Коллектив авторов - История электротехники

В 1881 г. французский ученый Ж. д'Арсонваль использовал аналогичную идею для создания магнитоэлектрического гальванометра, заменив электромагнит постоянным магнитом. Ж. д'Арсонваль и М. Депре (Франция, фирма «Карпантье») вскоре усовершенствовали конструкцию этого гальванометра, основы которой оставались неизменными более 100 лет: наличие постоянного магнита, полюсных наконечников и неподвижного ферромагнитного сердечника, обеспечивающих равномерное радиальное магнитное поле в зазоре; подвижной катушки, подключенной к источнику тока посредством нитей подвеса или спиральных пружин. В 1888 г., используя аналогичные идеи, Э. Вестон построил в США более точные приборы — первые стрелочные магнитоэлектрические амперметры и вольтметры.

В те же годы на основе гальванометра М. Депре был построен первый электроизмерительный прибор с регистрацией показаний. В нем на подвижной пластине кроме обыкновенного указателя находился вертикальный стержень, оканчивающийся пером с глицериновыми чернилами. Это перо упиралось в барабан, вращающийся при помощи часового механизма. В результате движений пера и барабана на бумажной ленте, намотанной на барабан, рисовалась непрерывная кривая — зависимость регистрируемого тока от времени.

До середины XX в. магнитоэлектрические приборы с подвижной катушкой были самыми распространенными средствами измерений на постоянном токе. Они использовались (и продолжают использоваться) в качестве гальванометров, амперметров, вольтметров, кулонметров, веберметров, омметров и других приборов.

К достоинствам этих приборов следует отнести равномерность шкалы, высокие точность и чувствительность, малое собственное потребление энергии, слабое влияние внешних магнитных полей на их показания, возможность изменений диапазонов измерений в широких пределах.

Конструкции магнитоэлектрических измерительных механизмов постоянно совершенствовались, что значительно расширяло область их применения. В 1894 г. Г. Бругером в Германии были разработаны приборы со скрещенными катушками — логометры, показания которых определяются отношением токов в катушках. На их основе были построены омметры, показания которых практически не зависели от напряжения питания. Омметры, в свою очередь, использовались, например, для измерений температур с помощью термометров сопротивления, измерений давления с помощью реостатных преобразователей и т.п.

На основе магнитоэлектрических измерительных механизмов начали строить приборы для магнитных измерений. Еще в 1872 г. А.Г. Столетов использовал баллистический гальванометр для определения кривой намагничивания ферромагнитных материалов. Позже были разработаны магнитоэлектрические веберметры (флюксметры) — первые измерительные приборы со шкалами, отградуированными в единицах магнитного потока.

С начала XX в. начали серийно выпускаться щитовые магнитоэлектрические приборы разнообразных конструкций: квадрантные, секторные, трубчатые, плоскопрофильные, выпукло-профильные (рис. 12.1); позже были разработаны миниатюрные приборы с внутрирамочным магнитом. Щитовые приборы нашли широкое применение для создания пультов управления распределением электроэнергии (рис. 12.2).

На основе магнитоэлектрических измерительных механизмов были созданы не только приборы для регистрации медленно изменяющихся величин (токов, напряжений, температур и т.д.), но и светолучевые (шлейфовые) осциллографы с частотным диапазоном от 0 до 10 кГц. В последних использовались миниатюрные осциллографические гальванометры с высокой частотой собственных колебаний подвижной части.

Светолучевые осциллографы появились в 20-х годах XX в. Для развертки изображения, проектируемого на матовый экран, в них использовался вращающийся зеркальный барабан; была также предусмотрена возможность записи на фотобумагу. В отличие от более поздних моделей в качестве источника света применялись мощные дуговые лампы или мощные лампы накаливания, автоматически перегружаемые в момент съемки; для создания магнитного поля использовался электромагнит.

Первые светолучевые осциллографы были очень громоздкими и дорогими. Так, например, шестишлейфовый осциллограф Сименс — Блон-деля был выполнен в виде трех блоков, смонтированных на металлической стойке; дуговая лампа потребляла ток 8 А от источника постоянного напряжения 220 В. Первый переносный осциллограф фирмы «Вестингауз» (США, 1923 г.) весил 50 кг и стоил 6000 дол.

Светолучевые осциллографы использовались в течение примерно 50 лет. Во второй половине XX в. они были постепенно вытеснены электронными осциллографами и компьютерными средствами измерений.

Жизнь магнитоэлектрических приборов была существенно продлена в связи с разработкой измерительных преобразователей различных электрических и неэлектрических величин в постоянное напряжение или ток. На их основе разработаны многочисленные средства измерений, в которых данные приборы использовались в качестве выходных.

Например, с начала XX в. начали применяться термоэлектрические приборы на базе термопреобразователей, позволявшие измерять переменные токи и напряжения. Эти приборы, работающие в частотном диапазоне 0–50 МГц, широко использовались и во второй половине века. В середине века появились выпрямительные преобразователи, на основе которых были созданы универсальные приборы для измерений постоянных и переменных напряжений и токов, а также сопротивлений — так называемые «тестеры» — одни из самых распространенных средств измерений. Нельзя не отметить также использование магнитоэлектрических приборов в качестве выходных в аналоговых электронных средствах измерений — вольтметрах, омметрах, фазометрах, веберметрах и т.д.

Первым средством измерений, позволявшим производить измерения как на постоянном, так и на переменном токе, был тепловой электроизмерительный прибор, который сконструировал в 1837 г. швейцарский физик Огюст де ла Рив. В нем использовался эффект удлинения проволоки при нагревании ее током.