Ampeerimittari ja volttimittari

Aluksi volttimittarit ja ampeerimittarit olivat vain mekaanisia, ja vasta monta vuotta myöhemmin, mikroelektroniikan kehittyessä, digitaalisia volttimittareita ja ampeerimittareita alettiin valmistaa. Siitä huolimatta mekaaniset mittarit ovat suosittuja. Digitaalisiin verrattuna ne kestävät häiriötä ja antavat visuaalisen esityksen mitatun arvon dynamiikasta. Niiden sisäiset mekanismit pysyvät käytännössä samoina kuin ensimmäisten voltti- ja ampeerimittareiden kanoniset magnetosähköiset mekanismit.

Tässä artikkelissa tarkastellaan tyypillisen kellon laitetta, jotta jokainen aloittelija voi ymmärtää volttimittareiden ja ampeerimittareiden perusperiaatteet.

Osoitinmittalaite käyttää työssään magnetosähköistä periaatetta. Kestomagneetti, jossa on selkeät napakappaleet, on kiinnitetty paikalleen. Terässydän on kiinnitetty näiden napojen väliin siten, että magneetin sydämen ja napaosien väliin muodostuu ilmarako pysyvä magneettikenttä.

Rakoon työnnetään liikkuva alumiinirunko, johon on kierretty erittäin ohutta lankakela.Runko on kiinnitetty akselin akseleille ja sitä voidaan pyörittää hihnapyörällä. Laitteen nuoli on kiinnitetty runkoon kierrejousilla. Kelaan syötetään virtaa jousien kautta.

Kun virta I kulkee kelan langan läpi, koska kela on asetettu magneettikenttään ja sen johdoissa oleva virta kulkee kohtisuorassa, ylittäen raossa olevat magneettikenttäviivat, tulee pyörivä voima kelan sivulta. magneettikenttä vaikuttaa siihen. Sähkömagneettinen voima synnyttää vääntömomentin M ja kela yhdessä rungon ja käden kanssa pyörii tietyn kulman α läpi.

Koska magneettikentän induktio raossa on muuttumaton (kestomagneetti), vääntömomentti on aina verrannollinen kelan virtaan ja sen arvo riippuu virrasta ja tämän laitteen vakiomitoitusparametreista (c1 ). Tämä hetki on yhtä suuri kuin:

Jousien läsnäolosta johtuva rungon pyörimisen estävä reaktiomomentti on verrannollinen jousien vääntökulmaan, eli liikkuvaan osaan yhdistetyn nuolen kiertokulmaan:

Tällä tavalla pyöriminen jatkuu, kunnes kehyksessä olevan virran synnyttämä hetki M on yhtä suuri kuin jousien vastamomentti Mpr, eli kunnes tasapaino tapahtuu. Tässä vaiheessa nuoli pysähtyy:

Ilmeisesti jousien kiertymiskulma on verrannollinen runkovirtaan (ja mitattuun virtaan), minkä vuoksi magnetosähköjärjestelmän laitteiden asteikko on sama. Nuolen kiertokulman ja mitatun virran yksikön välistä suhteellisuustekijää k kutsutaan laitteen herkkyydeksi.

Käänteislukua kutsutaan asteikkojakoksi tai yksikkövakioksi. Mitattu arvo määritetään tulona arvolla jaettuna asteikkojakojen lukumäärä.

Jotta vältettäisiin liikkuvan rungon häiritsevät värähtelyt nuolen siirtyessä asennosta toiseen, näissä laitteissa käytetään magneettisia induktio- tai ilmaventtiilejä.

Magneettinen induktiopelti on alumiinilevy, joka on kiinnitetty laitteen pyörimisakseliin ja liikkuu aina nuolen mukana kestomagneetin kentässä. Syntyvät pyörrevirrat hidastavat käämitystä.Johtopäätös on, että Lenzin säännön mukaan levyssä olevat pyörteet, jotka ovat vuorovaikutuksessa ne synnyttäneen kestomagneetin magneettikentän kanssa estävät levyn liikettä ja levyn värähtelyjä. nuoli sammuu nopeasti. Tällaisen magneettisen induktion iskunvaimentimen roolia hoitaa alumiinirunko, johon kela on kääritty.

Kehystä pyöritettäessä alumiinirunkoon tunkeutuvan kestomagneetin magneettivuo muuttuu, mikä tarkoittaa, että alumiinirunkoon indusoituu pyörrevirtoja, jotka vuorovaikutuksessa kestomagneetin magneettikentän kanssa vaikuttavat jarrutavalta. käden värähtelyt pysähtyvät.

