Ampèremeter en voltmeter apparaat

Aanvankelijk waren voltmeters en ampèremeters alleen mechanisch, en pas vele jaren later, met de ontwikkeling van micro-elektronica, begonnen digitale voltmeters en ampèremeters te produceren. Toch zijn ook nu nog mechanische meters populair. In vergelijking met digitale zijn ze ongevoelig voor interferentie en geven ze een meer visuele weergave van de dynamiek van de gemeten waarde. Hun interne mechanismen blijven praktisch hetzelfde als de canonieke magneto-elektrische mechanismen van de eerste voltmeters en ampèremeters.

In dit artikel zullen we kijken naar het apparaat van een typische wijzerplaat, zodat elke beginner de basisprincipes van de werking van voltmeters en ampèremeters kan begrijpen.

In zijn werk gebruikt het wijzermeetapparaat het magneto-elektrische principe. Een permanente magneet met uitgesproken poolstukken wordt vastgezet. Tussen deze polen is een stalen kern bevestigd waardoor er een luchtspleet ontstaat tussen de kern en de pooldelen van de magneet permanent magnetisch veld.

In de opening wordt een beweegbaar aluminium frame gestoken, waarop een spiraal van zeer dunne draad is gewikkeld.Het frame is bevestigd op de asassen en kan worden gedraaid met de katrol. De pijl van het apparaat is met schroefveren aan het frame bevestigd. Via de veren wordt een stroom aan de spoel geleverd.

Wanneer een stroom I door de draad van de spoel gaat, dan, aangezien de spoel in een magnetisch veld is geplaatst en de stroom in de draden loodrecht stroomt, de magnetische veldlijnen in de opening kruisend, een roterende kracht van de zijkant van de magnetisch veld zal erop inwerken. De elektromagnetische kracht zal een koppel M creëren, en de spoel, samen met het frame en de hand, zal over een bepaalde hoek α draaien.

Aangezien de inductie van het magnetische veld in de opening ongewijzigd blijft (permanente magneet), zal het koppel altijd evenredig zijn met de stroom in de spoel en zal de waarde ervan afhangen van de stroom en van de constante ontwerpparameters van dit specifieke apparaat (c1 ). Dit moment is gelijk aan:

Het reactiemoment dat de rotatie van het frame verhindert, als gevolg van de aanwezigheid van veren, zal evenredig zijn met de torsiehoek van de veren, dat wil zeggen de rotatiehoek van de pijl die is verbonden met het bewegende deel:

Op deze manier zal de rotatie doorgaan totdat het moment M gecreëerd door de stroming in het frame gelijk is aan het tegenmoment Mpr van de veren, dat wil zeggen totdat er een evenwicht ontstaat. Op dit punt stopt de pijl:

Het is duidelijk dat de draaihoek van de veren evenredig is met de framestroom (en de gemeten stroom), daarom hebben de apparaten van het magneto-elektrische systeem dezelfde schaal. De evenredigheidsfactor k tussen de rotatiehoek van de pijl en de eenheid van de gemeten stroom wordt de gevoeligheid van het apparaat genoemd.

Het omgekeerde wordt de schaalverdeling of eenheidsconstante genoemd. De gemeten waarde wordt bepaald als het product van de waarde gedeeld door aantal schaalverdelingen.

Om storende trillingen van het beweegbare frame tijdens de overgangen van de pijl van de ene positie naar de andere te voorkomen, worden in deze apparaten magnetische inductie- of luchtkleppen gebruikt.

De magnetische inductiedemper is een plaat van aluminium die op de rotatie-as van het apparaat is bevestigd en altijd met de pijl meebeweegt in het veld van een permanente magneet. De resulterende wervelstromen vertragen de wikkeling.De conclusie is dat, volgens de regel van Lenz, de wervelstromen in de plaat, die interageren met het magnetische veld van de permanente magneet die ze opwekte, de beweging van de plaat belemmeren, en de oscillaties van de pijl sterft snel af. De rol van zo'n schokdemper met magnetische inductie wordt gespeeld door het aluminium frame waarop de spoel is gewikkeld.

Bij het roteren van het frame verandert de magnetische flux van de permanente magneet die het aluminium frame binnendringt, wat betekent dat wervelstromen worden geïnduceerd in het aluminium frame, die bij interactie met het magnetische veld van de permanente magneet een remmend effect hebben, en de trillingen van de hand stoppen.

