Amperemeter og voltmeter

I starten var voltmetre og amperetre kun mekaniske, og først mange år senere, med udviklingen af ​​mikroelektronik, begyndte man at producere digitale voltmetre og amperemetre. Ikke desto mindre er mekaniske målere allerede nu populære. Sammenlignet med digitale er de modstandsdygtige over for interferens og giver en mere visuel repræsentation af dynamikken i den målte værdi. Deres indre mekanismer forbliver praktisk talt de samme som de kanoniske magnetoelektriske mekanismer i de første voltmetre og amperetre.

I denne artikel vil vi se på enheden af ​​en typisk skive, så enhver nybegynder kan forstå de grundlæggende principper for drift af voltmetre og amperetre.

I sit arbejde bruger pointer-måleanordningen det magnetoelektriske princip. En permanent magnet med udtalte polstykker er fastgjort på plads. En stålkerne er fastgjort mellem disse poler, så der dannes en luftspalte mellem kernen og magnetens poldele permanent magnetfelt.

En bevægelig aluminiumsramme er indsat i spalten, hvorpå en spole af meget tynd tråd er viklet.Rammen er fastgjort på akselakslerne og kan drejes med remskiven. Enhedens pil er fastgjort til rammen med spiralfjedre. En strøm tilføres spolen gennem fjedrene.

Når en strøm I passerer gennem spolens ledning, da, da spolen er placeret i et magnetfelt, og strømmen i dens ledninger flyder vinkelret, krydser magnetfeltlinjerne i mellemrummet, en roterende kraft fra siden af ​​spolen. magnetisk felt vil virke på det. Den elektromagnetiske kraft vil skabe et moment M, og spolen vil sammen med rammen og hånden rotere gennem en vis vinkel α.

Da induktionen af ​​magnetfeltet i mellemrummet er uændret (permanent magnet), vil drejningsmomentet altid være proportionalt med strømmen i spolen, og dets værdi vil afhænge af strømmen og de konstante designparametre for denne særlige enhed (c1 ). Dette øjeblik vil være lig med:

Reaktionsmomentet, der forhindrer rotationen af ​​rammen, som følge af tilstedeværelsen af ​​fjedre, vil være proportional med fjedrenes torsionsvinkel, det vil sige rotationsvinklen for pilen forbundet med den bevægelige del:

På denne måde vil rotationen fortsætte indtil momentet M skabt af strømmen i rammen er lig med modmomentet Mpr fra fjedrene, det vil sige indtil ligevægt indtræder. På dette tidspunkt stopper pilen:

Det er klart, at fjedrenes snoningsvinkel vil være proportional med rammestrømmen (og den målte strøm), hvilket er grunden til, at de magnetoelektriske systemenheder har samme skala. Proportionalitetsfaktoren k mellem pilens rotationsvinkel og enheden for den målte strøm kaldes enhedens følsomhed.

Det reciproke kaldes skaladeling eller enhedskonstanten. Den målte værdi bestemmes som produktet af værdien divideret med antal skalainddelinger.

For at undgå forstyrrende vibrationer af den bevægelige ramme under overgangene af pilen fra en af ​​dens positioner til en anden, anvendes magnetiske induktions- eller luftventiler i disse enheder.

Det magnetiske induktionsspjæld er en plade af aluminium, der er fastgjort på enhedens rotationsakse og altid bevæger sig med pilen i feltet af en permanent magnet. De resulterende hvirvelstrømme bremser viklingen. Konklusionen er, at ifølge Lenz's regel hæmmer hvirvelstrømmene i pladen, der interagerer med magnetfeltet i den permanentmagnet, der genererede dem, pladens bevægelse, og svingningerne af pladen. pilen dør hurtigt. Rollen af ​​en sådan støddæmper med magnetisk induktion spilles af aluminiumsrammen, hvorpå spolen er viklet.

Ved drejning af rammen ændres den magnetiske flux fra den permanente magnet, der trænger ind i aluminiumsrammen, hvilket betyder, at der induceres hvirvelstrømme i aluminiumsrammen, som ved vekselvirkning med permanentmagnetens magnetfelt har en bremsevirkning, og svingninger af håndstoppet.

