Amperemeter och voltmätare

Till en början var voltmetrar och amperetrar bara mekaniska, och först många år senare, med utvecklingen av mikroelektronik, började digitala voltmetrar och amperetrar att produceras. Ändå är mekaniska mätare populära redan nu. Jämfört med digitala är de resistenta mot störningar och ger en mer visuell representation av dynamiken i det uppmätta värdet. Deras interna mekanismer förblir praktiskt taget desamma som de kanoniska magnetoelektriska mekanismerna för de första voltmetrarna och amperemetrarna.

I den här artikeln kommer vi att titta på enheten för en typisk urtavla, så att alla nybörjare kan förstå de grundläggande principerna för drift av voltmetrar och amperetrar.

I sitt arbete använder pekarmätanordningen den magnetoelektriska principen. En permanentmagnet med uttalade polstycken är fixerad på plats. En stålkärna är fixerad mellan dessa poler så att ett luftgap bildas mellan kärnan och magnetens poldelar permanent magnetfält.

En rörlig aluminiumram sätts in i springan, på vilken en spole av mycket tunn tråd är lindad.Ramen är fäst på axelaxlarna och kan roteras med remskivan. Enhetens pil är fäst vid ramen med spiralfjädrar. En ström tillförs spolen genom fjädrarna.

När en ström I passerar genom spolens tråd, då, eftersom spolen är placerad i ett magnetiskt fält, och strömmen i dess trådar flyter vinkelrätt, korsar magnetfältslinjerna i gapet, en roterande kraft från sidan av magnetfält kommer att verka på det. Den elektromagnetiska kraften kommer att skapa ett vridmoment M, och spolen, tillsammans med ramen och handen, kommer att rotera genom en viss vinkel α.

Eftersom induktionen av magnetfältet i gapet är oförändrad (permanent magnet), kommer vridmomentet alltid att vara proportionellt mot strömmen i spolen, och dess värde kommer att bero på strömmen och på de konstanta designparametrarna för denna speciella enhet (c1 ). Detta ögonblick kommer att vara lika med:

Reaktionsmomentet som förhindrar rotationen av ramen, som är ett resultat av närvaron av fjädrar, kommer att vara proportionell mot fjädrarnas vridningsvinkel, det vill säga rotationsvinkeln för pilen som är ansluten till den rörliga delen:

På detta sätt kommer rotationen att fortsätta tills momentet M som skapas av strömmen i ramen är lika med motmomentet Mpr från fjädrarna, det vill säga tills jämvikt uppstår. Vid denna punkt stannar pilen:

Uppenbarligen kommer fjädrarnas vridningsvinkel att vara proportionell mot ramströmmen (och den uppmätta strömmen), vilket är anledningen till att de magnetoelektriska systemenheterna har samma skala. Proportionalitetsfaktorn k mellan pilens rotationsvinkel och enheten för den uppmätta strömmen kallas enhetens känslighet.

Den reciproka kallas skaldelning eller enhetskonstanten. Det uppmätta värdet bestäms som produkten av värdet dividerat med antal skalindelningar.

För att undvika störande vibrationer av den rörliga ramen under övergångarna av pilen från en av dess positioner till en annan, används magnetiska induktions- eller luftventiler i dessa anordningar.

Den magnetiska induktionsdämparen är en platta av aluminium som är fixerad på enhetens rotationsaxel och alltid rör sig med pilen i fältet för en permanentmagnet. De resulterande virvelströmmarna saktar ner lindningen. Slutsatsen är att enligt Lenz regel hindrar virvelströmmarna i plattan, som interagerar med magnetfältet hos den permanentmagnet som genererade dem, plattans rörelse och svängningarna av pilen dör snabbt ner. Rollen för en sådan stötdämpare med magnetisk induktion spelas av aluminiumramen på vilken spolen är lindad.

