Ampermetras ir voltmetro prietaisas

Iš pradžių voltmetrai ir ampermetrai buvo tik mechaniniai, o tik po daugelio metų, tobulėjant mikroelektronikai, pradėti gaminti skaitmeniniai voltmetrai ir ampermetrai. Nepaisant to, net ir dabar mechaniniai skaitikliai yra populiarūs. Palyginti su skaitmeniniais, jie yra atsparūs trukdžiams ir leidžia vizualiau atvaizduoti išmatuotos vertės dinamiką. Jų vidiniai mechanizmai išlieka praktiškai tokie patys kaip pirmųjų voltmetrų ir ampermetrų kanoninių magnetoelektrinių mechanizmų.

Šiame straipsnyje apžvelgsime įprasto ciferblato įrenginį, kad bet kuris pradedantysis galėtų suprasti pagrindinius voltmetrų ir ampermetrų veikimo principus.

Rodyklės matavimo prietaisas savo darbe naudoja magnetoelektrinį principą. Nuolatinis magnetas su ryškiais poliais pritvirtinamas vietoje. Tarp šių polių pritvirtinama plieninė šerdis, kad tarp šerdies ir magneto polių dalių susidarytų oro tarpas nuolatinis magnetinis laukas.

Į tarpą įkišamas kilnojamas aliuminio rėmas, ant kurio suvyniota labai plonos vielos ritė.Rėmas tvirtinamas ant ašies velenų ir gali būti sukamas skriemuliu. Prietaiso rodyklė pritvirtinta prie rėmo su spyruoklėmis. Per spyruokles į ritę tiekiama srovė.

Kai per ritės laidą teka srovė I, tai, kadangi ritė yra įdėta į magnetinį lauką, o srovė jos laiduose teka statmenai, kirsdama tarpelyje esančias magnetinio lauko linijas, sukasi jėga iš ritės pusės. jį veiks magnetinis laukas. Elektromagnetinė jėga sukurs sukimo momentą M, o ritė kartu su rėmu ir rankena pasisuks tam tikru kampu α.

Kadangi magnetinio lauko indukcija tarpelyje nesikeičia (nuolatinis magnetas), sukimo momentas visada bus proporcingas ritėje esančiai srovei, o jo reikšmė priklausys nuo srovės stiprumo ir pastovių šio konkretaus įrenginio projektinių parametrų (c1 ). Šis momentas bus lygus:

Reakcijos momentas, užkertantis kelią rėmo sukimuisi, atsirandantis dėl spyruoklių buvimo, bus proporcingas spyruoklių sukimo kampui, ty rodyklės, prijungtos prie judamosios dalies, sukimosi kampui:

Tokiu būdu sukimasis tęsis tol, kol momentas M, kurį sukuria srovė kadre, bus lygus priešpriešiniam momentui Mpr nuo spyruoklių, tai yra, kol atsiras pusiausvyra. Šiuo metu rodyklė sustos:

Akivaizdu, kad spyruoklių sukimo kampas bus proporcingas rėmo srovei (ir išmatuotai srovei), todėl magnetoelektrinės sistemos prietaisai turi tą pačią skalę. Proporcingumo koeficientas k tarp rodyklės sukimosi kampo ir išmatuotos srovės vieneto vadinamas prietaiso jautrumu.

Abipusis dydis vadinamas skalės padalijimu arba vieneto konstanta. Išmatuota vertė nustatoma kaip vertės sandauga, padalyta iš skalės padalų skaičius.

Siekiant išvengti trikdančių judamojo rėmo vibracijų rodyklės perėjimo iš vienos padėties į kitą metu, šiuose įrenginiuose naudojami magnetinės indukcijos arba oro vožtuvai.

Magnetinės indukcinės sklendės yra aliuminio plokštė, kuri yra pritvirtinta prie prietaiso sukimosi ašies ir visada juda su rodykle nuolatinio magneto lauke. Susidarančios sūkurinės srovės sulėtina apviją.. Daroma išvada, kad pagal Lenco taisyklę sūkurinės srovės plokštelėje, sąveikaudamos su jas sukūrusio nuolatinio magneto magnetiniu lauku, trukdo plokštės judėjimui, o strėlė greitai užges. Tokio amortizatoriaus su magnetine indukcija vaidmenį atlieka aliuminio rėmas, ant kurio suvyniota ritė.

Sukant rėmą keičiasi nuolatinio magneto, prasiskverbiančio į aliuminio rėmą, magnetinis srautas, o tai reiškia, kad aliuminio rėme sukeliamos sūkurinės srovės, kurios, sąveikaudamos su nuolatinio magneto magnetiniu lauku, turi stabdomąjį poveikį, rankos svyravimai sustoja.