Luftspjæld af magnetoelektriske enheder er cylindriske kamre med stempler placeret indeni, forbundet med bevægelige systemer af enheder. Når den bevægelige del er i bevægelse, stoppes det vingeformede stempel i kammeret, og nålens svingninger dæmpes.

For at opnå den nødvendige målenøjagtighed må enheden ikke påvirkes af tyngdekraften under målingen, og pilafbøjningen må kun relateres til drejningsmomentet som følge af vekselvirkningen af ​​spolestrømmen med permanentmagnetens magnetfelt og med ophængning af rammen ved hjælp af fjedre.

For at eliminere den skadelige virkning af tyngdekraften og undgå de tilhørende fejl, tilføjes modvægte til den bevægelige del af enheden i form af vægte, der bevæger sig på stænger.

For at reducere friktionen er stålspidserne lavet af poleret slidbestandigt stål eller wolfram-molybdænlegering, og lejerne er lavet af hårdt mineral (agat, korund, rubin osv.). Afstanden mellem spidsen og støttelejet justeres med en stilleskrue.

For nøjagtigt at indstille pilen til nul-startpositionen er enheden udstyret med en korrektor. Korrektoren i skiven er en skrue ud og forbundet til en rem med en fjeder. Ved hjælp af en skrue kan du lidt flytte spiralen langs aksen og derved justere pilens startposition.

De fleste moderne enheder har en bevægelig del suspenderet fra et par bårer i form af elastiske metalbånd, der tjener til at levere strøm til spolen og skabe strømmende drejningsmoment. Klemmerne er forbundet med et par flade fjedre placeret vinkelret på hinanden.

For at være ærlig bemærker vi, at ud over den klassiske mekanisme, der er diskuteret ovenfor, er der også enheder med ikke kun U-formede magneter, men også cylindriske magneter og prismeformede magneter og endda med magneter med en intern ramme, som selv kan selv være flytbare.

For at måle strøm eller spænding er den magnetoelektriske enhed inkluderet i DC-kredsløbet i henhold til amperemeter- eller voltmeterkredsløbet, forskellen er kun i spolens modstand og i kredsløbet til at forbinde enheden til kredsløbet. Selvfølgelig skal al den målte strøm ikke passere gennem enhedens spole ved måling af strøm, og ved måling af spænding skal der ikke forbruges meget strøm. En ekstra modstand indbygget i måleapparatets hus tjener til at skabe passende forhold.

Modstanden fra den ekstra modstand i voltmeterkredsløbet overstiger spolens modstand mange gange, og denne modstand er lavet af metal med en ekstrem lille temperaturkoefficient for modstandsåsom manganin eller konstantan. Modstanden forbundet parallelt med spolen i amperemeteret kaldes en shunt.

Modstanden af ​​shunten er tværtimod flere gange mindre end modstanden af ​​målearbejdsspolen, derfor passerer kun en lille del af den målte strøm gennem spoleledningen, mens hovedstrømmen løber gennem shunten. En ekstra modstand og shunt giver dig mulighed for at udvide enhedens måleområde.

Afvigelsesretningen for enhedens pil afhænger af strømmens retning gennem målespolen, derfor er det vigtigt, når du tilslutter enheden til kredsløbet, at observere polariteten korrekt, ellers vil pilen bevæge sig i den anden retning . Derfor er magnetoelektriske enheder i kanonisk form uegnede til tilslutning til et AC-kredsløb, da nålen simpelthen vil vibrere, mens den forbliver på ét sted.

Fordelene ved magnetoelektriske enheder (amperemeter, voltmetre) omfatter dog høj nøjagtighed, ensartet skala og modstand mod forstyrrelser genereret af eksterne magnetfelter. Ulemperne er uegnetheden til at måle vekselstrøm (for at måle vekselstrøm skal du først rette den op), kravet om at observere polaritet og sårbarheden af ​​den tynde ledning i målespolen for overbelastning.