Ampermérő és voltmérő készülék

Kezdetben a voltmérők és ampermérők csak mechanikusak voltak, és csak sok évvel később, a mikroelektronika fejlődésével kezdték el gyártani a digitális voltmérőket és ampermérőket. Ennek ellenére még ma is népszerűek a mechanikus mérők. A digitálisakhoz képest ellenállóak az interferenciákkal szemben, és vizuálisabban ábrázolják a mért érték dinamikáját. Belső mechanizmusaik gyakorlatilag ugyanazok, mint az első voltmérők és ampermérők kanonikus magnetoelektromos mechanizmusai.

Ebben a cikkben egy tipikus számlap eszközét tekintjük meg, hogy minden kezdő megértse a voltmérők és ampermérők működésének alapelveit.

A mutatós mérőeszköz munkája során a magnetoelektromos elvet alkalmazza. A helyére rögzítik a markáns pólusdarabokkal ellátott állandó mágnest. E pólusok közé egy acélmag van rögzítve, így légrés képződik a mag és a mágnes pólusrészei között állandó mágneses tér.

A résbe egy mozgatható alumínium keretet helyeznek, amelyre egy nagyon vékony dróttekercset tekercselnek.A keret a tengelytengelyekre van rögzítve és a tárcsával forgatható. A készülék nyila tekercsrugóval van a kerethez rögzítve. A rugókon keresztül áramot vezetnek a tekercsbe.

Ha a tekercs vezetékén I áram halad át, akkor, mivel a tekercs mágneses térbe van helyezve, és a vezetékeiben az áram merőlegesen folyik, keresztezve a résben lévő mágneses erővonalakat, a tekercs oldaláról forgó erő lép fel. mágneses tér fog hatni rá. Az elektromágneses erő M nyomatékot hoz létre, és a tekercs a kerettel és a mutatóval együtt egy bizonyos α szögben elfordul.

Mivel a mágneses tér indukciója a résben változatlan (permanens mágnes), a nyomaték mindig arányos a tekercsben lévő árammal, értéke pedig az áramerősségtől és az adott eszköz állandó tervezési paramétereitől függ (c1 ). Ez a pillanat egyenlő lesz:

A rugók jelenlétéből adódó, a keret elfordulását megakadályozó reakciónyomaték arányos lesz a rugók torziós szögével, azaz a mozgó részhez kapcsolódó nyíl elfordulási szögével:

Ily módon a forgás addig folytatódik, amíg a keretben lévő áram által létrehozott M pillanat nem lesz egyenlő a rugóktól származó Mpr ellennyomatékkal, vagyis addig, amíg az egyensúly be nem áll. Ekkor a nyíl megáll:

Nyilvánvalóan a rugók csavarodási szöge arányos lesz a keretárammal (és a mért árammal), ezért a magnetoelektromos rendszerű készülékek skálája azonos. A nyíl forgásszöge és a mért áram mértékegysége közötti k arányossági tényezőt a készülék érzékenységének nevezzük.

A reciprokot skálaosztásnak vagy egységállandónak nevezzük. A mért érték az érték osztva szorzataként kerül meghatározásra skálaosztások száma.

Annak érdekében, hogy elkerüljük a mozgatható keret zavaró rezgését a nyíl egyik helyzetéből a másikba való átmenet során, ezekben az eszközökben mágneses indukciós vagy levegőszelepeket alkalmaznak.

A mágneses indukciós csillapító egy alumínium lemez, amely a készülék forgástengelyére van rögzítve, és mindig a nyíllal együtt mozog az állandó mágnes mezőjében. A keletkező örvényáramok lelassítják a tekercselést.A következtetés az, hogy a Lenz-szabály szerint a lemezben lévő örvényáramok, kölcsönhatásba lépve az őket létrehozó állandó mágnes mágneses terével, akadályozzák a lemez mozgását, és a lemez rezgését. a nyíl gyorsan elhal. Az ilyen mágneses indukciós lengéscsillapító szerepét az alumínium keret játssza, amelyre a tekercs fel van tekerve.

A keret elforgatásakor az alumínium vázon áthatoló állandó mágnes mágneses fluxusa megváltozik, ami azt jelenti, hogy az alumínium keretben örvényáramok indukálódnak, amelyek az állandó mágnes mágneses terével kölcsönhatásba lépve fékező hatást fejtenek ki, ill. a kéz oszcillációi megállnak.