Luchtdempers van magneto-elektrische apparaten zijn cilindrische kamers met daarin geplaatste zuigers, verbonden met de bewegende systemen van apparaten. Wanneer het bewegende deel in beweging is, wordt de vleugelvormige zuiger in de kamer gestopt en worden de trillingen van de naald gedempt.

Om de vereiste meetnauwkeurigheid te bereiken, mag het apparaat tijdens de meting niet worden beïnvloed door de zwaartekracht en mag de afbuiging van de pijl alleen worden gerelateerd aan het koppel dat het gevolg is van de interactie van de spoelstroom met het magnetische veld van de permanente magneet en met ophanging van het frame door middel van veren.

Om het schadelijke effect van de zwaartekracht te elimineren en de bijbehorende fouten te voorkomen, worden contragewichten toegevoegd aan het bewegende deel van het apparaat in de vorm van gewichten die op stangen bewegen.

Om wrijving te verminderen, zijn de stalen uiteinden gemaakt van gepolijst slijtvast staal of wolfraam-molybdeenlegering en zijn de lagers gemaakt van hard mineraal (agaat, korund, robijn, enz.). De afstand tussen de punt en het steunlager wordt afgesteld met een stelschroef.

Om de pijl nauwkeurig in de nulstartpositie te zetten, is het apparaat uitgerust met een corrector. De corrector in de wijzerplaat is een schroef en verbonden met een band met een veer. Met behulp van een schroef kunt u de spiraal iets langs de as verplaatsen, waardoor de beginpositie van de pijl wordt aangepast.

De meeste moderne apparaten hebben een beweegbaar onderdeel dat aan een paar brancards hangt in de vorm van elastische metalen banden die dienen om de spoel van stroom te voorzien en een vloeiend koppel te creëren. De klemmen zijn verbonden door een paar platte veren die loodrecht op elkaar staan.

Eerlijk gezegd merken we op dat er naast het hierboven besproken klassieke mechanisme ook apparaten zijn met niet alleen U-vormige magneten, maar ook cilindrische magneten en prismavormige magneten, en zelfs met magneten met een intern frame, die zelf kunnen zelf verplaatsbaar zijn.

Om stroom of spanning te meten, is het magneto-elektrische apparaat opgenomen in het DC-circuit volgens het ampèremeter- of voltmetercircuit, het verschil zit alleen in de weerstand van de spoel en in het circuit om het apparaat op het circuit aan te sluiten. Natuurlijk mag niet alle gemeten stroom door de spoel van het apparaat gaan bij het meten van stroom, en bij het meten van spanning mag er niet veel stroom worden verbruikt. Een extra weerstand die in de behuizing van het meetapparaat is ingebouwd, dient om geschikte omstandigheden te creëren.

De weerstand van de extra weerstand in het voltmetercircuit is vele malen groter dan de weerstand van de spoel, en deze weerstand is gemaakt van metaal met een extreem kleine temperatuurcoëfficiënt van weerstandzoals manganine of constantaan. De parallel geschakelde weerstand met de spoel in de ampèremeter wordt een shunt genoemd.

De weerstand van de shunt daarentegen is vele malen kleiner dan de weerstand van de meetwerkspoel, daarom gaat slechts een klein deel van de gemeten stroom door de spoeldraad, terwijl de hoofdstroom door de shunt vloeit. Met een extra weerstand en shunt kunt u het meetbereik van het apparaat uitbreiden.

De afwijkingsrichting van de pijl van het apparaat is afhankelijk van de richting van de stroom door de meetspoel, daarom is het bij het aansluiten van het apparaat op het circuit belangrijk om de polariteit correct in acht te nemen, anders zal de pijl in de andere richting bewegen . Dienovereenkomstig zijn magneto-elektrische apparaten in canonieke vorm niet geschikt voor aansluiting op een wisselstroomcircuit, aangezien de naald gewoon zal trillen terwijl hij op één plaats blijft.

De voordelen van magneto-elektrische apparaten (ampèremeters, voltmeters) omvatten echter een hoge nauwkeurigheid, uniformiteit van schaal en weerstand tegen storingen die worden veroorzaakt door externe magnetische velden. De nadelen zijn de ongeschiktheid voor het meten van wisselstroom (om wisselstroom te meten moet je deze eerst gelijkrichten), de noodzaak om op de polariteit te letten en de kwetsbaarheid van de dunne draad van de meetspoel voor overbelasting.