Вибрационный гальванометр

 

Класс 21 е, 1

ИПУЫМ Ьв йим 1в И ЫЫПЫ

ОПИСАНИЕ вибрационного гальванометра.

К авторскому свидетельству Ф, В. Майорова, заявленному 2б декабря

1931 года (спр. о перв. 100165).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 ман 1934 года.

+Dx= q1o sino>t... (1) (2), где х — амплитуда колебаний, (384) Известны уже вибрационные гальванометры, снабженные сменными подвижными системами, настроенными на различную собственную частоту колебаний, соответственно тем или иным пределам частот измеряемых переменных токов, Согласно предлагаемому изобретению, катушка такого вибрационного гальванометра помещена в поле постоянного магнита, а настройка подвижной системы на резонанс осуществляется помощью вспомогательного электромагнита таким образом, что настройка эта не меняет основного воздействующего на катушку поля.

На чертеже фиг. 1 изображает принципиальную схему гальванометра; фиг. 2— конструктивную форму выполнения гальванометра; фиг. 3 и 4 — вид другой формы выполнения гальванометра в двух проекциях, и фиг. 5 — подвижную систему гальванометра для измерения токов высокой частоты.

При прохождении переменного тока через подвижную катушку она приходит в колебательное движение, определяемое дифференциальным уравнением:

К в момент инерции подвижной системы, р — коэфициент демпфирования (за счет токов Фуко в металлических частях и воздушного демпфирования), -- — коэфициент электромагнитногсь демпфирования, д — динамическая постоянная, D — направляющая сила подвески, z — полное сопротивление колебаний.

Ниже приводятся выдержки из теории резонансных колебаний, вытекающей из этого уравнения, для двух случаев режима работы гальванометра, встречающихся в практике, т. е. холостого хода и короткого замыкания.

В первом случае, когда подвижная катушка гальванометра замкнута во внешней цепи на большое сопротивление по сравнению с собственным сопротивлением, например, при измерениях в импедансных мостиках, а также при испытании трансформаторов напряжения, электромагнитным демпфированием можно пренебречь и написать решение уравнения (1) при установившихся колебаниях в виде:

gIî sin (

Х— тде сдвиг фазы тока, определяемой выражением

8 случае резонанса мы имеем равенство частоты собственных колебаний подвижной системы с частотой переменного тока (4) (я=е == tl! при этом формула (2) может быть на- писана в виде

Ч о в х — . . (5), о>у

Если вместо коэфициента,о ввести часто употребляемый в теории гальванометров коэфициент у

2 /кл где К декремент затухания системы, то формула (6) для чувствительности ., к переменному току даст нам выражение 444

1ек Л с (7) cg где Sj= :— — — чувствительность к постоянному току.

Отсюда следует что при „холостом моде" гальванометра чувствительность i к току возрастет пропорционально магнитному полю и не зависит от его собственного сопротивления.

Поэтому, для достиженич высокой чувствительности к току, можно применять тонкие узкие катушки с большим числом витков (из тонкой проволоки); однако увеличение числа витков не дол-, жHo сопровождаться заметным увеличе- > нием момента инерции подвижной системы, так как при заданной частоте величины К и D являются связанными соотношением (4) и увеличение К вызывает необходимость соответственно увеличить

D, т. е. уменьшить чувствительность. чено из рассмотрения и решение уравнения даст более сложную зависимость, так как z — импендансное сопротивление.

Для абсолютного значения амплитуды можно путем различных преобразований получить формулу я 1" -1 (z>- +я- ) и для чувствительности формулу

2 )/ 2 (1Р+ 9 ) к напряжению т. е, чувствительность к напряжению зависит от сопротивления гальванометра

Кроме высокой чувствительности к току в практике измерений весьма важна ширина резонансной кривой, так как частота переменного тока не является совершенно стабильной и слишком острый резонанс неудобен на практике.

Это обстоятельство указывает также на необходимость малого момента инерции, так как при этом затухание уменьшается и ширина резонанса, пропорциональная затуханию, также уменьшается. Кроме этого, этим самым достигается быстрота следования гальванометра за изменениями силы тока в измерительной схеме, где он играет роль нулевого прибора.

Влияние демпфирующего фактора при холостом ходе сказывается не так резко, как в других случаях, так как электромагнитное демпфирование при большом

R мало, Короткозамкнутые витки уменьшают чувствительность к току, так как при этом помимо уменьшения динамической постоянной увеличивается демпфирование. Что касается чувствительности к высшим гармоникам при резонансе на 50 периодов, то для третьей гармоники получим:

„. =0,35. Ь,.

Чувствительность к высшим гармоникам обычно бывает во много раз меньше, чем к основной волне.

В случае „короткого замыкания", когда подвижная катушка во внешней цепи гальванометра замкнута накоротко или на сопротивление, весьма малое по сравнению с сопротивлением гальванометра, электромагнитное демпфирование д

-- в уравнении (1) не может быть исклюи динамической постоянной, достигая максимума при ==р2....... (10)

При измерениях в схеме компенсатора переменного тока или при испытании трансформаторов тока, гальванометр шунтируется сравнительно малым сопротивлением и для чувствительности схемы желательно иметь сопротивление гальванометра возможно меньшим.

