Dispositiu amperímetre i voltímetre

Inicialment, els voltímetres i amperímetres eren només mecànics, i només molts anys més tard, amb el desenvolupament de la microelectrònica, es van començar a produir voltímetres i amperímetres digitals. No obstant això, fins i tot ara els comptadors mecànics són populars. En comparació amb els digitals, són resistents a les interferències i donen una representació més visual de la dinàmica del valor mesurat. Els seus mecanismes interns segueixen sent pràcticament els mateixos que els mecanismes magnetoelèctrics canònics dels primers voltímetres i amperímetres.

En aquest article, veurem el dispositiu d'un dial típic, de manera que qualsevol principiant pugui entendre els principis bàsics de funcionament dels voltímetres i amperímetres.

En el seu treball, el dispositiu de mesura del punter utilitza el principi magnetoelèctric. Es fixa un imant permanent amb peces polars pronunciades. Un nucli d'acer es fixa entre aquests pols de manera que es forma un buit d'aire entre el nucli i les parts polars de l'imant camp magnètic permanent.

A l'espai s'insereix un marc d'alumini mòbil, sobre el qual s'enrotlla una bobina de filferro molt prim.El marc es fixa als eixos de l'eix i es pot girar amb la politja. La fletxa del dispositiu està connectada al marc amb molles helicoïdals. Un corrent es subministra a la bobina a través de les molles.

Quan un corrent I travessa el cable de la bobina, aleshores, com que la bobina es troba en un camp magnètic, i el corrent dels seus cables flueix perpendicularment, travessant les línies del camp magnètic a l'espai, una força de rotació des del costat de la bobina. el camp magnètic actuarà sobre ell. La força electromagnètica crearà un parell M, i la bobina, juntament amb el marc i la mà, girarà en un determinat angle α.

Com que la inducció del camp magnètic a l'espai no canvia (imant permanent), el parell serà sempre proporcional al corrent de la bobina, i el seu valor dependrà del corrent i dels paràmetres de disseny constants d'aquest dispositiu en particular (c1). ). Aquest moment serà igual a:

El moment de reacció que impedeix la rotació del bastidor, derivat de la presència de molles, serà proporcional a l'angle de torsió de les molles, és a dir, l'angle de gir de la fletxa connectada a la part mòbil:

D'aquesta manera, la rotació continuarà fins que el moment M creat pel corrent al bastidor sigui igual al contra moment Mpr de les molles, és a dir, fins que es produeixi l'equilibri. En aquest punt la fletxa s'aturarà:

Òbviament, l'angle de gir de les molles serà proporcional al corrent del marc (i al corrent mesurat), per això els dispositius del sistema magnetoelèctric tenen la mateixa escala. El factor de proporcionalitat k entre l'angle de gir de la fletxa i la unitat del corrent mesurat s'anomena sensibilitat del dispositiu.

El recíproc s'anomena divisió d'escala o constant unitat. El valor mesurat es determina com el producte del valor dividit per nombre de divisions d'escala.

Per evitar vibracions pertorbadores del bastidor mòbil durant les transicions de la fletxa d'una de les seves posicions a una altra, en aquests dispositius s'utilitzen vàlvules d'inducció magnètica o d'aire.

L'amortidor d'inducció magnètica és una placa d'alumini que es fixa a l'eix de gir del dispositiu i que sempre es mou amb la fletxa en el camp d'un imant permanent. Els corrents de Foucault resultants frenen el bobinatge.La conclusió és que, segons la regla de Lenz, els corrents de Foucault de la placa, interactuant amb el camp magnètic de l'imant permanent que els ha generat, impedeixen el moviment de la placa i les oscil·lacions de la fletxa s'apaga ràpidament. El paper d'aquest amortidor amb inducció magnètica el juga el marc d'alumini sobre el qual s'enrotlla la bobina.

En girar el marc, el flux magnètic de l'imant permanent que penetra en el marc d'alumini canvia, la qual cosa significa que s'indueixen corrents de Foucault al marc d'alumini, que, quan interaccionen amb el camp magnètic de l'imant permanent, tenen un efecte de frenada i el oscil·lacions de la parada de la mà.

