Ampermetra un voltmetra ierīce

Sākotnēji voltmetri un ampērmetri bija tikai mehāniski, un tikai daudzus gadus vēlāk, attīstoties mikroelektronikai, sāka ražot digitālos voltmetrus un ampērmetrus. Neskatoties uz to, pat tagad mehāniskie skaitītāji ir populāri. Salīdzinot ar digitālajiem, tie ir izturīgi pret traucējumiem un sniedz vizuālāku izmērītās vērtības dinamikas attēlojumu. To iekšējie mehānismi paliek praktiski tādi paši kā pirmo voltmetru un ampērmetru kanoniskie magnetoelektriskie mehānismi.

Šajā rakstā mēs apskatīsim tipiskā ciparnīcas ierīci, lai ikviens iesācējs varētu saprast voltmetru un ampērmetru darbības pamatprincipus.

Savā darbā rādītāja mērīšanas ierīce izmanto magnetoelektrisko principu. Pastāvīgais magnēts ar izteiktiem polu gabaliem ir fiksēts vietā. Starp šiem poliem ir nostiprināta tērauda serde, lai starp serdi un magnēta polu daļām izveidotu gaisa spraugu pastāvīgais magnētiskais lauks.

Spraumē tiek ievietots kustīgs alumīnija rāmis, uz kura uztīta ļoti plāna stieples spole.Rāmis ir piestiprināts pie ass vārpstām, un to var pagriezt ar skriemeli. Ierīces bultiņa ir piestiprināta pie rāmja ar spirālveida atsperēm. Caur atsperēm spolei tiek piegādāta strāva.

Kad strāva I iet caur spoles vadu, tad, tā kā spole ir novietota magnētiskajā laukā un strāva tās vados plūst perpendikulāri, šķērsojot spraugā esošās magnētiskā lauka līnijas, rodas rotācijas spēks no spoles puses. uz to iedarbosies magnētiskais lauks. Elektromagnētiskais spēks radīs griezes momentu M, un spole kopā ar rāmi un roku griezīsies noteiktā leņķī α.

Tā kā spraugā magnētiskā lauka indukcija nemainās (pastāvīgais magnēts), griezes moments vienmēr būs proporcionāls strāvai spolē, un tā vērtība būs atkarīga no strāvas stipruma un šīs konkrētās ierīces konstantiem konstrukcijas parametriem (c1 ). Šis brīdis būs vienāds ar:

Reakcijas moments, kas novērš rāmja griešanos, kas izriet no atsperu klātbūtnes, būs proporcionāls atsperu vērpes leņķim, tas ir, ar kustīgo daļu savienotās bultiņas griešanās leņķim:

Tādā veidā rotācija turpināsies līdz brīdim, kad kadrā strāva radītais moments M ir vienāds ar pretmomentu Mpr no atsperēm, tas ir, līdz iestājas līdzsvars. Šajā brīdī bultiņa apstāsies:

Acīmredzot atsperu pagrieziena leņķis būs proporcionāls rāmja strāvai (un izmērītajai strāvai), tāpēc magnetoelektriskās sistēmas ierīcēm ir vienāda skala. Proporcionalitātes koeficientu k starp bultiņas griešanās leņķi un izmērītās strāvas vienību sauc par ierīces jutību.

Apgriezto vērtību sauc par skalas dalījumu vai vienības konstanti. Izmērītā vērtība tiek noteikta kā vērtības reizinājums, dalīts ar mēroga iedalījumu skaits.

Lai izvairītos no kustīgā rāmja traucējošām vibrācijām, bultiņas pārejot no vienas pozīcijas uz otru, šajās ierīcēs tiek izmantoti magnētiskās indukcijas jeb gaisa vārsti.

Magnētiskās indukcijas slāpētājs ir alumīnija plāksne, kas ir fiksēta uz ierīces rotācijas ass un vienmēr pārvietojas ar bultiņu pastāvīgā magnēta laukā. Rezultātā radušās virpuļstrāvas palēnina tinumu.Secinājums ir tāds, ka saskaņā ar Lenca likumu virpuļstrāvas plāksnē, mijiedarbojoties ar pastāvīgā magnēta magnētisko lauku, kas tās radīja, kavē plāksnes kustību un bultiņa ātri nodziest. Šāda amortizatora ar magnētisko indukciju lomu spēlē alumīnija rāmis, uz kura ir uztīta spole.

Rotējot rāmi, mainās alumīnija rāmī iekļūstošā pastāvīgā magnēta magnētiskā plūsma, kas nozīmē, ka alumīnija rāmī tiek inducētas virpuļstrāvas, kas, mijiedarbojoties ar pastāvīgā magnēta magnētisko lauku, rada bremzējošu efektu, rokas svārstības apstājas.

