakresu–bocznik- rezystor równoległy do ustroju ME
c. bocznik – kompensacja wpływu temperatury poprzez rezystor dołączony szeregowo do rezystancji ustroju o znikomo małym współczynniku temperaturowym (manganin)
Δ Rc = Rc0 . α . ΔT, ΔRd = ~ 0 , Rd > Rc
d. bocznik amperomierza wielozakresowego – rezystor równoległy z odczepami.
2. WOLTOMIERZ
a. rozszerzanie zakresu – posobnik – rezystor dołączany szeregowo do ustroju ME
b. miernik uniwersalny – bocznik wielozakresowy z dołączonymi szeregowo kilkoma posobnikami.
3. OMOMIERZ
Szeregowy, równoległy – budowa, parametry
4. GALWANOMETR
budowa, parametry, zastosowanie
5. PRZYRZADY PROSTOWNIKOWE
a. definicja wielkości mierzonych (wartość średnia, skuteczna)
b. prostowniki jedno- i dwupołówkowe
6
lukasz_00