Логометр: принцип действия и области использования¶

Логометр — это электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы, предназначенный для измерения отношения двух электрических величин (обычно токов или напряжений), а также физических величин, функционально связанных с этим отношением. В отличие от классических гальванометров, показания логометра не зависят от колебаний напряжения источника питания, что делает его незаменимым в цепях с нестабильным питанием.

¶Принцип действия

Основу логометра составляет измерительный механизм, в котором вращающий момент создаётся не одной, а двумя (реже тремя) рамками, жёстко закреплёнными на общей оси под углом друг к другу. Рамки помещены в магнитное поле постоянного магнита, но магнитный зазор выполнен неравномерным (воздушный зазор изменяется по окружности), благодаря чему магнитная индукция в разных точках зазора различна.

Токи к рамкам подводятся через безмоментные (спиральные) токоподводы, которые не создают противодействующего механического момента. При протекании токов I₁ и I₂ через рамки возникают два вращающих момента M₁ и M₂, направленных навстречу друг другу. Подвижная система поворачивается до тех пор, пока моменты не уравновесятся:

M₁ = M₂

Поскольку моменты пропорциональны произведениям токов на магнитную индукцию в зоне каждой рамки, а индукция зависит от угла поворота α, условие равновесия записывается как:

I₁·B₁(α) = I₂·B₂(α)

Отсюда следует, что угол поворота стрелки является функцией отношения токов:

α = f(I₁ / I₂)

Таким образом, показания прибора определяются исключительно отношением токов и не зависят от их абсолютной величины. Это ключевое свойство логометра: при одновременном изменении обоих токов (например, при колебаниях напряжения питания) отношение остаётся постоянным, и стрелка не отклоняется.

¶Конструктивные особенности

¶Магнитная система

Сердечник магнита и полюсные наконечники изготавливаются с эксцентриситетом или специальной формой, создающей неравномерный воздушный зазор. Это обеспечивает функциональную зависимость индукции от угла поворота.

¶Рамки

Используются две рамки, намотанные тонким медным или константановым проводом. Одна рамка включается в цепь измеряемого параметра, другая — в цепь компенсации (через добавочное сопротивление). В ряде конструкций применяется третья рамка для температурной компенсации.

¶Успокоитель

Для гашения колебаний подвижной части используется магнитоиндукционный успокоитель (воздушный или жидкостный), так как механическое трение в опорах недопустимо из-за отсутствия противодействующей пружины.

¶Шкала

Шкала логометра, как правило, неравномерная. Её градуировка производится в единицах измеряемой физической величины (температура, давление, частота вращения и т. д.), а не в единицах отношения токов.

¶Классификация

По роду измеряемой величины логометры подразделяются на:

• Термометрические — работают в паре с термопреобразователями сопротивления (медными, платиновыми, никелевыми). Измеряют температуру в диапазонах от −200 до +650 °C.
• Омметрические — измеряют сопротивление постоянному току, используются для контроля изоляции и целостности цепей.
• Частотомерные — измеряют частоту переменного тока (применяются в энергетике для контроля качества электроэнергии).
• Манометрические — работают с датчиками давления (тензорезистивными или реостатными), измеряют давление жидкостей и газов.
• Тахометрические — измеряют частоту вращения валов (в паре с тахогенераторами).

По конструктивному исполнению различают щитовые (панельные) и переносные логометры.

¶Области использования

¶Промышленная теплоэнергетика

Наиболее массовое применение логометры получили в системах контроля температуры. Логометрические термометры (например, Л-64, Л-230) устанавливались на щитах управления котельных, тепловых пунктов, в системах вентиляции и кондиционирования. Они обеспечивали дистанционное измерение температуры в трубопроводах, резервуарах и технологических аппаратах.

¶Электроэнергетика

Частотомерные логометры применяются для контроля частоты сети переменного тока на электростанциях и подстанциях. Омметрические логометры используются для измерения сопротивления изоляции кабельных линий и обмоток электрических машин.

¶Авиационная и автомобильная техника

В авиации логометры использовались в указателях температуры головок цилиндров двигателей, температуры масла и топлива. В автомобильной промышленности логометры применялись в указателях уровня топлива и температуры охлаждающей жидкости (в паре с датчиками-реостатами).

¶Судостроение

На морских и речных судах логометры устанавливались в системах контроля температуры подшипников главных двигателей, температуры выхлопных газов и давления в системах смазки.

¶Достоинства и недостатки

К преимуществам логометров относятся:

• независимость показаний от напряжения источника питания;
• высокая надёжность и долговечность (отсутствие пружин и контактных моментов);
• возможность дистанционного измерения на расстоянии до 100–200 метров;
• простота обслуживания.

Недостатки:

• неравномерная шкала, затрудняющая считывание в начальной части диапазона;
• сравнительно невысокий класс точности (1,0–2,5);
• чувствительность к изменению сопротивления соединительных линий (требуется трёхпроводная схема включения);
• значительная инерционность подвижной системы.

¶Современное состояние

С развитием электроники логометры были вытеснены цифровыми измерительными приборами и микропроцессорными контроллерами. Однако в ряде отраслей, где требуется высокая помехозащищённость и автономность (например, на объектах с жёсткими условиями эксплуатации), логометры продолжают эксплуатироваться. Принцип логометрического измерения сохранился в современных датчиках — например, в тензорезисторных мостовых схемах, где отношение сигналов используется для компенсации температурных погрешностей.

¶Источники

1. Арутюнов В. О. Электрические измерительные приборы и измерения. — М.: Энергоатомиздат, 1990.
2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. — М.: Академия, 2008.
3. Подкин Ю. Г., Чистяков В. С. Электрические измерения. — М.: Высшая школа, 2005.
4. Шкурин Г. П. Справочник по электроизмерительным и радиоизмерительным приборам. — М.: Воениздат, 1960.