Amperemeter og voltmeterenhet

Opprinnelig var voltmetre og amperemeter bare mekaniske, og bare mange år senere, med utviklingen av mikroelektronikk, begynte man å produsere digitale voltmetre og amperemeter. Likevel, selv nå er mekaniske målere populære. Sammenlignet med digitale er de motstandsdyktige mot forstyrrelser og gir en mer visuell representasjon av dynamikken til den målte verdien. Deres interne mekanismer forblir praktisk talt de samme som de kanoniske magnetoelektriske mekanismene til de første voltmetrene og amperemetrene.

I denne artikkelen vil vi se på enheten til en typisk skive, slik at enhver nybegynner kan forstå de grunnleggende prinsippene for drift av voltmetre og amperemeter.

I sitt arbeid bruker pekermåleenheten det magnetoelektriske prinsippet. En permanent magnet med utpregede polstykker er festet på plass. En stålkjerne er festet mellom disse polene slik at det dannes et luftgap mellom kjernen og poldelene til magneten permanent magnetfelt.

En bevegelig aluminiumsramme er satt inn i gapet, hvorpå en spole av veldig tynn tråd er viklet.Rammen er festet på akselakslene og kan roteres med remskiven. Pilen til enheten er festet til rammen med spiralfjærer. En strøm tilføres spolen gjennom fjærene.

Når en strøm I passerer gjennom ledningen til spolen, da, siden spolen er plassert i et magnetfelt, og strømmen i ledningene flyter vinkelrett, krysser magnetfeltlinjene i gapet, en roterende kraft fra siden av spolen. magnetisk felt vil virke på det. Den elektromagnetiske kraften vil skape et dreiemoment M, og spolen vil sammen med rammen og hånden rotere gjennom en viss vinkel α.

Siden induksjonen av magnetfeltet i gapet er uendret (permanent magnet), vil dreiemomentet alltid være proporsjonalt med strømmen i spolen, og verdien vil avhenge av strømmen og de konstante designparametrene til denne spesielle enheten (c1) ). Dette øyeblikket vil være lik:

Reaksjonsmomentet som forhindrer rotasjon av rammen, som følge av tilstedeværelsen av fjærer, vil være proporsjonalt med fjærenes torsjonsvinkel, det vil si rotasjonsvinkelen til pilen koblet til den bevegelige delen:

På denne måten vil rotasjonen fortsette inntil momentet M skapt av strømmen i rammen er lik motmomentet Mpr fra fjærene, det vil si til likevekt oppstår. På dette tidspunktet vil pilen stoppe:

Tydeligvis vil vrivinkelen til fjærene være proporsjonal med rammestrømmen (og den målte strømmen), og det er grunnen til at de magnetoelektriske systemenhetene har samme skala. Proporsjonalitetsfaktoren k mellom rotasjonsvinkelen til pilen og enheten for den målte strømmen kalles enhetens følsomhet.

Det resiproke kalles skaladeling eller enhetskonstanten. Den målte verdien bestemmes som produktet av verdien delt på antall skalainndelinger.

For å unngå forstyrrende vibrasjoner av den bevegelige rammen under overgangene til pilen fra en av dens posisjoner til en annen, brukes magnetiske induksjons- eller luftventiler i disse enhetene.

Den magnetiske induksjonsdemperen er en plate av aluminium som er festet på enhetens rotasjonsakse og alltid beveger seg med pilen i feltet til en permanent magnet. De resulterende virvelstrømmene bremser viklingen. Konklusjonen er at, i henhold til Lenz sin regel, hindrer virvelstrømmene i platen, som samvirker med magnetfeltet til den permanente magneten som genererte dem, bevegelsen til platen, og oscillasjonene av pilen dør raskt ned. Rollen til en slik støtdemper med magnetisk induksjon spilles av aluminiumsrammen som spolen er viklet på.