Magnetoelektrisko ierīču gaisa slāpētāji ir cilindriskas kameras ar iekšā ievietotiem virzuļiem, kas savienotas ar ierīču kustīgajām sistēmām. Kad kustīgā daļa ir kustībā, spārnveida virzulis tiek apturēts kamerā un adatas svārstības tiek slāpētas.

Lai sasniegtu nepieciešamo mērījumu precizitāti, mērīšanas laikā ierīci nedrīkst ietekmēt gravitācija, un bultiņas novirzei jābūt saistītai tikai ar griezes momentu, kas rodas spoles strāvas mijiedarbības rezultātā ar pastāvīgā magnēta magnētisko lauku un rāmja piekare ar atsperu palīdzību.

Lai novērstu gravitācijas kaitīgo ietekmi un izvairītos no ar to saistītām kļūdām, ierīces kustīgajai daļai tiek pievienoti pretsvari atsvaru veidā, kas pārvietojas uz stieņiem.

Lai samazinātu berzi, tērauda uzgaļi ir izgatavoti no pulēta nodilumizturīga tērauda vai volframa-molibdēna sakausējuma, bet gultņi ir izgatavoti no cieta minerāla (ahāta, korunda, rubīna u.c.). Attālums starp galu un atbalsta gultni tiek regulēts ar regulēšanas skrūvi.

Lai precīzi iestatītu bultiņu nulles sākuma stāvoklī, ierīce ir aprīkota ar korektoru. Ciparnīcas korektors ir izskrūvēts un savienots ar siksnu ar atsperi. Izmantojot skrūvi, jūs varat nedaudz pārvietot spirāli pa asi, tādējādi pielāgojot bultiņas sākotnējo stāvokli.

Lielākajai daļai mūsdienu ierīču ir kustīga daļa, kas piekārta no nestuvju pāra elastīgu metāla lentu veidā, kas kalpo, lai piegādātu strāvu spolē un radītu plūstošu griezes momentu. Skavas ir savienotas ar plakanu atsperu pāri, kas atrodas perpendikulāri viens otram.

Godīgi sakot, mēs atzīmējam, ka papildus iepriekš apspriestajam klasiskajam mehānismam ir arī ierīces ar ne tikai U formas magnētiem, bet arī cilindriskiem magnētiem un prizmas formas magnētiem un pat ar magnētiem ar iekšējo rāmi, kas paši par sevi paši var būt pārvietojami.

Strāvas vai sprieguma mērīšanai magnetoelektriskā ierīce ir iekļauta līdzstrāvas ķēdē atbilstoši ampērmetra vai voltmetra ķēdei, atšķirība ir tikai spoles pretestībā un ķēdē ierīces pievienošanai ķēdei. Protams, mērot strāvu, visa izmērītā strāva nedrīkst iet caur ierīces spoli, un, mērot spriegumu, nevajadzētu patērēt daudz enerģijas. Piemērotu apstākļu radīšanai kalpo papildu rezistors, kas iebūvēts mērierīces korpusā.

Papildu rezistora pretestība voltmetra ķēdē daudzkārt pārsniedz spoles pretestību, un šis rezistors ir izgatavots no metāla ar ārkārtīgi mazu pretestības temperatūras koeficientspiemēram, manganīns vai konstantāns. Rezistoru, kas savienots paralēli spoli ampērmetrā, sauc par šuntu.

Šunta pretestība, gluži pretēji, ir vairākas reizes mazāka par mērīšanas darba spoles pretestību, tāpēc tikai neliela daļa no izmērītās strāvas iet caur spoles vadu, savukārt galvenā strāva plūst caur šuntu. Papildu rezistors un šunts ļauj paplašināt ierīces mērīšanas diapazonu.

Ierīces bultiņas novirzes virziens ir atkarīgs no strāvas virziena caur mērīšanas spoli, tāpēc, pievienojot ierīci ķēdei, ir svarīgi ievērot pareizu polaritāti, pretējā gadījumā bultiņa pārvietosies otrā virzienā. . Attiecīgi magnetoelektriskās ierīces kanoniskā formā nav piemērotas savienošanai ar maiņstrāvas ķēdi, jo adata vienkārši vibrēs, paliekot vienā vietā.

Tomēr magnetoelektrisko ierīču (ampērmetri, voltmetri) priekšrocības ietver augstu precizitāti, mēroga viendabīgumu un izturību pret ārējo magnētisko lauku radītiem traucējumiem. Trūkumi ir nepiemērotība maiņstrāvas mērīšanai (lai izmērītu maiņstrāvu, vispirms tā būs jālabo), prasība ievērot polaritāti un mērīšanas spoles plānā stieples neaizsargātība pret pārslodzi.