Thiết bị ampe kế và vôn kế

Ban đầu, vôn kế và ampe kế chỉ là cơ học, và chỉ nhiều năm sau, với sự phát triển của vi điện tử, vôn kế và ampe kế kỹ thuật số mới bắt đầu được sản xuất. Tuy nhiên, ngay cả bây giờ đồng hồ cơ học vẫn phổ biến. So với kỹ thuật số, chúng có khả năng chống nhiễu và thể hiện trực quan hơn về động lực học của giá trị đo được. Cơ chế bên trong của chúng thực tế vẫn giống như cơ chế điện từ chuẩn của vôn kế và ampe kế đầu tiên.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét thiết bị của một mặt số điển hình để bất kỳ người mới bắt đầu nào cũng có thể hiểu được các nguyên tắc hoạt động cơ bản của vôn kế và ampe kế.

Trong công việc của mình, thiết bị đo con trỏ sử dụng nguyên lý điện từ. Một nam châm vĩnh cửu với các miếng cực rõ rệt được cố định tại chỗ. Một lõi thép được cố định giữa các cực này để tạo ra một khe hở không khí giữa lõi và các phần cực của nam châm từ trường vĩnh cửu.

Một khung nhôm có thể di chuyển được chèn vào khoảng trống, trên đó quấn một cuộn dây rất mỏng.Khung được cố định trên các trục trục và có thể quay bằng ròng rọc. Mũi tên của thiết bị được gắn vào khung bằng lò xo cuộn. Một dòng điện được cung cấp cho cuộn dây thông qua các lò xo.

Khi có dòng điện I chạy qua dây dẫn của cuộn dây, thì do cuộn dây được đặt trong từ trường và dòng điện chạy trong dây dẫn của nó vuông góc với nhau, cắt các đường sức từ trong khe hở nên một lực quay từ phía từ trường sẽ tác dụng lên nó. Lực điện từ sẽ tạo ra một momen xoắn M và cuộn dây cùng với khung và tay quay sẽ quay một góc α nào đó.

Vì cảm ứng của từ trường trong khe hở không thay đổi (nam châm vĩnh cửu), mô-men xoắn sẽ luôn tỷ lệ thuận với dòng điện trong cuộn dây và giá trị của nó sẽ phụ thuộc vào dòng điện và các tham số thiết kế không đổi của thiết bị cụ thể này (c1 ). Khoảnh khắc này sẽ bằng:

Khoảnh khắc phản ứng ngăn cản sự quay của khung, do sự hiện diện của lò xo, sẽ tỷ lệ thuận với góc xoắn của lò xo, nghĩa là góc quay của mũi tên nối với bộ phận chuyển động:

Theo cách này, chuyển động quay sẽ tiếp tục cho đến khi thời điểm M do dòng điện trong khung tạo ra bằng với thời điểm Mpr phản lực của lò xo, nghĩa là cho đến khi trạng thái cân bằng xảy ra. Tại thời điểm này, mũi tên sẽ dừng lại:

Rõ ràng, góc xoắn của lò xo sẽ ​​tỷ lệ thuận với dòng điện khung (và dòng điện đo được), đó là lý do tại sao các thiết bị của hệ thống điện từ có cùng tỷ lệ. Hệ số tỉ lệ k giữa góc quay của mũi tên và đơn vị cường độ dòng điện đo được gọi là độ nhạy của thiết bị.

Đối ứng được gọi là độ chia tỷ lệ hoặc hằng số đơn vị. Giá trị đo được xác định bằng tích của giá trị chia cho số vạch chia tỷ lệ.

Để tránh rung động đáng lo ngại của khung di động trong quá trình chuyển mũi tên từ vị trí này sang vị trí khác, cảm ứng từ hoặc van khí được sử dụng trong các thiết bị này.

Bộ giảm chấn cảm ứng từ là một tấm nhôm được cố định trên trục quay của thiết bị và luôn di chuyển theo chiều mũi tên trong trường của nam châm vĩnh cửu. Kết quả là dòng điện xoáy làm chậm cuộn dây.Kết luận là, theo quy tắc Lenz, dòng điện xoáy trong tấm, tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu đã tạo ra chúng, cản trở chuyển động của tấm và dao động của mũi tên nhanh chóng chết đi. Vai trò của một bộ giảm xóc với cảm ứng từ như vậy được đóng bởi khung nhôm mà cuộn dây được quấn trên đó.

Khi quay khung, từ thông từ nam châm vĩnh cửu xuyên qua khung nhôm thay đổi, nghĩa là trong khung nhôm sinh ra dòng điện xoáy, dòng điện này khi tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu sẽ có tác dụng hãm, và dao động của tay dừng lại.

