Ampermetre ve voltmetre cihazı

Başlangıçta voltmetreler ve ampermetreler sadece mekanikti ve ancak yıllar sonra mikroelektroniklerin gelişmesiyle dijital voltmetreler ve ampermetreler üretilmeye başlandı. Bununla birlikte, şimdi bile mekanik sayaçlar popülerdir. Dijital olanlarla karşılaştırıldığında, girişime karşı dirençlidirler ve ölçülen değerin dinamiklerini daha görsel olarak sunarlar. İç mekanizmaları, ilk voltmetrelerin ve ampermetrelerin kanonik manyetoelektrik mekanizmalarıyla pratik olarak aynı kalır.

Bu yazıda, yeni başlayanların voltmetre ve ampermetrelerin temel çalışma ilkelerini anlayabilmesi için tipik bir kadranın cihazına bakacağız.

Çalışmasında, ibreli ölçüm cihazı manyetoelektrik prensibini kullanır. Belirgin kutup parçalarına sahip kalıcı bir mıknatıs yerine sabitlenmiştir. Bu kutupların arasına çelik bir çekirdek sabitlenir, böylece çekirdek ile mıknatısın kutup kısımları arasında bir hava boşluğu oluşur. kalıcı manyetik alan.

Boşluğa, üzerine çok ince bir tel bobinin sarıldığı hareketli bir alüminyum çerçeve yerleştirilir.Çerçeve, aks millerine sabitlenmiştir ve kasnak ile döndürülebilir. Cihazın oku çerçeveye helezon yaylarla tutturulmuştur. Yaylar aracılığıyla bobine bir akım verilir.

Bobinin telinden bir I akımı geçtiğinde, bobin bir manyetik alana yerleştirildiğinden ve tellerindeki akım dikey olarak aktığından, boşlukta manyetik alan çizgilerini geçerek, yan taraftan dönen bir kuvvet vardır. manyetik alan ona etki edecektir. Elektromanyetik kuvvet bir M torku yaratacak ve bobin, çerçeve ve kol ile birlikte belirli bir α açısı boyunca dönecektir.

Boşluktaki manyetik alanın indüksiyonu değişmediğinden (sabit mıknatıs), tork her zaman bobindeki akımla orantılı olacaktır ve değeri akıma ve bu özel cihazın sabit tasarım parametrelerine bağlı olacaktır (c1 ). Bu an şuna eşit olacaktır:

Yayların varlığından kaynaklanan çerçevenin dönmesini engelleyen reaksiyon momenti, yayların burulma açısı, yani hareketli parçaya bağlı okun dönme açısı ile orantılı olacaktır:

Bu şekilde dönme, çerçevedeki akımın oluşturduğu M momenti yaylardan gelen karşı moment Mpr'ye eşit oluncaya, yani denge oluşana kadar devam edecektir. Bu noktada ok duracaktır:

Açıkçası, yayların bükülme açısı, çerçeve akımıyla (ve ölçülen akımla) orantılı olacaktır, bu nedenle manyetoelektrik sistem cihazları aynı ölçeğe sahiptir. Okun dönme açısı ile ölçülen akımın birimi arasındaki orantı faktörü k, cihazın hassasiyeti olarak adlandırılır.

Karşılık, ölçek bölümü veya birim sabiti olarak adlandırılır. Ölçülen değer, değerin çarpımı ile bölünerek belirlenir. ölçek bölümü sayısı.

Okun bir konumundan diğerine geçişleri sırasında hareketli çerçevenin rahatsız edici titreşimlerini önlemek için bu cihazlarda manyetik indüksiyon veya hava valfleri kullanılmaktadır.

Manyetik indüksiyon sönümleyici, cihazın dönme eksenine sabitlenmiş ve kalıcı bir mıknatıs alanında daima okla hareket eden bir alüminyum levhadır. Ortaya çıkan girdap akımları sargıyı yavaşlatır.Sonuç, Lenz kuralına göre, plakadaki girdap akımlarının onları oluşturan kalıcı mıknatısın manyetik alanı ile etkileşime girerek plakanın hareketini ve salınımlarını engellediğidir. ok hızla ölür. Manyetik indüksiyonlu böyle bir amortisörün rolü, üzerine bobinin sarıldığı alüminyum çerçeve tarafından oynanır.

Çerçeveyi döndürürken, alüminyum çerçeveye nüfuz eden kalıcı mıknatıstan gelen manyetik akı değişir, bu da alüminyum çerçevede girdap akımlarının indüklendiği anlamına gelir; elin salınımları durur.

