Instrumente feromagnetice

Instrumente feromagnetice

Functionarea acestor instrumente se bazeaza pe interactiunea dintre campul magnetic creat la trecerea curentului printr-o bobina fixa si una sau mai multe placute feromagnetice.

Dupa modul de constructie si natura fortelor ce creeaza cuplul activ distingem: instrumente feromagnetice cu atractie si cu respingere.

a) Constructie

In fig. 2.5 avem un instrument feromagnetic cu atractie, constituit dintr-o bobina plata fixa (1) cu fereastra ingusta si o placuta feromagnetica asimetrica (2), fixata excentric pe axul instrumentului (3), care poate patrunde in fereastra bobinei, rotindu-se solidar cu axul. Pe ax mai sunt fixate deoparte si de alta, doua arcuri spirale (4), dispozitivul pneumatic de amortizare (5) si acul indicator (6).   

La trecerea curentului electric prin bobina de masura, piesa feromagnetica se magnetizeaza si va fi atrasa spre interiorul bobinei prevazuta cu o fanta (deschizatura). Cuplul rezistiv este dat de cele doua arcuri spirale. Dispozitivul de amortizare pneumatic amortizeaza oscilatiile bruste ce apar datorate cuplului activ. Deviatia se obtine cand M_a=M_r.

In fig. 2.6 este prezentata schema simplificata a unui instrument feromagnetic cu respingere. Acesta contine o bobina rotunda, in interiorul careia se gaseste fixata o placuta feromagnetica. De axul dispozitivului mobil este prinsa o a doua placuta feromagnetica asezata in dreptul placutei fixe. In rest contine aceleasi elemente. La trecerea curentului prin bobina se magnetizeaza in acelasi mod placutele feromagnetice care se resping determinand cuplul activ. Acest tip de instrument feromagnetic s-a impus datorita tehnologiei mai economice, ecranarii mai simple si posibilitatii mai usoare de liniarizare a scarii.

b) Ecuatia de functionare

Considerand bobina instrumentului parcursa de un curent continuu I, expresia energiei localizata in campul magnetic al bobinei de inductivitate L este:

W_m=LI^{2 .} (2.22)

Rezulta:

M_a=, (2.23)

dar la o deviatie a, rezulta M_a=M_r.

M_r =, (2.24)

in curent continuu.

In curent alternativ asupra dispozitivului mobil actioneaza cuplul activ instantaneu, care este dat de relatia: .

Dispozitivul mobil, insa, nu poate urmari variatiile rapide ale m_a si deviatia a este determinata de M_{a med}.

M_{a med.}=.

Daca consideram , atunci avem:

M_{a med}=.

Din M_r = M_a , identica cu cea din curent continuu.

Deci a pentru instrumente feromagnetice, in curent alternativ, este functie de I², unde I este valoare efectiva a curentului.

Dar , unde R_m este reluctanta caii de inchidere a fluxului magnetic care include si placutele feromagnetice.

Rezulta, deci:

. (2.25)

Instrumentele feromagnetice au o scara gradata cu un caracter patratic, cu repere foarte apropiate la inceput si mult mai departate la sfarsit.

Cum , scara gradata poate fi liniarizata pe o anumita portiune prin modificarea formei si pozitiei initiale a placutelor feromagnetice.

c) Proprietati, utilizari:

Functionarea este influentata de existenta pieselor feromagnetice, de campurile magnetice exterioare, variatiile de temperatura si de frecventa.

Datorita histerezisului pe care il prezinta placutele feromagnetice la functionarea in curent continuu, la o anumita valoare a curentului exista mici diferente intre indicatiile instrumentului obtinute prin cresterea, respectiv, scaderea curentului. Erorile de histerezis depind de proprietatile materialului feromagnetic. Pentru reducerea histerezisului la instrumentele de precizie mai mare, placutele se realizeaza din materiale feromagnetice cu proprietati deosebite, cu permeabilitate ridicata si histerezis neglijabil (permalloy, mumetal) care permit construirea unor instrumente de clasa 0,5 sau 0,2.

In curentul alternativ, functionarea nu este influentata de histerezis dar este influentata de curentii turbionari indusi in piesele metalice ale instrumentului. Influenta campului magnetic exterior poate fi diminuata prin ecranare sau folosind o constructie astaticizata (cu 2 bobine care sa creeze campuri magnetice proprii de sensuri opuse si cupluri active de acelasi sens care sa se anuleze). Campul magnetic exterior se aduna cu campurile magnetice proprii astfel incat cuplul total ramane neinfluentat.

Variatia temperaturii si a frecventei este insotita de modificarea rezistentei si, respectiv, a reactantei bobinei, conducand la aparitia de erori in cazul voltmetrelor feromagnetice.

Proprietati: Principalele avantaje sunt: capacitate de suprasarcina mare, posibilitatea de masurare directa a unor curenti relativ mari, folosire in curent continuu si alternativ, cost redus. Principalele dezavantaje sunt: consumul propriu mare, sensibilitate redusa, scara neuniforma.

Utilizari: Se utilizeaza in constructia ampermetrelor si voltmetrelor.