Bộ giảm chấn không khí của thiết bị điện từ là buồng hình trụ có đặt pít-tông bên trong, nối với hệ thống chuyển động của thiết bị. Khi bộ phận chuyển động đang chuyển động, pít-tông hình cánh dừng lại trong buồng và các dao động của kim bị tắt dần.

Để đạt được độ chính xác của phép đo cần thiết, thiết bị không được bị ảnh hưởng bởi trọng lực trong quá trình đo và độ lệch của mũi tên phải chỉ liên quan đến mô-men xoắn do tương tác của dòng điện cuộn dây với từ trường của nam châm vĩnh cửu và với treo khung bằng lò xo.

Để loại bỏ tác động có hại của trọng lực và tránh các lỗi liên quan, đối trọng được thêm vào phần chuyển động của thiết bị dưới dạng trọng lượng di chuyển trên thanh.

Để giảm ma sát, các đầu thép được làm bằng thép chịu mài mòn được đánh bóng hoặc hợp kim vonfram-molypden, và các ổ trục được làm bằng khoáng cứng (mã não, corundum, hồng ngọc, v.v.). Khoảng cách giữa đầu và ổ đỡ được điều chỉnh bằng vít định vị.

Để đặt chính xác mũi tên về vị trí bắt đầu bằng 0, thiết bị được trang bị bộ chỉnh sửa. Bộ điều chỉnh trong mặt số là một ốc vít và được kết nối với dây đeo bằng lò xo. Sử dụng vít, bạn có thể di chuyển nhẹ hình xoắn ốc dọc theo trục, từ đó điều chỉnh vị trí ban đầu của mũi tên.

Hầu hết các thiết bị hiện đại đều có một bộ phận di động được treo trên một cặp cáng dưới dạng các dải kim loại đàn hồi dùng để cung cấp dòng điện cho cuộn dây và tạo ra mô-men xoắn chảy. Các kẹp được nối với nhau bằng một cặp lò xo phẳng nằm vuông góc với nhau.

Thành thật mà nói, chúng tôi lưu ý rằng ngoài cơ chế cổ điển đã thảo luận ở trên, còn có các thiết bị không chỉ có nam châm hình chữ U mà còn có nam châm hình trụ, nam châm hình lăng trụ và thậm chí cả nam châm có khung bên trong. bản thân chúng có thể di chuyển được.

Để đo dòng điện hoặc điện áp, thiết bị điện từ được đưa vào mạch điện một chiều theo mạch ampe kế hoặc vôn kế, sự khác biệt chỉ nằm ở điện trở của cuộn dây và ở mạch nối thiết bị với mạch điện. Tất nhiên, tất cả dòng điện đo được không nên đi qua cuộn dây của thiết bị khi đo dòng điện và khi đo điện áp, không nên tiêu thụ nhiều điện năng. Một điện trở bổ sung được tích hợp trong vỏ của thiết bị đo dùng để tạo ra các điều kiện phù hợp.

Điện trở của điện trở bổ sung trong mạch vôn kế vượt quá điện trở của cuộn dây nhiều lần và điện trở này được làm bằng kim loại có điện trở vô cùng nhỏ. hệ số nhiệt độ của điện trởchẳng hạn như manganin hoặc constantan. Điện trở mắc song song với cuộn dây trong ampe kế gọi là điện trở song song.

Ngược lại, điện trở của shunt nhỏ hơn nhiều lần so với điện trở của cuộn dây làm việc đo, do đó chỉ một phần nhỏ dòng điện đo được đi qua dây cuộn, trong khi dòng điện chính chạy qua shunt. Một điện trở và shunt bổ sung cho phép bạn mở rộng phạm vi đo của thiết bị.

Hướng lệch của mũi tên thiết bị phụ thuộc vào chiều dòng điện qua cuộn dây đo, do đó khi nối thiết bị với mạch điện cần quan sát đúng cực, nếu không mũi tên sẽ di chuyển theo hướng khác . Theo đó, các thiết bị điện từ ở dạng chuẩn không phù hợp để kết nối với mạch điện xoay chiều, vì kim sẽ chỉ rung khi ở yên một chỗ.

Tuy nhiên, ưu điểm của các thiết bị điện từ (ampe kế, vôn kế) bao gồm độ chính xác cao, tính đồng nhất của thang đo và khả năng chống nhiễu do từ trường bên ngoài tạo ra. Nhược điểm là không phù hợp để đo dòng điện xoay chiều (để đo dòng điện xoay chiều, trước tiên bạn cần phải chỉnh lưu nó), yêu cầu quan sát cực tính và khả năng quá tải của dây mỏng của cuộn dây đo.