Magnetosähköisten laitteiden ilmapellit ovat sylinterimäisiä kammioita, joiden sisään on sijoitettu männät ja jotka on kytketty laitteiden liikkuviin järjestelmiin. Liikkuvan osan ollessa liikkeessä siiven muotoinen mäntä pysähtyy kammioon ja neulan värähtelyt vaimentuvat.

Vaaditun mittaustarkkuuden saavuttamiseksi painovoima ei saa vaikuttaa laitteeseen mittauksen aikana ja nuolen taipuman tulee liittyä vain vääntömomenttiin, joka syntyy kelan virran vuorovaikutuksesta kestomagneetin magneettikentän kanssa. rungon jousitus jousien avulla.

Painovoiman haitallisen vaikutuksen eliminoimiseksi ja siihen liittyvien virheiden välttämiseksi laitteen liikkuvaan osaan lisätään vastapainoja tankoilla liikkuvien painojen muodossa.

Kitkan vähentämiseksi teräskärjet on valmistettu kiillotetusta kulutusta kestävästä teräksestä tai volframi-molybdeeniseoksesta ja laakerit kovasta mineraalista (akaatti, korundi, rubiini jne.). Kärjen ja tukilaakerin välinen etäisyys säädetään säätöruuvilla.

Jotta nuoli asetetaan tarkasti nolla-aloitusasentoon, laite on varustettu korjaimella. Kellotaulussa oleva korjain on ruuvattu ulos ja liitetty jousella hihnaan. Ruuvin avulla voit siirtää spiraalia hieman akselia pitkin ja säätää siten nuolen alkuasentoa.

Useimmissa nykyaikaisissa laitteissa on liikkuva osa, joka on ripustettu paarista elastisten metallinauhojen muodossa, jotka syöttävät virtaa kelaan ja luovat virtaavan vääntömomentin. Puristimet on yhdistetty toisiinsa nähden kohtisuorassa sijaitsevalla litteällä jousella.

Ollakseni rehellinen, huomaamme, että edellä käsitellyn klassisen mekanismin lisäksi on olemassa myös laitteita, joissa ei ole vain U-muotoisia magneetteja, vaan myös sylinterimäisiä magneetteja ja prisman muotoisia magneetteja ja jopa magneetteja, joissa on sisäinen runko, jotka itse voivat itse olla liikuteltavia.

Virran tai jännitteen mittaamiseksi magnetosähköinen laite sisällytetään DC-piiriin ampeerimittarin tai volttimittarin piirin mukaan, ero on vain kelan resistanssissa ja laitteen piiriin liittämispiirissä. Tietenkään kaikki mitattu virta ei saa kulkea laitteen kelan läpi virtaa mitatessa, ja jännitettä mitatessa ei pitäisi kuluttaa paljon tehoa. Mittauslaitteen koteloon rakennettu lisävastus luo sopivat olosuhteet.

Volttimittarin piirin lisävastuksen resistanssi ylittää monta kertaa kelan resistanssin, ja tämä vastus on valmistettu metallista, jolla on erittäin pieni lämpötilavastuskerroinkuten manganiini tai konstantaani. Ampeerimittarissa olevan kelan rinnan kytkettyä vastusta kutsutaan shunttiksi.

Shuntin resistanssi päinvastoin on useita kertoja pienempi kuin mittaustyökäämin vastus, joten vain pieni osa mitatusta virrasta kulkee kelajohdon läpi, kun taas päävirta kulkee shuntin läpi. Lisävastuksen ja shuntin avulla voit laajentaa laitteen mittausaluetta.

Laitteen nuolen poikkeama riippuu mittauskäämin läpi kulkevan virran suunnasta, joten kytkettäessä laitetta piiriin on tärkeää tarkkailla napaisuutta oikein, muuten nuoli liikkuu toiseen suuntaan . Näin ollen kanonisessa muodossa olevat magnetosähköiset laitteet eivät sovellu kytkettäväksi vaihtovirtapiiriin, koska neula yksinkertaisesti värisee pysyessään yhdessä paikassa.

Magnetosähköisten laitteiden (ampeerimittarit, volttimittarit) etuja ovat kuitenkin korkea tarkkuus, mittakaavan tasaisuus ja kestävyys ulkoisten magneettikenttien aiheuttamia häiriöitä vastaan. Haittoja ovat sopimattomuus vaihtovirran mittaamiseen (vaihtovirran mittaamiseksi se on ensin korjattava), napaisuuden tarkkailuvaatimus ja mittakelan ohuen langan alttius ylikuormitukselle.