При этих условиях для достижения оптимальной чувствительности к напряжению и динамическая постоянная должна быть взята меньшей. Практически все это достигается: 1) уменьшением числа витков, 2) магнитным шунтированием.

Для достижения возможно меньшего собственного сопротивления гальваноиетра выбирается толстая подвеска (серебряная или фосфористо-бронзовая) и диаметр проволоки для подвижной катушки выбирается с меньшим сопротивлением.

Весьма узкая катушка и в этом случае имеет преимущество по сравнению с широкой, так как при „коротком замыкании" гальванометра электромагнитное демпфирование оказывается значительно слабее и чувствительность к напряжению получается гораздо большей.

Таким образом для работы при двух указанных случаях необходимо бывает совместить в гальванометре значительную чувствительность к напряжению с чувствительностью к току.

В предлагаемом гальванометре (фиг. 1) подвижная система состоит из весьма узкой катушки а с зеркальцем е, соединенной внизу с прямоугольным железным листком b, помещенным в поле электромагнита с. Катушка а находится в поле постоянного магнита d. Железный листок b служит исключительно для настройки подвижной системы в резонанс с измеряемым переменным током, проходящим через подвижную катушку. Электромагнит с питается постоянным током.

Конструктивная форма выполнения гальванометра с подвижной системы на

50 периодов, рассчитанной на высокую чувствительность к току в рассмотренном выше случае „холостого хода" изображена на фиг. 2.

Из чертежа видно, что для уменьшения габарита магнит d расположен вертикально, а в середину его помещен маленький электромагнит для настройки. Все детали крепятся на латунном угольнике/, который, таким образом, служит опорной частью всего прибора.

Растоянием железного листка 6 от наконечников электромагнита с определяется демпфирование гальванометра и тем самым ширина резонансной кривой. Что касается направляющей силы, определяющей собой период колебаний подвижной системы, то она составляется, во-первых, из направляющей силы подвески, во-вторых, из влияющего на листок поля постоянного магнита и, в- третьих, за счет поля электромагнита.

Подвижная система гальванометра может быть выполнена в виде отдельной вставки (фиг. 3 и 4), например, в виде тонкой латунной трубки g со впаянными в нее наконечниками постоянного магнита, которые служат как бы продолжением его башмаков внутри вставки.

Вставка высокой чувствительности к напряжению (случай „короткого замыкания ) отличается от такой вставки тем, что магнитное поле в ней шунтируется железным кольцом / (фиг. 4); как было выяснено в теоретической части описания, ослабление демпфирования повышает чувствительность к напряжению при малом сопротивлении в цепи гальванометра.

Вставка, изображенная на фиг. 5, предназначена для работы при высоких частотах (от 300 до 500 пер/сек.).

Для достижения такого периода колебаний, катушка подвижной системы выполнена, примерно, в три раза меньшей, чем в устройстве по фиг. 2.

Кроме этого, наконечники р электромагнита с в этой вставке соединены с постоянным магнитом так, что на железный листок b одновременно действуют сильное поле постоянного магнита d u регулируемое поле электромагнита с, что и позволяет производить настройку от 300 до 500 периодов.

Равным образом, в гальванометре может быть применена вставка для измерений постоянного тока.

Предлагаемый гальванометр, по данным автора, обладает весьма высокой

4 чувствительностью во всех случаях его применения. Кроме того, в нем, благодаря электромагнитной настройке, устранены недостатки существующих систем, в которых вследствие необходимости одновременно настраивать прибор и наблюдать его резонанс подвижная система колеблется от механических толчков

1. Вибрационный гальванометр, с применением сменных подвижных систем, настроенных на различные периоды собственных колебаний, отличающийся тем, что, с целью осуществления электромзгнитной настройки на резонанс подвижной системы, независимо от величины действующего на рамку постоянного магнитного поля, жестко связанный с выполненной в виде весьма узкой, по сравнению с длиной, рамкой подвижной стиг. 1

Леннромнечгтьсоюз. Тип. „Пен. Труд . Згк. 5631 — 400

Предмет изобретения.

Эксперт А. В. Л1алевский

Редгктор И. А. Городинский системы а железный листок b помещен в поле отдельного электромагнита с, меняющего, в зависимости от силы тока возбуждения, собственную частоту настройки всей подвижной системы прибора.

2. Форма выполнения сменной подвижной системы в приборе по п. 1, отличающаяся применением железного кольца Л, расположенного внутри трубки g и шунтирующего основное магнитное поле прибора.

3. Форма выполнения сменной подвижной системы в приборе по п. 1, отличающаяся тем, что с целью повышения собственной частоты настройки прибора, путем воздействия на железный листок b одновременно полей постоянного магнита и электромагнита с применены помещенные внутри вставки полюсные наконечники р.