Амперметар и волтметар уређај

У почетку су волтметри и амперметри били само механички, а тек много година касније, са развојем микроелектронике, почели су да се производе дигитални волтметри и амперметри. Ипак, и сада су популарна механичка бројила. У поређењу са дигиталним, отпорни су на сметње и дају визуелнији приказ динамике мерене вредности. Њихови унутрашњи механизми остају практично исти као и канонски магнетоелектрични механизми првих волтметара и амперметара.

У овом чланку ћемо погледати уређај типичног бројчаника, тако да сваки почетник може да разуме основне принципе рада волтметара и амперметара.

У свом раду показивачки мерни уређај користи магнетоелектрични принцип. Стални магнет са израженим половима је фиксиран на месту. Челично језгро је причвршћено између ових полова тако да се формира ваздушни зазор између језгра и полних делова магнета стално магнетно поље.

У отвор је уметнут покретни алуминијумски оквир, на који је намотан калем од врло танке жице.Оквир је фиксиран на осовинама и може се окретати помоћу ременице. Стрелица уређаја је причвршћена за оквир помоћу спиралних опруга. Кроз опруге се на калем доводи струја.

Када струја И прође кроз жицу завојнице, тада, пошто је калем постављен у магнетно поље, а струја у његовим жицама тече окомито, прелазећи линије магнетног поља у процепу, ротирајуће силе са стране на њега ће деловати магнетно поље. Електромагнетна сила ће створити обртни момент М, а калем ће се, заједно са оквиром и руком, ротирати за одређени угао α.

Пошто је индукција магнетног поља у процепу непромењена (трајни магнет), обртни момент ће увек бити пропорционалан струји у завојници, а његова вредност ће зависити од струје и од константних параметара дизајна овог уређаја (ц1 ). Овај тренутак ће бити једнак:

Реакциони моменат који спречава ротацију оквира, а који је резултат присуства опруга, биће пропорционалан углу торзије опруга, односно углу ротације стрелице повезане са покретним делом:

На овај начин ротација ће се наставити све док тренутак М који ствара струја у оквиру не буде једнак контра моменту Мпр из опруга, односно док не наступи равнотежа. У овом тренутку стрелица ће се зауставити:

Очигледно је да ће угао увијања опруга бити пропорционалан струји оквира (и измереној струји), због чега уређаји магнетоелектричног система имају исту скалу. Фактор пропорционалности к између угла ротације стрелице и јединице мерене струје назива се осетљивост уређаја.

Реципрочна вредност се назива подела скале или јединична константа. Измерена вредност се одређује као производ вредности подељен са број подела скале.

Да би се избегле узнемирујуће вибрације покретног рама приликом прелаза стрелице са једног његовог положаја на други, у овим уређајима се користе магнетни индукциони или ваздушни вентили.

Магнетна индукциона клапна је плоча од алуминијума која је причвршћена на осу ротације уређаја и увек се креће стрелицом у пољу сталног магнета. Настале вртложне струје успоравају намотај.Закључак је да, према Ленцовом правилу, вртложне струје у плочи, у интеракцији са магнетним пољем сталног магнета који их је створио, ометају кретање плоче, а осцилације стрела брзо замре. Улогу таквог амортизера са магнетном индукцијом игра алуминијумски оквир на који је намотан калем.

Приликом ротације оквира, магнетни флукс од трајног магнета који продире у алуминијумски оквир се мења, што значи да се у алуминијумском оквиру индукују вртложне струје које у интеракцији са магнетним пољем трајног магнета имају ефекат кочења, а осцилације руке заустављају.

Пригушивачи ваздуха магнетоелектричних уређаја су цилиндричне коморе са клиповима смештеним унутра, повезаним са покретним системима уређаја. Када је покретни део у покрету, клип у облику крила се зауставља у комори и осцилације игле се пригушују.

Да би се постигла потребна тачност мерења, на уређај не сме да утиче гравитација током мерења, а отклон стрелице мора да се односи само на обртни момент који настаје интеракцијом струје завојнице са магнетним пољем сталног магнета и са вешање рама помоћу опруга.

Да би се елиминисао штетни ефекат гравитације и избегле повезане грешке, покретном делу уређаја се додају противтези у виду тегова који се крећу на шипкама.

Да би се смањило трење, челични врхови су направљени од полираног челика отпорног на хабање или легуре волфрам-молибдена, а лежајеви од тврдог минерала (ахат, корунд, рубин, итд.). Растојање између врха и потпорног лежаја се подешава помоћу завртња.

Да бисте прецизно поставили стрелицу на нулту почетну позицију, уређај је опремљен коректором. Коректор на бројчанику је завртањ и спојен на каиш са опругом. Помоћу завртња можете лагано померити спиралу дуж осе, чиме ћете подесити почетни положај стрелице.

Већина савремених уређаја има покретни део окачен на пар носила у облику еластичних металних трака које служе за снабдевање струјом на калем и стварање протока обртног момента. Обујмице су повезане паром равних опруга које се налазе управно једна на другу.

Да будемо искрени, напомињемо да поред класичног механизма о коме је горе било речи, постоје и уређаји са магнетима не само у облику слова У, већ и са цилиндричним магнетима и магнетима у облику призме, па чак и са магнетима са унутрашњим оквиром, који сами могу и сами бити покретни.

За мерење струје или напона, магнетоелектрични уређај је укључен у ДЦ коло према кругу амперметра или волтметра, разлика је само у отпору намотаја и у колу за повезивање уређаја у коло. Наравно, сва измерена струја не би требало да прође кроз калем уређаја приликом мерења струје, а при мерењу напона не би требало да се троши много енергије. Додатни отпорник уграђен у кућиште мерног уређаја служи за стварање погодних услова.

Отпор додатног отпорника у колу волтметра вишеструко премашује отпор завојнице, а овај отпорник је направљен од метала са изузетно малим температурни коефицијент отпоракао што су манганин или константан. Отпорник повезан паралелно са калемом у амперметру назива се шант.

Отпор шанта је, напротив, неколико пута мањи од отпора мерног радног калема, стога само мали део измерене струје пролази кроз жицу завојнице, док главна струја тече кроз шант. Додатни отпорник и шант вам омогућавају да проширите опсег мерења уређаја.

Смер одступања стрелице уређаја зависи од смера струје кроз мерни калем, стога је приликом повезивања уређаја у коло важно правилно поштовати поларитет, иначе ће се стрелица померити у другом смеру. . Сходно томе, магнетоелектрични уређаји у канонском облику нису погодни за повезивање на АЦ коло, јер ће игла једноставно вибрирати док остаје на једном месту.

Међутим, предности магнетоелектричних уређаја (амперметара, волтметара) укључују високу тачност, уједначеност скале и отпорност на сметње које стварају спољна магнетна поља. Недостаци су неприкладност за мерење наизменичне струје (да бисте мерили наизменичну струју, прво морате да је исправите), захтев да се поштује поларитет и осетљивост танке жице мерног намотаја на преоптерећење.