A magnetoelektromos eszközök légcsillapítói hengeres kamrák, amelyek belsejében dugattyúk vannak elhelyezve, amelyek a készülékek mozgó rendszeréhez kapcsolódnak. Amikor a mozgó alkatrész mozgásban van, a szárny alakú dugattyú megáll a kamrában, és csillapodik a tű lengése.

A kívánt mérési pontosság elérése érdekében a készüléket a mérés során a gravitáció nem befolyásolhatja, és a nyíl elhajlása csak a tekercsáramnak az állandó mágnes mágneses terével és a a keret felfüggesztése rugók segítségével.

A gravitáció káros hatásának kiküszöbölése és az ezzel járó hibák elkerülése érdekében a készülék mozgó részéhez ellensúlyokat adnak, rudakon mozgó súlyok formájában.

A súrlódás csökkentése érdekében az acélcsúcsok polírozott kopásálló acélból vagy wolfram-molibdén ötvözetből, a csapágyak pedig kemény ásványból (akát, korund, rubin stb.) készülnek. A hegy és a tartócsapágy közötti távolság állítócsavarral állítható be.

A nyíl nulla kiindulási helyzetbe állításához a készülék korrektorral van felszerelve. A tárcsában található korrektor kicsavarható és rugóval egy hevederhez van kötve. Egy csavar segítségével enyhén mozgathatja a spirált a tengely mentén, ezzel beállítva a nyíl kezdeti helyzetét.

A legtöbb modern eszköznek van egy mozgatható része, amely egy pár hordágyra van felfüggesztve rugalmas fémszalagok formájában, amelyek a tekercs áramellátására és az áramló nyomaték létrehozására szolgálnak. A bilincseket egy pár lapos rugó köti össze, amelyek merőlegesek egymásra.

Hogy őszinte legyek, megjegyezzük, hogy a fent tárgyalt klasszikus mechanizmuson kívül léteznek olyan eszközök is, amelyek nemcsak U-alakú mágnesekkel, hanem hengeres mágnesekkel és prizma alakú mágnesekkel, sőt belső kerettel rendelkező mágnesekkel is rendelkeznek, amelyek maguk is maguk is mozgathatóak lehetnek.

Áram vagy feszültség méréséhez a magnetoelektromos eszköz az egyenáramú áramkörbe kerül az ampermérő vagy voltmérő áramkör szerint, a különbség csak a tekercs ellenállásában és az eszköznek az áramkörhöz való csatlakoztatására szolgáló áramkörben van. Természetesen áramméréskor az összes mért áram ne menjen át a készülék tekercsén, feszültségmérésnél pedig ne fogyjon sok áram. A mérőkészülék házába épített kiegészítő ellenállás szolgálja a megfelelő feltételek megteremtését.

A voltmérő áramkörben lévő kiegészítő ellenállás ellenállása sokszorosan meghaladja a tekercs ellenállását, és ez az ellenállás fémből készült, rendkívül kicsi hőmérsékleti ellenállási együtthatómint például a manganin vagy a konstans. Az ampermérőben lévő tekerccsel párhuzamosan kapcsolt ellenállást söntnek nevezzük.

Ezzel szemben a sönt ellenállása többszöröse a mérő munkatekercs ellenállásának, ezért a mért áramnak csak egy kis része halad át a tekercsvezetéken, míg a főáram a sönten keresztül folyik. Egy további ellenállás és sönt lehetővé teszi a készülék mérési tartományának bővítését.

A készülék nyílának eltérési iránya a mérőtekercsen áthaladó áram irányától függ, ezért a készülék áramkörre való csatlakoztatásakor fontos a helyes polaritás betartása, különben a nyíl a másik irányba mozdul el. . Ennek megfelelően a kanonikus formájú magnetoelektromos eszközök nem alkalmasak váltóáramú áramkörhöz való csatlakoztatásra, mivel a tű egyszerűen rezeg, miközben egy helyen marad.

A magnetoelektromos eszközök (ampermérők, voltmérők) előnyei azonban a nagy pontosság, a skála egyenletessége és a külső mágneses mezők által keltett zavarokkal szembeni ellenállás. Hátránya a váltakozó áram mérésére való alkalmatlanság (a váltakozó áram méréséhez először egyenirányítani kell), a polaritás betartásának követelménye, valamint a mérőtekercs vékony vezetékének sebezhetősége a túlterheléssel szemben.