Vid vridning av ramen förändras det magnetiska flödet från permanentmagneten som penetrerar aluminiumramen, vilket innebär att det induceras virvelströmmar i aluminiumramen, som vid samverkan med permanentmagnetens magnetfält har en bromsverkan, och handstoppets svängningar.

Luftspjäll av magnetoelektriska enheter är cylindriska kammare med kolvar placerade inuti, anslutna till rörliga system av enheter. När den rörliga delen är i rörelse stoppas den vingformade kolven i kammaren och nålens svängningar dämpas.

För att uppnå den erforderliga mätnoggrannheten får enheten inte påverkas av tyngdkraften under mätningen, och pilavböjningen får endast relateras till vridmomentet som uppstår från spolströmmens interaktion med permanentmagnetens magnetfält och med upphängning av ramen med hjälp av fjädrar.

För att eliminera den skadliga effekten av gravitationen och undvika de tillhörande felen, läggs motvikter till den rörliga delen av enheten i form av vikter som rör sig på stavar.

För att minska friktionen är stålspetsarna gjorda av polerat slitstarkt stål eller volfram-molybdenlegering, och lagren är gjorda av hårt mineral (agat, korund, rubin, etc.). Avståndet mellan spetsen och stödlagret justeras med en ställskruv.

För att exakt ställa in pilen till nollstartpositionen är enheten utrustad med en korrektor. Korrigeraren i urtavlan är en skruv ut och ansluten till en rem med en fjäder. Med hjälp av en skruv kan du flytta spiralen något längs axeln och därigenom justera pilens initiala position.

De flesta moderna enheter har en rörlig del upphängd från ett par bårar i form av elastiska metallband som tjänar till att tillföra ström till spolen och skapa strömmande vridmoment. Klämmorna är förbundna med ett par platta fjädrar placerade vinkelrätt mot varandra.

För att vara ärlig, noterar vi att förutom den klassiska mekanismen som diskuterats ovan, finns det också enheter med inte bara U-formade magneter, utan också cylindriska magneter och prisma-formade magneter, och även med magneter med en inre ram, som själva kan själva vara flyttbara.

För att mäta ström eller spänning ingår den magnetoelektriska enheten i DC-kretsen enligt amperemeter- eller voltmeterkretsen, skillnaden är endast i spolens resistans och i kretsen för anslutning av enheten till kretsen. Naturligtvis bör all uppmätta ström inte passera genom enhetens spole vid mätning av ström, och vid mätning av spänning bör inte mycket ström förbrukas. Ett extra motstånd inbyggt i mätanordningens hölje tjänar till att skapa lämpliga förhållanden.

Resistansen hos det extra motståndet i voltmeterkretsen överstiger spolens motstånd med många gånger, och detta motstånd är tillverkat av metall med en extremt liten temperaturkoefficient för motståndsåsom manganin eller konstantan. Motståndet kopplat parallellt med spolen i amperemetern kallas shunt.

Resistansen hos shunten är tvärtom flera gånger mindre än resistansen hos mätarbetsspolen, därför passerar endast en liten del av den uppmätta strömmen genom spoltråden, medan huvudströmmen flyter genom shunten. Ett extra motstånd och shunt gör att du kan utöka enhetens mätområde.

Riktningen för avvikelsen för enhetens pil beror på strömriktningen genom mätspolen, därför är det viktigt att observera polariteten korrekt när du ansluter enheten till kretsen, annars kommer pilen att röra sig i den andra riktningen . Följaktligen är magnetoelektriska enheter i kanonisk form olämpliga för anslutning till en växelströmskrets, eftersom nålen helt enkelt kommer att vibrera medan den förblir på ett ställe.

Fördelarna med magnetoelektriska anordningar (amperemeter, voltmetrar) inkluderar dock hög noggrannhet, enhetlighet i skalan och motstånd mot störningar som genereras av externa magnetfält. Nackdelarna är olämpligheten för att mäta växelström (för att mäta växelström måste du först korrigera den), kravet på att observera polaritet och sårbarheten hos den tunna tråden i mätspolen för överbelastning.