Ved rotering av rammen endres den magnetiske fluksen fra permanentmagneten som penetrerer aluminiumsrammen, noe som betyr at det induseres virvelstrømmer i aluminiumsrammen, som ved vekselvirkning med magnetfeltet til permanentmagneten har en bremseeffekt, og svingninger av håndstoppet.

Luftdempere til magnetoelektriske enheter er sylindriske kamre med stempler plassert inne, koblet til bevegelige systemer av enheter. Når den bevegelige delen er i bevegelse, stoppes det vingeformede stempelet i kammeret og nålens svingninger dempes.

For å oppnå den nødvendige målenøyaktigheten, må enheten ikke påvirkes av tyngdekraften under målingen, og pilavbøyningen må kun relateres til dreiemomentet som følge av interaksjonen av spolestrømmen med magnetfeltet til permanentmagneten og med oppheng av rammen ved hjelp av fjærer.

For å eliminere den skadelige effekten av tyngdekraften og unngå de tilhørende feilene, legges motvekter til den bevegelige delen av enheten i form av vekter som beveger seg på stenger.

For å redusere friksjonen er stålspissene laget av polert slitebestandig stål eller wolfram-molybden-legering, og lagrene er laget av hardt mineral (agat, korund, rubin, etc.). Avstanden mellom spissen og støttelageret justeres med en settskrue.

For nøyaktig å sette pilen til null startposisjon, er enheten utstyrt med en korrektor. Korrektoren i skiven er en skru ut og koblet til en stropp med en fjær. Ved hjelp av en skrue kan du bevege spiralen litt langs aksen, og dermed justere pilens startposisjon.

De fleste moderne enheter har en bevegelig del suspendert fra et par bårer i form av elastiske metallbånd som tjener til å levere strøm til spolen og skape flytende dreiemoment. Klemmene er forbundet med et par flate fjærer plassert vinkelrett på hverandre.

For å være ærlig bemerker vi at i tillegg til den klassiske mekanismen som er diskutert ovenfor, er det også enheter med ikke bare U-formede magneter, men også sylindriske magneter, og prismeformede magneter, og til og med med magneter med en intern ramme, som selv kan selv være flyttbare.

For å måle strøm eller spenning er den magnetoelektriske enheten inkludert i DC-kretsen i henhold til amperemeter- eller voltmeterkretsen, forskjellen er bare i motstanden til spolen og i kretsen for å koble enheten til kretsen. Selvfølgelig skal ikke all den målte strømmen passere gjennom spolen til enheten når du måler strøm, og når du måler spenning, bør ikke mye strøm forbrukes. En ekstra motstand innebygd i huset til måleanordningen tjener til å skape passende forhold.

Motstanden til tilleggsmotstanden i voltmeterkretsen overstiger motstanden til spolen mange ganger, og denne motstanden er laget av metall med en ekstremt liten temperaturkoeffisient for motstandslik som manganin eller konstantan. Motstanden koblet parallelt med spolen i amperemeteret kalles en shunt.

Motstanden til shunten, tvert imot, er flere ganger mindre enn motstanden til målearbeidsspolen, derfor passerer bare en liten del av den målte strømmen gjennom spoleledningen, mens hovedstrømmen flyter gjennom shunten. En ekstra motstand og shunt lar deg utvide måleområdet til enheten.

Avviksretningen til enhetens pil avhenger av retningen til strømmen gjennom målespolen, derfor, når du kobler enheten til kretsen, er det viktig å observere polariteten riktig, ellers vil pilen bevege seg i den andre retningen . Følgelig er magnetoelektriske enheter i kanonisk form uegnet for tilkobling til en AC-krets, da nålen ganske enkelt vil vibrere mens den forblir på ett sted.

Fordelene med magnetoelektriske enheter (amperemeter, voltmetre) inkluderer imidlertid høy nøyaktighet, jevn skala og motstand mot forstyrrelser generert av eksterne magnetiske felt. Ulempene er uegnetheten til å måle vekselstrøm (for å måle vekselstrøm, må du først utbedre den), kravet om å observere polaritet og sårbarheten til den tynne ledningen til målespolen for overbelastning.