Prístroj ampérmetra a voltmetra

Spočiatku boli voltmetre a ampérmetre iba mechanické a až o mnoho rokov neskôr s rozvojom mikroelektroniky sa začali vyrábať digitálne voltmetre a ampérmetre. Napriek tomu sú dnes mechanické merače populárne. V porovnaní s digitálnymi sú odolné voči rušeniu a dávajú vizuálnejšie znázornenie dynamiky nameranej hodnoty. Ich vnútorné mechanizmy zostávajú prakticky rovnaké ako kanonické magnetoelektrické mechanizmy prvých voltmetrov a ampérmetrov.

V tomto článku sa pozrieme na zariadenie typického číselníka, aby každý začiatočník pochopil základné princípy fungovania voltmetrov a ampérmetrov.

Ukazovateľové meracie zariadenie pri svojej práci využíva magnetoelektrický princíp. Permanentný magnet s výraznými pólovými nástavcami je upevnený na mieste. Medzi týmito pólmi je upevnené oceľové jadro, takže medzi jadrom a pólovými časťami magnetu je vytvorená vzduchová medzera permanentné magnetické pole.

Do medzery je vložený pohyblivý hliníkový rám, na ktorý je navinutá cievka z veľmi tenkého drôtu.Rám je upevnený na hriadeľoch nápravy a možno ho otáčať pomocou kladky. Šípka zariadenia je pripevnená k rámu pomocou vinutých pružín. Cez pružiny sa do cievky privádza prúd.

Keď prúd I prechádza drôtom cievky, potom, keďže cievka je umiestnená v magnetickom poli a prúd v jej drôtoch tečie kolmo, pričom prechádza cez siločiary magnetického poľa v medzere, rotačná sila zo strany cievky. bude naň pôsobiť magnetické pole. Elektromagnetická sila vytvorí krútiaci moment M a cievka sa spolu s rámom a rukou otáča o určitý uhol α.

Keďže indukcia magnetického poľa v medzere je nezmenená (permanentný magnet), krútiaci moment bude vždy úmerný prúdu v cievke a jeho hodnota bude závisieť od prúdu a od konštantných konštrukčných parametrov tohto konkrétneho zariadenia (c1 ). Tento moment sa bude rovnať:

Reakčný moment, ktorý bráni otáčaniu rámu, vyplývajúci z prítomnosti pružín, bude úmerný uhlu krútenia pružín, to znamená uhlu natočenia šípky pripojenej k pohyblivej časti:

Takto bude rotácia pokračovať, až kým moment M vytvorený prúdom v ráme nebude rovný proti momentu Mpr od pružín, teda kým nenastane rovnováha. V tomto bode sa šípka zastaví:

Je zrejmé, že uhol natočenia pružín bude úmerný prúdu rámu (a nameranému prúdu), a preto majú zariadenia magnetoelektrického systému rovnakú stupnicu. Faktor úmernosti k medzi uhlom natočenia šípky a jednotkou meraného prúdu sa nazýva citlivosť prístroja.

Recipročná sa nazýva delenie stupnice alebo jednotková konštanta. Nameraná hodnota sa určí ako súčin hodnoty vydelený počet dielikov stupnice.

Aby nedochádzalo k rušivým vibráciám pohyblivého rámu pri prechodoch šípky z jednej jej polohy do druhej, sú v týchto zariadeniach použité magnetické indukčné alebo vzduchové ventily.

Tlmič magnetickej indukcie je doska z hliníka, ktorá je upevnená na osi otáčania zariadenia a pohybuje sa vždy šípkou v poli permanentného magnetu. Výsledné vírivé prúdy spomaľujú vinutie. Záverom je, že podľa Lenzovho pravidla vírivé prúdy v platni, interagujúce s magnetickým poľom permanentného magnetu, ktorý ich generoval, bránia pohybu platne a kmitaniu platne. šípka rýchlo utíchne. Úlohu takéhoto tlmiča s magnetickou indukciou zohráva hliníkový rám, na ktorom je cievka navinutá.

Pri otáčaní rámu sa mení magnetický tok z permanentného magnetu prenikajúceho do hliníkového rámu, čo znamená, že v hliníkovom ráme sa indukujú vírivé prúdy, ktoré pri interakcii s magnetickým poľom permanentného magnetu majú brzdný účinok a oscilácie ručného dorazu.

