Для уменьшения влияния внешних магнитных полей применяют экранированные конструкции.

При магнитном экранировании измерительный механизм помещается внутрь замкнутого ферромагнитного кожуха с достаточно большой магнитной проницаемостью. Такой ко­жух имеет экранирующее действие и в некоторой степени служит магнитопроводом, через который замыкается маг­нитный поток катушки. Для улучшения экранирующего действия применяют два или несколько экранов.

В механиз­мах с магнитопроводом собственное магнитное поле силь­ное, поэтому экранировать приборы с такими механизма­ми нет необходимости.

Недостатки электромагнитных механизмов:

 неравномер­ная квадратичная шкала,

 влияние внешних магнитных полей на механиз­мы без магнитопровода

большое собственное потребление мощности.

Достоинства электромагнитных механизмов:

 пригод­ность для работы на постоянном и переменном токе,

устой­чивость к токовым перегрузкам,

 простота конструкции,

 по­вышенная чувствительность у измерительного механизма с замкнутым магнитопроводом.

Благодаря отмеченным достоинствам электромагнитные механизмы используются в щитовых амперметрах и вольт­метрах класса 1,0 и более низких классов для измерений в цепях переменного тока. Кроме того, они применяются в пе­реносных многопредельных приборах класса 0,5.

Электромагнитные амперметры и вольтметры.

 В ампер­метрах электромагнитной системы весь измеряемый ток проходит по катушке измерительного механизма. Значение номинальной МДС, необходимой для создания магнитного поля в зазоре катушки, составляет: 100 А в механизмах, подвижная часть которых крепится на опорах; 50 А в меха­низмах с подвижной частью, укрепленной на растяжках; 20 А в механизмах с замкнутым магнитопроводом.

Поэтому для расширения диапазонов измерения электромагнитных однопредельных амперметров одного типа необходимо уменьшить число витков катушки. В амперметре на номи­нальный ток 100 А катушка имеет один виток, выполненный из толстой медной шины. Такие амперметры для прямого включения на токи больше 200 А не изготовляют из-за на­грева шины и сильного влияния на показания прибора магнитного поля токоподводяших проводов. Диапазоны измерения электромагнитных амперметров, работающих на переменном токе, расширяют с помощью измеритель­ных трансформаторов тока.

Электромагнитные щитовые амперметры обычно выпус­каются однопредельными, а переносные — многопредельны­ми (до четырех пределов измерения).

Для расширения диапазонов измерения переносных мно­гопредельных электромагнитных амперметров катушки вы­полняют секционированными.

Секции включаются в последовательно-параллельные комбинации. Переключение секций производится с по­мощью переключающих устройств.

Температурная погрешность у электромагнитных ампер­метров невелика и обусловлена только изменением упругос­ти спиральных пружин или растяжек. Изменение сопротив­ления обмотки катушки, вызванное влиянием внешней тем­пературы, не вызывает погрешности, так как весь измеряемый ток проходит по обмотке.

Дополнительная частотная погрешность в электромагнитных амперметрах вследствие вихревых токов в сердечни­ке и поверхностного эффекта в проводах обмотки также не­велика.

В вольтметрах электромагнитной системы последова­тельно с катушкой измерительного механизма включается добавочный резистор R_Дс очень малой остаточной реактив­ностью, выполненный из манганина (рис. 3.3.2.1.).

Рис. 3.3.2.1. Схема электромагнитно­го вольтметра

Добавочные резисторы могут быть внутренними и наружными. В много­предельных вольтметрах добавочные резисторы делают секционными. Для компенсации температурной погрешнос­ти у вольтметров необходимо, чтобы отношение сопротив­ления добавочного резистора из манганина к сопротивле­нию катушки из меди было достаточно велико Обычно у вольтмеров на напряжение больше 100 В это условие соблюдается, и диапазоны измерения их расши­ряются за счет изменения сопротивлений добавочных резис­торов при неизменном токе полного отклонения. Вместе с тем имеются также конструкции вольтметров с замкнутым магнитопроводом, у которых катушка намотана манганино­вым проводом, а добавочный резистор отсутствует. Оче­видно, что показания таких вольтметров мало зависят от температуры.

Изменение частоты сказывается на показаниях вольт­метров больше, чем на показаниях амперметров. Это обус­ловлено тем, что с повышением частоты тока увеличивается реактивная составляющая сопротивления катушки вольт­метра, вызывающая уменьшение тока в цепи прибора и, следовательно, уменьшение его показаний. Поэтому для расширения частоточного диапазона необходимо вводить частотную компенсацию с помощью включения конденсато­ра С параллельно добавочному резистору (см. рис. 3.13).