Magnetoelektrinių prietaisų oro sklendės – tai cilindrinės kameros su viduje įtaisytais stūmokliais, sujungtos su judančiomis įrenginių sistemomis. Kai juda dalis, sparno formos stūmoklis sustabdomas kameroje ir slopinami adatos svyravimai.

Norint pasiekti reikiamą matavimo tikslumą, matavimo metu prietaisas neturi būti veikiamas gravitacijos, o rodyklės nukreipimas turi būti siejamas tik su sukimo momentu, atsirandančiu dėl ritės srovės sąveikos su nuolatinio magneto magnetiniu lauku ir rėmo pakaba spyruoklėmis.

Siekiant pašalinti žalingą gravitacijos poveikį ir išvengti su tuo susijusių klaidų, prie judančios įrenginio dalies pridedami atsvarai ant strypų judančių svarelių pavidalu.

Trinčiai sumažinti plieniniai antgaliai gaminami iš poliruoto dilimui atsparaus plieno arba volframo-molibdeno lydinio, o guoliai – iš kieto mineralo (agato, korundo, rubino ir kt.). Atstumas tarp antgalio ir atraminio guolio reguliuojamas varžtu.

Norint tiksliai nustatyti rodyklę į nulinę pradinę padėtį, įrenginyje yra korektorius. Ciferblate esantis korektorius yra išsukamas ir spyruokle sujungtas su dirželiu. Naudodami varžtą, galite šiek tiek perkelti spiralę išilgai ašies, taip sureguliuodami pradinę rodyklės padėtį.

Daugumoje šiuolaikinių prietaisų yra judama dalis, pakabinta ant neštuvų poros elastingų metalinių juostų pavidalu, kurie padeda tiekti srovę į ritę ir sukurti tekantį sukimo momentą. Gnybtai yra sujungti pora plokščių spyruoklių, esančių statmenai viena kitai.

Tiesą sakant, pažymime, kad be klasikinio mechanizmo, aptarto aukščiau, yra ir prietaisų su ne tik U formos magnetais, bet ir cilindriniais magnetais, prizmės formos magnetais ir netgi magnetais su vidiniu rėmu, kurie patys patys gali būti judantys.

Srovei ar įtampai matuoti magnetoelektrinis įtaisas įtraukiamas į nuolatinės srovės grandinę pagal ampermetro arba voltmetro grandinę, skirtumas yra tik ritės varžoje ir įrenginio prijungimo prie grandinės grandinėje. Žinoma, matuojant srovę per prietaiso ritę neturi praeiti visa išmatuota srovė, o matuojant įtampą neturėtų sunaudoti daug energijos. Papildomas rezistorius, įmontuotas į matavimo prietaiso korpusą, padeda sukurti tinkamas sąlygas.

Papildomo rezistoriaus varža voltmetro grandinėje daug kartų viršija ritės varžą, o šis rezistorius pagamintas iš metalo su itin mažu atsparumo temperatūros koeficientastokių kaip manganinas arba konstantanas. Rezistorius, sujungtas lygiagrečiai su ampermetro rite, vadinamas šuntu.

Šunto varža, atvirkščiai, kelis kartus mažesnė už matavimo darbinės ritės varžą, todėl ritės laidu teka tik nedidelė išmatuotos srovės dalis, o pagrindinė srovė teka per šuntą. Papildomas rezistorius ir šuntas leidžia išplėsti prietaiso matavimo diapazoną.

Prietaiso rodyklės nukrypimo kryptis priklauso nuo srovės krypties per matavimo ritę, todėl jungiant įrenginį prie grandinės svarbu teisingai stebėti poliškumą, antraip rodyklė pasislinks kita kryptimi. . Atitinkamai, kanoninės formos magnetoelektriniai prietaisai yra netinkami prijungti prie kintamosios srovės grandinės, nes adata tiesiog vibruos, likdama vienoje vietoje.

Tačiau magnetoelektrinių prietaisų (ampermetrų, voltmetrų) pranašumai yra didelis tikslumas, skalės vienodumas ir atsparumas išorinių magnetinių laukų sukeliamiems trikdžiams. Trūkumai – netinkamumas matuoti kintamąją srovę (norint išmatuoti kintamąją srovę, pirmiausia reikės ją ištaisyti), reikalavimas laikytis poliškumo ir plono matavimo ritės laido pažeidžiamumas perkrovai.