Manyetoelektrik cihazların hava damperleri, cihazların hareketli sistemlerine bağlı, içine pistonlar yerleştirilmiş silindirik odalardır. Hareketli parça hareket halindeyken kanat şeklindeki piston hazne içinde durdurulur ve iğnenin salınımları sönümlenir.

Gerekli ölçüm doğruluğunu elde etmek için, ölçüm sırasında cihazın yerçekiminden etkilenmemesi ve ok sapması sadece bobin akımının sabit mıknatısın manyetik alanı ile etkileşiminden kaynaklanan tork ile ilgili olması gerekir. çerçevenin yaylar vasıtasıyla askıya alınması.

Yerçekiminin zararlı etkisini ortadan kaldırmak ve buna bağlı hataları önlemek için, cihazın hareketli kısmına çubuklar üzerinde hareket eden ağırlıklar şeklinde karşı ağırlıklar eklenir.

Sürtünmeyi azaltmak için çelik uçlar parlatılmış, aşınmaya dayanıklı çelikten veya tungsten-molibden alaşımından yapılmıştır ve yataklar sert mineralden (akik, korindon, yakut vb.) yapılmıştır. Uç ile destek yatağı arasındaki mesafe bir ayar vidası ile ayarlanır.

Oku sıfır başlangıç ​​konumuna doğru şekilde ayarlamak için cihaz bir düzeltici ile donatılmıştır. Kadrandaki düzeltici bir vidadır ve bir yay ile bir kayışa bağlanmıştır. Bir vida kullanarak spirali eksen boyunca hafifçe hareket ettirebilir, böylece okun başlangıç ​​konumunu ayarlayabilirsiniz.

Çoğu modern cihaz, bobine akım sağlamaya ve akan tork oluşturmaya yarayan elastik metal bantlar şeklinde bir çift sedyeden sarkıtılan hareketli bir parçaya sahiptir. Kelepçeler, birbirine dik yerleştirilmiş bir çift yassı yay ile bağlanır.

Dürüst olmak gerekirse, yukarıda tartışılan klasik mekanizmaya ek olarak, yalnızca U-şekilli mıknatıslara değil, aynı zamanda silindirik mıknatıslara ve prizma şeklindeki mıknatıslara ve hatta dahili çerçeveli mıknatıslara sahip cihazların da olduğunu not ediyoruz. kendileri hareketli olabilir.

Akım veya voltajı ölçmek için manyetoelektrik cihaz, ampermetre veya voltmetre devresine göre DC devresine dahil edilir, fark sadece bobinin direncinde ve cihazı devreye bağlamak için devrededir. Elbette akım ölçerken ölçülen akımın tamamı cihazın bobininden geçmemeli ve gerilim ölçerken de fazla güç tüketilmemelidir. Ölçüm cihazının muhafazasına yerleştirilmiş ek bir direnç, uygun koşulların yaratılmasına hizmet eder.

Voltmetre devresindeki ek direncin direnci bobinin direncini kat kat aşar ve bu direnç son derece küçük bir metalden yapılmıştır. sıcaklık direnci katsayısımanganin veya konstantan gibi. Ampermetrede bobine paralel bağlanan dirence şönt denir.

Şantın direnci, aksine, ölçüm yapan çalışma bobininin direncinden birkaç kat daha azdır, bu nedenle, ana akım şöntten akarken, ölçülen akımın yalnızca küçük bir kısmı bobin telinden geçer. Ek bir direnç ve şönt, cihazın ölçüm aralığını genişletmenizi sağlar.

Cihazın okunun sapma yönü, ölçüm bobininden geçen akımın yönüne bağlıdır, bu nedenle cihazı devreye bağlarken polariteyi doğru bir şekilde gözlemlemek önemlidir, aksi takdirde ok diğer yönde hareket eder. . Buna göre, kanonik formdaki manyetoelektrik cihazlar, iğne bir yerde kalırken basitçe titreyeceğinden, bir AC devresine bağlantı için uygun değildir.

Bununla birlikte, manyetoelektrik cihazların (ampermetreler, voltmetreler) avantajları, yüksek doğruluk, ölçek tekdüzeliği ve harici manyetik alanların ürettiği bozulmalara karşı direnci içerir. Dezavantajları, alternatif akımı ölçmek için uygun olmaması (alternatif akımı ölçmek için önce onu düzeltmeniz gerekir), polariteyi gözlemleme gerekliliği ve ölçüm bobininin ince telinin aşırı yüklenmeye karşı savunmasızlığıdır.