15.5. ПРИБОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Магнит притягивает железные предметы — это одно из первых наблюдений, описанных в начале гл. 2.

Но мы знаем, что катушка проводов с током создает магнитное поле подобно постоянному магниту. Железные предметы притягиваются к катушке с током.

На этом свойстве основано устройство электромагнитного амперметра — самого простого и дешевого измерительного прибора (рис. 15.7).

Лепесток 2, выполненный из специального ферромагнитного сплава, втягивается магнитным полем внутрь катушки 1 (для наглядности рисунка катушка разрезана).

Рис. 15.7. Устройство электромагнитного прибора: 1 — катушка; 2 — лепесток: 3 — спиральная пружинка; 4 — стрелка

На одной оси с лепестком закреплены указательная стрелка 4 прибора и пружинка 3 — она стремится вернуть стрелку к начальному положению.

Чем больше протекающий в обмотке катушки ток, тем сильнее втягивается лепесток в магнитное поле, тем сильнее отклоняется стрелка.

Движению стрелки противодействует спиральная пружинка, создающая противодействующий момент.

Изменение направления тока никак ее повлияет на работу прибора. В самом деле, кусочки железа одинаково притягиваются к северным и южным концам магнита. Поэтому электромагнитные приборы способны измерять и постоянный, и переменный ток.

Заметим сразу, что по целому ряду причин точность электромагнитных приборов ниже, чем магнитоэлектрических, поэтому на постоянном токе их не применяют.

В цепях переменного тока электромагнитные приборы используют только для технических измерений. Проводить точные лабораторные опыты с такими приборами не рекомендуется.

Ферромагнитный сердечник прибора (лепесток) обладает нелинейной кривой намагничивания. Поэтому сила притяжения лепестка к катушке не прямо пропорциональна току, она нелинейно зависит от тока.

Несмотря на все старания конструктора шкала прибора остается нелинейной. Поскольку относительная погрешность при измерении малых токов значительно больше, чем больших, шкала растянута в конце и сжата в начале. Часто в начале шкалы вообще не делают делений, подчеркивая тем самым, что токи, составляющие малую долю номинального, электромагнитным прибором измерять не следует.

Неравномерная шкала — это большой недостаток прибора, с таким прибором трудно работать, так как очень тяжело оценивать доли делений, если расстояния между делениями различны.

Вторым существенным недостатком электромагнитных приборов является погрешность, связанная с потерями на вихревые токи, возникающими в ферромагнитном лепестке. Для уменьшения этих потерь лепесток делают очень тоненьким. Но при этом уменьшается сила, втягивающая лепесток в катушку, и падает чувствительность прибора. Только весьма значительный ток может создать магнитное поле, достаточное для того, чтобы повернуть стрелку прибора.

Возникает компромисс между точностью и чувствительностью. Если остановиться на погрешности 1-2 %, то необходимо иметь в катушке ток в несколько ампер. Меньшие токи электромагнитным прибором измерить нельзя.

Есть и еще один недостаток. Поскольку лепесток мы сделали очень тоненьким, а катушка вообще не имеет ферромагнитного сердечника, собственное магнитное поле прибора получилось очень слабым.

Это означает, что всякое внешнее магнитное поле будет влиять на показания прибора и искажать их. Если проводить измерения тока около мощного трансформатора или двигателя, электромагнитный прибор будет показывать неправильно. Такой прибор необходимо экранировать, защищать от внешних полей.

Мы говорили только о недостатках, но у электромагнитных приборов есть и достоинства.

Очень важно, что катушка прибора неподвижно закреплена в корпусе. Это означает, что ее можно намотать из толстого провода, рассчитанного на большой ток. Электромагнитный прибор не нуждается в шунтах, он непосредственно может измерять токи в десятки и даже сотни ампер. Чем больше измеряемый ток, тем меньше витков нужно намотать в катушке. При очень большом токе можно ограничиться двумя или даже одним витком.