Электрический измерительный прибор Советский патент 1933 года по МПК G01R7/08 

Измерения некоторых электрических величин ссущестйляются приборами, позволяющими отсчитывать отношение сил токов, протекающих в двух разных цепях. Неравномерное магнитное поле, являющееся особенностью таких приборов, достигается в существующих уже приборах тем, что полюсные башмаки и сердечник образуют постепенно расширяющийся кольцевой зазор.

Предлагаемое изобретение имеет целью получение неравномерного магнитного поля в строго цилиндрическом кольцевом зазоре при помощи кососрезанного сердечника.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически общий вид предлагаемого прибора; фиг. 2 - поперечный разрез по линии /-/ на фиг. 1; фиг. 3 -проольный разрез по линии //-//на фиг. 1; фиг. 4- развертку кольцеобразного серечника.

Предлагаемый прибор состоит из двойной подвижной рамки обычного типа, обе обмотки которой, жестко скрепленные между собой, располагаются в одной плоскости так, что внешние части обмоток вращаются в кольцевом зазоре между кольцеобразным сердечником С и полюсными башмаками Б, имеющими внутренний выем цилиндрической формы, строго коаксиальный с внешней поверхностью сердечника. Сер(200)

дечник срезан под некоторым углом к его оси некоторой, например, цилиндрической, поверхностью, параллельной своими образующими диаметру, соединяющему средины башмаков.

Направление токов в обмотках рамки выбирается таким, чтобы вследствие взаимодействия с магнитным полем каждая из обмоток стремилась сместиться к короткой образующей сердечника. Направление электромагнитных сил, действующих на рамку в надлежащем направлении, показано на фиг. 1 стрелками и FZ- Таким образом, если в правой обмотке ток идет по часовой стрелке, то в левой он направлен против часовой стрелки, причем направле.ния токов согласованы с направлением магнитного поля так, что обмотки стремятся повернуться в зону более коротких образующих сердечника.

Если через одну из обмоток, имеющих, например, равное число витков, идет ток более сильный, чем через другую, и если в исходном положении рамка расположена в плоскости, проходящей через средины башмаков, то одна из сил F, Fy например, сила F, окажется большей, чем 2, и рамка начнет поворачиваться. Но при вращении рамки сила FI начнет убывать, так как обмотка, через которую проходит более сильный ток, начнет входить в зону более коротких образующих сердечника, а сила F соответственно возрастать, так как обмотка с более слабым током начнет входить в зону более длинных образующих сердечника. Если разница между силами токов в обмоТках не чрезмерна, го силы FI и FZ в некоторый момент сравнякэтся и рамкг займёт положение, , определяемое уравнением: ii «1 /1 4 Щ. h где ток в обмотках, п - число витков в них, -длины тех образующих сердечника, против которых остановилась рамка. Как известно , сила, действующая на помещенный в мапнитное поле элемент проводника, по которому протекает электрический ток, равна: л j: Н .г .sin (В, As) .is,,4 Р () где //-напряжение магнитного поля , в гауссах, i--сила Уока в амперах, AS, -длина элемента проводника, Д/- смещающая сила в. граммах. Учитывая, что внутренние части обI моток находятся внутри железного сердечника, где напряжение поля имеет близкую, к нулю величину, взаимодействие этих частей обмоток с магнитным полем пренебрегается. Итак, на рамку действуют две силы FI VI FZ (фиг. 1), создающие два мо;, мента; г и , гце г - радиус рамки. Моменты направлены противоположно. Равновесие рамки возможно при равенстве: ..... . (2) что дает при постоянстве /: . : . . . .(2а) Каждая из сил .(i или ) представляет собой интеграл вида / В . i .п (sin (Н, .&.).& -9810 . ( Т. е. при изображенной на фиг. 1-3 «онструкций Н ,г.п .г 9810 где / - длина обмотки, находящаяся под действием магнитного поля, а я - число последовательно соединенных витков обмотки. Развертка боковой поверхности сердечника при, например, плоском его срезе имеет синусоидальную форму (фиг. 4). Среднее положение обмоток, имеющих некоторую ширину Б, обозначено заштрихованными полосами. Подверженная действию магнитного поля длина равномерно намотанных обмоток рамки определяется как средняя ордината заштрихованной Поверхности, т. е. при среднем положении рамки как: / А+А f --2 где Л и AZ-длины наименьшей и наибольщей образующей сердечника. Если рамка повернется из начального симметричного положения в некоторое другое, опредед1яемое углом поворота р5 то (фиг. 4) одна из обмоток будет находиться под действием, потока на длине /1, а Другая на длине /з- Длиньт li и /2 могут быть найдены из следующих соотношений: / + 2S 1 - 2Б J fei-f/ IS 2 2 1If где 5 - площадь-равная: ,hi - /ц Г г sin с d cs -1Г -/12„ ..В 2- Г. 2 Sin сс sin -g- В виду малости угла -к- полагаем В В вследствие чего: -Bsino) Подставляя найденное значение S уравнения (б) и (7), имеем: J Й1 -ji « Ла -- - . (6а) k - -2 , 7li + Лг I Tit - AI /2 -4-,+ Sin ср 2 (э) Если ЧИСЛО последовательно соединенных витков ё первой обмотке равно Я,

а во второй 1Ц, то электромагнитные силы FI и FZ сортвётсвенно равны:

Е- g. tin/Лд + ч Rg - fti .

98lO , 2,

п- jff .га A2 / 7, + fej . Ъгг-Ъг . /,„ ,

2 810-(-ТЬ- sm 9J (lOa)

где Zj и /3 - силы/ токов, протекающих в обмотках.

Имея в виду уравнения 2 и 2а

/ „ f +

AJ -т 7н . Л .) h «1 (J . (Л , йа -7 . /,,, Z2«2( 2 j -01)

Откуда % -га 7i2 „, arcsinA±4 г, й, + г, ,, (2) тAs -AI Уравнение (12) показывает, что угол поворота рамки не зависит ни от напряжения магнитного поля Н, ни от электродвижущей силы, генерирующей токи ii и 112 (поскольку для генерации токов прменен один источник э. д. с.)Последнее обстоятельство становится ясным, есливуравнении (12) подставить вместо г, и i равнозначащие им вели/1 1 ;7

где Е-напряжение источника э.я.с. а TJ и г, - сопротивления соответственных цепей, тогда:

И

-n,,

fti + 7ti

(12b)

arc sm

E , E ft, -7

ir-«2-t--7r-«2

или:

7(, 4-Д «W, - Г. J

Й) arc , .(14)

тч «8% rs «1 + ri «2

Из уравнения (14) явствует, что предлагаемый прибор пригоден рдЛ измерения сопротивлений. Предмет изобретения. Электрический измерительный прибор, подвижная рамка которого состоит из двух самостоятельных, расположен-, ных в одной плоскости обмоток и вра-, в межжелезном пространстве одной и той же, по пути вращения рамки, щирины, образованном полюсными бащмаками и внутренним сердечником, отличающийся тем, что для получения неравномерного поля при правильной цилиндрической поверхности выреза башмаков Б, внутренний кольцеобразный сердечнике имеет различную высоту по пути вращения рамки.

:t It;