Электромагнитные вольтметры и амперметры обладают следующими достоинствами:

 они пригодны для работы на постоянном и переменном токе;

 устойчивы к токовым пе­регрузкам;

 имеют простую конструкцию.

Недостатки:

 нерав­номерность шкалы;

 зависимость показаний от внешних магнитных полей;

 большое собственное потребление мощ­ности (за исключением приборов с замкнутым магнитопро­водом).

Существуют также электромагнитные перегрузочные ам­перметры, вольтметры номинального значения и нулевые вольтметры.

Отечественная промышленность выпускает:

 переносные амперметры класса 0,5 с верхними пределами измерений от 10 мА до 10 А на частоты до 1500 Гц;

 щитовые однопредельные амперметры классов 1,0; 1,5; 2,5 на токи до 300 А с встроенными трансформаторами тока и до 15 кА с на­ружными трансформаторами тока;

переносные вольтметры класса 0,5 с верхними пределами измерений от 1,5 до 600 В;

щитовые вольтметры классов 1,0; 1,5; 2,5 с верхними пре­делами измерений от 0,5 до 600 В непосредственного вклю­ченияи до 450 кВ с трансформаторами напряжения на раз­личные фиксированные частоты от 50 до 1000 Гц.

Ферродинамические измерительные механизмы.

Ферродинамический измерительный механизм отличается от магнитоэлектрического измерительного механизма тем, что магнитный поток в нём создаётся не постоянным магнитом, а электромагнитом.

 Устройство ферродинамического измерительного механизма показано на рис. 3.4.1. Магнитная цепь электромагнита, состоит из ярма 1и сердечника 2, выполнена излистовой мягкой стали или из прессованного ферромагнитного порошка, обладающего малыми потерями на гистерезис и вихревые токи. Ток в катушках 3, надетых на ярмо, индуцирует (возбуждает, наводит) в воздушном зазоре равномерное радиальное поле, в котором помещена подвижная катушка (рамка) 4,Противодействующий момент создается двумя пружинами 5, одновременно служащими для подвода тока к рамке.Ферродинамический измери­тельный механизм применяемый для измерений на переменном токе i= I_m sin wt

где i– мгновенное значение силы переменного тока;

  I_m - амплитуда переменного тока в данный момент.

 При мгновенных значениях тока в рамке и потоке можно написать выраже­ние для мгновенного значения вращающего момента в виде:

М_ВРt = B_t*S*N*i,

Где: B_tи i — мгновенные значения магнитной индукции в зазоре и тока в рамке; S и N  — активная площадь рамки и число витков в рамке.

        Положим, что              B_t = В_maxsin α t,

Где: В_max — максимальная индукция в за­зоре; α— угол отклонения; i_Р = I_{р max} sin (αt - φ)

Где:I _max  — максимальный ток в рамке; φ— сдвиг по фазе между током в рамке и магнитным пото­ком.

Рис. 3.4.1. Ферродинамический измерительный механизм

1 – ярмо; 2- сердечник,  3- ка­тушки; 4- подвижная катушка;

5 - токоподводы (пружи­ны)

Подвижная часть механизма из-за своей инерционности не может следовать за мгновенными изменениями вращающего момен­та, и ее отклонение будет пропорционально среднему значе­нию вращающего моментаза период Т:

Переходя к действующим значениям, получим:

Противодействующий момент, создаваемый пружинами:

Где:   W— удельный противодействующий момент пружины;  

          α— угол отклонения подвижной части.

Установившееся отклонение будет иметь место при равенстве вращающего и противодействующего моментов:

Откуда:

Так как индукция в зазоре пропорциональна току в неподвиж­ных катушках, т.е. В = к_L I_L то

    (3.4)

где I_L—сила тока в неподвижных катушках; 1_Р—сила тока в рамке.

В зависимости от назначения измерительного механизма ка­тушки возбуждения 2 и рамка 1 между собой могут соединяться последовательно (рис. 3.9, а), параллельно (рис. 3.9, б) или же включаться в различные участки измеряемой цепи (например, в случае ваттметра).

 Если катушки возбуждения питаются независи­мо от измерительной цепи и в нее включается лишь рамка изме­рительного механизма (рис. 3.9, в), то справедлива формула (3.4). В данном случае шкала а= f(I_р)) измерительного механизма по­лучается равномерной.

При соединении катушек последовательно (см. рис. 3.9, а)I₁ = I = I,

где I  — измеряемый ток и cosψ = 1. Тогда:

          (3.5)

При соединении катушек параллельно (см. рис. 3.9, б) токи в катушках будут пропорциональны измеряемому токуI: I_L = k₂ I;

 I_р = k ₃I. Следовательно:

 (3.6)

где: k, k₁...k₃, — коэффициенты пропорциональности.