Лекція №6
Логометри — це вимірювальні прилади, показання яких залежать від відношення двох величин, що сприймаються вимірювальним механізмом логометра. При цьому жодна з цих величин безпосередньо не вимірюється, а пропорційна зміна обох величин не впливає на величину кута відхилення покажчика (частіше — стрілки) рухомої частини механізму.
Логометричні вимірювальні механізми, що використовуються в логометрах, можуть бути:
- магнітоелектричними;
- електродинамічними;
- феродинамічними;
- електромагнітними.
Магнітоелектричні логометри найчастіше використовують для вимірювань електричних опорів за допомогою визначення відношення двох струмів: пропорційного величині напруги, до якої приєднано схему з приладом, та такого, що створюється тією самою напругою, але залежить від величини вимірюваного опору.
Головна особливість вимірювальних механізмів логометрів полягає в тому, що у них на рухому частину воднораз діють два обертових моменти, направлених у різних напрямках, причому обидва вони створюються взаємодією електричних струмів, що протікають у двох різних обмотках, з магнітним полем, створеним постійним магнітом чи магніторушійною силою третьої обмотки, механічно не зв'язаної з першими двома.
Логометричні вимірювальні механізми не мають пружин чи розтяжок, а струм надходить до обмоток, що розміщені на рухомій частині вимірювального механізму, через тонкі “безмоментні” струмопідводи, зроблені з малопружного металу, часто — з золота. Звичайно якийсь, дуже малий, момент такі струмопідводи все ж створюють, але його величина становить кілька десятих часток відсотка, порівняно з моментом дії, що його створює обмотка. полі.
Можливі конструкції магнітоелектричних логометрів показано на рис. 9.
Для роботи логометра необхідно, щоб обертовий момент, створюваний обмотками, залежав від кута повороту рухомої частини. Така залежність досягається: шляхом деякого зближення полюсних частин нерухомого магніту відносно центрального циліндричного магнітопроводу (рис. 9, а); шляхом застосування центрального магнітопроводу складної форми (рис. 9, б); шляхом зміщення центрального магнітопроводу складної форми вздовж вертикальної осі рисунка і застосування однієї звуженої обмотки, що має всього одну активну сторону, яка переміщується у повітряному проміжку, де діє магнітний потік (рис. 9, в).
За відсутності струмів у обмотках положення рухомої частини логометра невизначене. Тобто стрілка приладу, де застосовано логометричний вимірювальний механізм, може перебувати в якому завгодно місці на шкалі. Однак при вимірюванні, коли в обмотках є струми і обертальні моменти обмоток діють один проти одного, рухома частина повертається у положення, де величини цих моментів врівноважуються. Саме в цьому положенні необхідно зробити відтік показання згідно з положенням стрілки на шкалі й визначити виміряну величину (наприклад, величину вимірюваного опору, ввімкнутого в коло однієї з обмоток, якщо цей механізм застосовано в омметрі чи мегомметрі).
В електродинамічному логометричному вимірювальному механізмі, який схематично зображено на рис. 10, є нерухомі котушки 1, які під дією струму створюють основне магнітне поле, в якому перебувають дві рухомі рамки 2, жорстко закріплені під кутом між собою і з віссю рухомої частини механізму, до якої також прикріплено стрілку 3.
Керни, на які спирається рухома частина, зроблено з високоякісної сталі. Для зменшення тертя між кернами і підп’ятниками їх старанно полірують. Ці керни запресовують в алюмінієві букси, основу яких приклеюють до рамки.
На відміну від подібних механізмів магнітоелектричної системи, в електродинамічному логометричному вимірювальному механізмі не потрібні засоби одержання нерівномірного магнітного поля, що залежить від кута повороту рухомої частини механізму. Навпаки, у більшості електродинамічних логометрів нерухомі котушки роблять досить довгими, щоб одержати в місці дії рухомих рамок рівномірне магнітне поле. Зміни величини обертового моменту при повороті рухомої частини досягають природним шляхом, бо в такому полі величина обертового моменту залежить від величини кута між площиною рухомої рамки і напрямом ліній магнітного поля, створюваного нерухомими котушками.
Якщо площина рухомої котушки збігається з напрямом лінії поля нерухомих котушок, то величина обертового моменту, створеного рухомою рамкою, буде найбільшою і, навпаки, коли площина рухомої котушки є перпендикулярною лініям поля нерухомих котушок, то величина створюваного рамкою обертового моменту дорівнюватиме нулю.
Таким чином, розташувавши рухомі котушки під кутом одна до одної (у цих механізмів — це близько 90°), можна одержати, бодай у однієї з них, обертовий момент, незмінний за напрямом дії й зі змінною величиною, залежно від величини кута повороту площини рамки у магнітному полі. Цей обертовий момент використовують як момент протидії. В той же час обертовий момент другої рухомої рамки використовують як активний момент дії вимірювального механізму.
Аналогічно магнітоелектричним логометричним вимірювальним механізмам у електродинамічних механізмів початкове положення рухомої частини (за відсутності струму в котушках) буде невизначеним, а за наявності таких струмів стійке положення рухомої частини (і стрілки на шкалі приладу) відповідатиме рівності обертових моментів обох рухомих рамок.
Вимірювальні електродинамічні логометричні механізми використовують головним чином у вимірювальних приладах, що працюють на змінному струмі: у фазометрах, частотомірах, вимірювачах індуктивностей і ємностей. Принципово такі механізми можуть бути використані й на постійному струмі, наприклад, для вимірювання величин опору резисторів, термометрів опору тощо.
Але це робити недоцільно, бо при постійному струмі кращими все ж таки будуть подібні вимірювальні прилади, виконані на основі магнітоелектричних логометричних механізмів. Це пояснюється значно меншою споживаною потужністю, що має особливе значення у переносних приладах, де джерела живлення мають обмежену ємність і де використання приладів на основі електродинамічних логометрів призвело б до передчасного розряджування джерела живлення (сухих елементів чи акумуляторів).