Магнитные системы электроизмерительных приборов и устройств. Назначение магнитных систем. Расчет магнитных систем
Основой конструкции электромеханических измерительных приборов являются различного типа магнитные системы. Такие системы представляют собой сложную магнитную цепь, включающую активные элементы – постоянные магниты, создающие магнитный поток и пассивные – арматуру, распределяющую магнитный поток и содержащую магнитопровод, сердечники, полюсные наконечники, шунты, выпрямители поля, магнитные экраны и др. элементы.
Системы с постоянными магнитами предназначены для создания:
1. вращающего момента (в магнитоэлектрических приборах, в гальванометрах);
2. противодействующего момента (в логометрах);
3. тормозного момента (в счетчиках электрической энергии);
4. момента успокоения (в магнитоиндукционных успокоителях);
5. силы тяги (в приборах на магнитной подвеске).
Элементы магнитной арматуры служат для:
1. проведения магнитного потока в необходимом направлении;
2. распределения и регулировки напряженности поля в рабочем воздушном зазоре;
3. изменения степени успокоения 
с помощью магнитного шунта;
4. компенсации температурной погрешности с помощью термомагнитного шунта;
5. защиты прибора от внешних паразитных магнитных полей, экранирования от полей рассеивания самих магнитных систем.
Метод отношений заключается в представлении магнитной системы в виде эквивалентной электрической цепи. Постоянный магнит рассматривается как источник магнитодвижущей силы с нелинейным внутренним сопротивлением, а магнитопровода и воздушное пространство – как пассивные линейные сопротивления или проводимости утечек и нелинейные сопротивления, сосредоточенные на полюсах магнита.
Расчет основан на законе Ома для магнитной цепи: Ф = F/RМ = FG, где Ф – полный магнитный поток; F – магнитодвижущая сила; RМ и G – магнитное сопротивление и проводимость. Для рассматриваемых систем эта зависимость представляется как:
, (4.5)
или
, (4.6)
где ВМ и НМ – магнитная индукция и напряженность поля рабочей точки магнита; lМ – длина магнита, определяемая по средней линии как расстояние от одного полюсного наконечника через магнитную нейтраль до другого; SМ – площадь поперечного сечения магнита; GМ – проводимость по лине магнита от нейтрали до полюсных наконечников; b – коэффициент, учитывающий (до некоторой степени) принятое допущение; его числовое значение зависит от материала и конфигурации магнита и может быть принято равным 0,33 – 0,5; GК – проводимость концов магнита (между полюсными наконечниками), включая и полезную проводимость воздушного зазора.
Правая часть уравнения зависит от геометрических размеров магнитной системы и представляет собой величину, обратную коэффициенту размагничивания N. Если конфигурация и размеры магнитной системы заданы, то, определив N, проводят из начала координат до пересечения с кривой размагничивания выбранного материала линию коэффициента размагничивания (при этом необходимо учитывать масштабы графика). Точка пересечения является рабочей и характеризует значения ВМ и НМ в формуле.
Если рабочая точка отстоит далеко от точки, соответствующей Wmax, то меняют размеры или конфигурацию системы так, чтобы приблизить её к этой точке.
Индукцию в рабочем зазоре определяют с учетом того, что потоки распределяются пропорционально проводимостям, т.е.
, (4.7)
откуда
. (4.8)
Метод отношений обычно используют для предварительных расчетов, которые можно уточнить, применяя метод последовательного суммирования.
В системах с внешним магнитом магнитное состояние изменяется в основном от магнитной нейтрали к полюсным наконечникам. В системах с внутрирамочным магнитом утечки по длине магнита незначительны, поэтому в первом приближении при расчете ими можно пренебречь. Зато имеет место большая неоднородность магнитного состояния по сечению a – b (см. рис. 4.2). Учесть эту неоднородность можно, применяя метод последовательного суммирования.
Исходными данными являются геометрические размеры магнитной системы и кривая размагничивания материала магнита.
При расчете задаются разностью магнитных потенциалов FМ между полюсными наконечниками. Разбивают магнит по ширине на 2n участков постоянного сечения SК и для каждого элементарного участка lК определяют напряженность магнитного поля:
, (4.9)
где lСР.К – средняя длина элементарного участка.
Рис. 4.2. К расчету внутрирамочного магнита
По кривой размагничивания для найденных значений Н определяют магнитную индукцию ВК (Рис. 4.2) и поток в нейтральном сечении магнита
. (4.10)
Поток
, (4.11)
где G0 – проводимость концов магнита.
Для приближенного расчета магнитных систем с углом шкалы 90о можно считать, что
, (4.12)
где GР – проводимость рабочего воздушного зазора, которую можно определить по формуле
. (4.13)
Если соблюдается равенство 
, то м. д. с. FМ выбрана правильно и можно определить магнитную индукцию в рабочем зазоре
. (4.14)
Если указанное равенство не выполняется, то необходимо задаться новым значением FМ и расчет повторить снова.