Eisenbewegungsinstrument

Dieses Instrument ist eine der primitivsten Formen eines Mess- und Schaltgeräts. Bewegliche Eiseninstrumente gibt es hauptsächlich in zwei Arten: Anziehungs- und Abstoßungstyp.
Wenn ein Stück Eisen in die Nähe eines Magneten gebracht wird, wird es vom Magnet angezogen. Die Kraft dieser Anziehung hängt von der Stärke des Magnetfeldes ab. Wenn der Magnet ein Elektromagnet ist, kann die Feldstärke leicht durch Erhöhung oder Verringerung des Stroms in seiner Spule verändert werden.
Dementsprechend würde auch die Anziehungskraft auf das Stück Eisen zunehmen oder abnehmen. Basierend auf diesem einfachen Phänomen wurde das Anziehungstyp-bewegliche Eiseninstrument entwickelt.

Wenn zwei Stücke Eisen nebeneinander gehalten und ein Magnet in ihre Nähe gebracht wird, stoßen sich die Eisenteile voneinander ab. Diese Abstoßungskraft ist auf gleiche magnetische Pole zurückzuführen, die auf denselben Seiten der Eisenteile durch das externe Magnetfeld induziert werden.
Diese Abstoßungskraft nimmt zu, wenn die Feldstärke des Magneten erhöht wird. Gleiches gilt, wenn der Magnet ein Elektromagnet ist, dann kann die Feldstärke leicht durch Steuerung des Eingangsstroms zum Magnet gesteuert werden. Daher, wenn der Strom zunimmt, nimmt die Abstoßungskraft zwischen den Eisenteilen zu, und wenn der Strom abnimmt, nimmt die Abstoßungskraft zwischen ihnen ab. Basierend auf diesem Phänomen wurde das Abstoßungstyp-bewegliche Eiseninstrument konstruiert.

Konstruktion des beweglichen Eiseninstruments

Die grundlegende Konstruktion des Anziehungstyps des beweglichen Eiseninstruments wird unten dargestellt
Eine dünne Scheibe aus weichem Eisen ist exzentrisch vor einer Spule gelagert. Dieses Eisen neigt dazu, nach innen zu bewegen, also vom schwächeren Magnetfeld zum stärkeren Magnetfeld, wenn Strom durch die Spule fließt. Bei Anziehungsbewegungsinstrumenten wurde früher die Schwerkraftsteuerung verwendet, aber in relativ modernen Instrumenten wurde diese Methode durch Federspannung ersetzt. Durch Anpassen des Ausgleichsgewichts wird die Nullabweichung des Zeigers erreicht. Die erforderliche Dämpfungskraft wird in diesem Instrument durch Luftreibung bereitgestellt. Die Abbildung zeigt ein typisches Dämpfungssystem, das im Instrument vorhanden ist, bei dem die Dämpfung durch einen beweglichen Kolben in einer Luftspritze erreicht wird.

Theorie des Anziehungstyps des beweglichen Eiseninstruments

Angenommen, wenn kein Strom durch die Spule fließt, befindet sich der Zeiger bei Null, der Winkel, den die Achse der Eisenscheibe mit der Linie bildet, die senkrecht zum Feld steht, ist φ. Nun, aufgrund des Stroms I und der entsprechenden Magnetfeldstärke, wird das Eisenteil um den Winkel θ abgelenkt. Der Komponente von H in Richtung der abgelenkten Eisenscheibenachse ist Hcos{90 – (θ + φ) oder Hsin (θ + φ). Die Kraft F, die auf die Scheibe in Richtung der Spule wirkt, ist daher proportional zu H2sin(θ + φ), und somit auch proportional zu I2sin(θ + φ) bei konstanter Permeabilität. Wenn diese Kraft an einem Abstand l vom Drehpunkt auf die Scheibe wirkt, dann ist der Ablenkungsdrehmoment,


Da l konstant ist.

Wobei k eine Konstante ist.
Nun, da das Instrument durch die Schwerkraft gesteuert wird, wird das Steuerdrehmoment sein

Wobei k' eine Konstante ist.
Im stationären Zustand,

Wobei K eine Konstante ist.

Videopräsentation des beweglichen Eiseninstruments

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