Vzduchové klapky magnetoelektrických zariadení sú valcové komory s piestami umiestnenými vo vnútri, spojené s pohyblivými systémami zariadení. Pri pohybe pohyblivej časti sa krídelkový piest zastaví v komore a tlmia sa kmity ihly.

Aby sa dosiahla požadovaná presnosť merania, zariadenie nesmie byť pri meraní ovplyvňované gravitáciou a vychýlenie šípky musí súvisieť len s krútiacim momentom, ktorý je výsledkom interakcie prúdu cievky s magnetickým poľom permanentného magnetu a s zavesenie rámu pomocou pružín.

Aby sa eliminoval škodlivý vplyv gravitácie a predišlo sa s tým spojeným chybám, pridávajú sa k pohyblivej časti zariadenia protizávažia vo forme závaží pohybujúcich sa na tyčiach.

Na zníženie trenia sú oceľové hroty vyrobené z leštenej ocele odolnej proti opotrebovaniu alebo zliatiny volfrámu a molybdénu a ložiská sú vyrobené z tvrdého minerálu (achát, korund, rubín atď.). Vzdialenosť medzi hrotom a oporným ložiskom sa nastavuje nastavovacou skrutkou.

Pre presné nastavenie šípky do nulovej východiskovej polohy je prístroj vybavený korektorom. Korektor v číselníku je vyskrutkovaný a spojený s remienkom s pružinou. Pomocou skrutky môžete mierne posunúť špirálu pozdĺž osi, čím nastavíte počiatočnú polohu šípky.

Väčšina moderných zariadení má pohyblivú časť zavesenú na pár nosidlách vo forme elastických kovových pásov, ktoré slúžia na dodávanie prúdu do cievky a vytváranie točivého momentu. Svorky sú spojené dvojicou plochých pružín umiestnených kolmo na seba.

Aby sme boli úprimní, poznamenávame, že okrem klasického mechanizmu diskutovaného vyššie existujú aj zariadenia nielen s magnetmi v tvare U, ale aj s valcovými magnetmi a magnetmi v tvare hranola, a dokonca aj s magnetmi s vnútorným rámom, ktoré samy o sebe môžu byť samotné pohyblivé.

Na meranie prúdu alebo napätia je magnetoelektrický prístroj zaradený do obvodu jednosmerného prúdu podľa obvodu ampérmetra alebo voltmetra, rozdiel je len v odpore cievky a v obvode na pripojenie zariadenia k obvodu. Samozrejme všetok nameraný prúd by pri meraní prúdu nemal prechádzať cievkou prístroja a pri meraní napätia by sa nemalo spotrebovať veľa energie. Na vytvorenie vhodných podmienok slúži prídavný odpor zabudovaný v kryte meracieho prístroja.

Odpor prídavného odporu v obvode voltmetra mnohonásobne prevyšuje odpor cievky a tento odpor je vyrobený z kovu s extrémne malým teplotný koeficient odporuako je manganín alebo konštantán. Rezistor zapojený paralelne s cievkou v ampérmetri sa nazýva bočník.

Odpor bočníka je naopak niekoľkonásobne menší ako odpor meracej pracovnej cievky, preto vodičom cievky prechádza len malá časť meraného prúdu, pričom hlavný prúd preteká bočníkom. Prídavný odpor a bočník umožňujú rozšíriť merací rozsah zariadenia.

Smer odchýlky šípky zariadenia závisí od smeru prúdu cez meraciu cievku, preto je pri pripájaní zariadenia k obvodu dôležité správne dodržať polaritu, inak sa šípka posunie opačným smerom . V súlade s tým sú magnetoelektrické zariadenia v kanonickej forme nevhodné na pripojenie k obvodu striedavého prúdu, pretože ihla bude jednoducho vibrovať a zostane na jednom mieste.

Medzi výhody magnetoelektrických zariadení (ampérmetre, voltmetre) však patrí vysoká presnosť, jednotnosť mierky a odolnosť voči poruchám generovaným vonkajšími magnetickými poľami. Nevýhodou je nevhodnosť na meranie striedavého prúdu (na meranie striedavého prúdu je potrebné ho najskôr usmerniť), požiadavka na dodržanie polarity a zraniteľnosť tenkého drôtu meracej cievky preťažením.