Els amortidors d'aire dels dispositius magnetoelèctrics són cambres cilíndriques amb pistons col·locats a l'interior, connectats als sistemes mòbils dels dispositius. Quan la part mòbil està en moviment, el pistó en forma d'ala s'atura a la cambra i les oscil·lacions de l'agulla s'amortitzen.

Per tal d'aconseguir la precisió de mesura necessària, el dispositiu no s'ha de veure afectat per la gravetat durant la mesura, i la desviació de la fletxa s'ha de relacionar només amb el parell resultant de la interacció del corrent de la bobina amb el camp magnètic de l'imant permanent i amb suspensió del bastidor mitjançant molles.

Per tal d'eliminar l'efecte nociu de la gravetat i evitar els errors associats, s'afegeixen contrapesos a la part mòbil del dispositiu en forma de pesos que es mouen sobre varetes.

Per reduir la fricció, les puntes d'acer estan fetes d'acer polit resistent al desgast o aliatge de tungstè-molibdè, i els coixinets són de mineral dur (àgata, corindó, robí, etc.). La distància entre la punta i el coixinet de suport s'ajusta amb un cargol de fixació.

Per establir amb precisió la fletxa a la posició inicial zero, el dispositiu està equipat amb un corrector. El corrector del dial és un cargol fora i connectat a una corretja amb una molla. Amb un cargol, podeu moure lleugerament l'espiral al llarg de l'eix, ajustant així la posició inicial de la fletxa.

La majoria dels dispositius moderns tenen una part mòbil suspesa d'un parell de lliteres en forma de bandes metàl·liques elàstiques que serveixen per subministrar corrent a la bobina i crear un parell de torsió. Les pinces estan connectades per un parell de molles planes situades perpendicularment entre si.

Per ser sincers, observem que, a més del mecanisme clàssic comentat anteriorment, també hi ha dispositius amb imants en forma d'U no només, sinó també imants cilíndrics i imants en forma de prisma, i fins i tot amb imants amb un marc intern, que ells mateixos ells mateixos poden ser mòbils.

Per mesurar el corrent o la tensió, el dispositiu magnetoelèctric s'inclou al circuit de corrent continu segons el circuit amperímetre o voltímetre, la diferència només està en la resistència de la bobina i en el circuit per connectar el dispositiu al circuit. Per descomptat, tot el corrent mesurat no hauria de passar per la bobina del dispositiu quan es mesura el corrent, i quan es mesura la tensió, no s'ha de consumir molta potència. Una resistència addicional integrada a la carcassa del dispositiu de mesura serveix per crear condicions adequades.

La resistència de la resistència addicional al circuit del voltímetre supera la resistència de la bobina moltes vegades, i aquesta resistència està feta de metall amb un extremadament petit. coeficient de resistència a la temperaturacom ara manganina o constantan. La resistència connectada en paral·lel amb la bobina de l'amperímetre s'anomena derivació.

La resistència de la derivació, per contra, és diverses vegades menor que la resistència de la bobina de treball de mesura, per tant només una petita part del corrent mesurat passa pel cable de la bobina, mentre que el corrent principal flueix a través de la derivació. Una resistència i una derivació addicionals us permeten ampliar el rang de mesura del dispositiu.

La direcció de desviació de la fletxa del dispositiu depèn de la direcció del corrent a través de la bobina de mesura, per tant, en connectar el dispositiu al circuit, és important observar correctament la polaritat, en cas contrari, la fletxa es mourà en l'altra direcció. . En conseqüència, els dispositius magnetoelèctrics en forma canònica no són adequats per a la connexió a un circuit de CA, ja que l'agulla simplement vibrarà mentre roman en un sol lloc.

Tanmateix, els avantatges dels dispositius magnetoelèctrics (amperímetres, voltímetres) inclouen una gran precisió, uniformitat d'escala i resistència a les pertorbacions generades per camps magnètics externs. Els desavantatges són la inadequació per mesurar el corrent altern (per mesurar el corrent altern, primer haureu de rectificar-lo), el requisit d'observar la polaritat i la vulnerabilitat del cable prim de la bobina de mesura a sobrecarregar-se.