อุปกรณ์แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์

ในขั้นต้น โวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์เป็นเพียงเชิงกลเท่านั้น และอีกหลายปีต่อมาด้วยการพัฒนาของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ โวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์แบบดิจิทัลก็เริ่มผลิตขึ้น อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน เครื่องวัดเชิงกลยังเป็นที่นิยม เมื่อเทียบกับแบบดิจิตอล พวกมันทนทานต่อการรบกวนและให้การแสดงไดนามิกของค่าที่วัดได้ชัดเจนยิ่งขึ้น กลไกภายในของพวกมันยังคงเหมือนกับกลไกแมกนีโตอิเล็กทริกแบบบัญญัติของโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ตัวแรก

ในบทความนี้เราจะดูอุปกรณ์ของแป้นหมุนทั่วไปเพื่อให้ผู้เริ่มต้นสามารถเข้าใจหลักการพื้นฐานของการทำงานของโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์

ในการทำงาน อุปกรณ์วัดพอยน์เตอร์ใช้หลักการของแมกนีโตอิเล็กทริก แม่เหล็กถาวรที่มีชิ้นขั้วเด่นชัดถูกยึดเข้าที่ แกนเหล็กถูกยึดระหว่างขั้วเหล่านี้เพื่อให้เกิดช่องว่างอากาศระหว่างแกนและส่วนขั้วของแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กถาวร.

กรอบอลูมิเนียมที่เคลื่อนย้ายได้ถูกแทรกเข้าไปในช่องว่างซึ่งมีขดลวดที่บางมากพันอยู่เฟรมยึดกับแกนเพลาและสามารถหมุนได้ด้วยรอก ลูกศรของอุปกรณ์ติดกับเฟรมด้วยคอยล์สปริง กระแสจ่ายให้กับขดลวดผ่านสปริง

เมื่อกระแส I ผ่านเส้นลวดของขดลวด เนื่องจากขดลวดถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็ก และกระแสในเส้นลวดไหลในแนวตั้งฉาก ข้ามเส้นสนามแม่เหล็กในช่องว่าง แรงหมุนจากด้านข้างของขดลวด สนามแม่เหล็กจะกระทำกับมัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะสร้างแรงบิด M และขดลวดพร้อมกับเฟรมและเข็มจะหมุนผ่านมุม α ที่แน่นอน

เนื่องจากการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กในช่องว่างไม่เปลี่ยนแปลง (แม่เหล็กถาวร) แรงบิดจะเป็นสัดส่วนกับกระแสในขดลวดเสมอ และค่าของมันจะขึ้นอยู่กับกระแสและพารามิเตอร์การออกแบบคงที่ของอุปกรณ์เฉพาะนี้ (c1 ). ช่วงเวลานี้จะเท่ากับ:

โมเมนต์ปฏิกิริยาที่ขัดขวางการหมุนของเฟรมซึ่งเป็นผลมาจากการมีอยู่ของสปริงจะเป็นสัดส่วนกับมุมของการบิดของสปริง นั่นคือ มุมของการหมุนของลูกศรที่เชื่อมต่อกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว:

ด้วยวิธีนี้ การหมุนจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งโมเมนต์ M ที่สร้างขึ้นโดยกระแสในเฟรมเท่ากับโมเมนต์เคาน์เตอร์ Mpr จากสปริง นั่นคือจนกระทั่งเกิดสมดุล ณ จุดนี้ลูกศรจะหยุด:

เห็นได้ชัดว่า มุมการบิดของสปริงจะเป็นสัดส่วนกับกระแสเฟรม (และกระแสที่วัดได้) ซึ่งเป็นสาเหตุที่อุปกรณ์ระบบแม่เหล็กไฟฟ้ามีขนาดเท่ากัน ปัจจัยสัดส่วน k ระหว่างมุมของการหมุนของลูกศรและหน่วยของกระแสที่วัดได้เรียกว่าความไวของอุปกรณ์

ส่วนกลับเรียกว่าการแบ่งมาตราส่วนหรือค่าคงที่ของหน่วย ค่าที่วัดได้ถูกกำหนดเป็นผลคูณของค่าหารด้วย จำนวนการแบ่งมาตราส่วน.

เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนที่รบกวนของเฟรมที่เคลื่อนย้ายได้ในระหว่างการเปลี่ยนลูกศรจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งอุปกรณ์เหล่านี้จึงใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือวาล์วอากาศ

ตัวหน่วงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นแผ่นอลูมิเนียมที่ยึดกับแกนการหมุนของอุปกรณ์และเคลื่อนที่ด้วยลูกศรในสนามแม่เหล็กถาวรเสมอ กระแสไหลวนที่เกิดขึ้นจะชะลอการคดเคี้ยว สรุปก็คือ ตามกฎของ Lenz กระแสไหลวนในจานซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรที่สร้างพวกมันขึ้นมาขัดขวางการเคลื่อนที่ของจานและการสั่นของ ลูกศรตายลงอย่างรวดเร็ว บทบาทของโช้คอัพที่มีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นเล่นโดยโครงอลูมิเนียมที่ม้วนเป็นแผล

เมื่อหมุนเฟรม ฟลักซ์แม่เหล็กจากแม่เหล็กถาวรที่ทะลุผ่านเฟรมอะลูมิเนียมจะเปลี่ยนไป ซึ่งหมายความว่ากระแสไหลวนถูกเหนี่ยวนำในเฟรมอะลูมิเนียม ซึ่งเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร จะมีผลต่อการเบรก และ การสั่นของเข็มหยุด

แดมเปอร์อากาศของอุปกรณ์แมกนีโตอิเล็กทริกเป็นห้องทรงกระบอกที่มีลูกสูบอยู่ภายใน เชื่อมต่อกับระบบเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ เมื่อชิ้นส่วนเคลื่อนที่เคลื่อนที่ ลูกสูบรูปปีกจะหยุดทำงานในห้องและลดการสั่นของเข็ม

เพื่อให้ได้ความแม่นยำในการวัดที่ต้องการ อุปกรณ์จะต้องไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงระหว่างการวัด และการโก่งตัวของลูกศรจะต้องเกี่ยวข้องกับแรงบิดที่เกิดจากการทำงานร่วมกันของกระแสขดลวดกับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรเท่านั้น และด้วย การระงับเฟรมด้วยสปริง

เพื่อขจัดผลกระทบที่เป็นอันตรายของแรงโน้มถ่วงและหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้อง ตุ้มน้ำหนักจะถูกเพิ่มเข้าไปในส่วนที่เคลื่อนไหวของอุปกรณ์ในรูปของตุ้มน้ำหนักที่เคลื่อนที่บนแท่ง

เพื่อลดแรงเสียดทาน ปลายเหล็กทำจากเหล็กขัดเงาที่ทนทานต่อการสึกหรอหรือโลหะผสมทังสเตน-โมลิบดีนัม ส่วนตลับลูกปืนทำจากแร่แข็ง (โมรา คอรันดัม ทับทิม ฯลฯ) ระยะห่างระหว่างส่วนปลายและตลับลูกปืนรองรับจะถูกปรับด้วยสกรูตัวหนอน

ในการตั้งค่าลูกศรให้เป็นตำแหน่งเริ่มต้นอย่างแม่นยำ อุปกรณ์จะติดตั้งตัวแก้ไข ตัวแก้ไขในหน้าปัดเป็นสกรูและเชื่อมต่อกับสายรัดด้วยสปริง คุณสามารถเลื่อนเกลียวไปตามแกนได้เล็กน้อยโดยใช้สกรู ซึ่งจะเป็นการปรับตำแหน่งเริ่มต้นของลูกศร

อุปกรณ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งห้อยลงมาจากเปลหามในรูปของแถบโลหะยืดหยุ่นที่ทำหน้าที่จ่ายกระแสให้กับขดลวดและสร้างแรงบิดที่ไหล ที่หนีบเชื่อมต่อกันด้วยสปริงแบนคู่หนึ่งซึ่งตั้งฉากกัน

ตามจริงแล้ว เราทราบว่านอกเหนือจากกลไกแบบคลาสสิกที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีอุปกรณ์ที่ไม่เพียงแต่มีแม่เหล็กรูปตัวยูเท่านั้น แต่ยังมีแม่เหล็กทรงกระบอกและแม่เหล็กรูปปริซึม และแม้แต่แม่เหล็กที่มีโครงภายในด้วย ตัวเองจะเคลื่อนที่ได้

ในการวัดกระแสหรือแรงดัน อุปกรณ์แมกนีโตอิเล็กทริกจะรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงตามวงจรแอมมิเตอร์หรือโวลต์มิเตอร์ ความแตกต่างคือความต้านทานของขดลวดและในวงจรสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์กับวงจรเท่านั้น แน่นอนว่ากระแสที่วัดได้ทั้งหมดไม่ควรผ่านขดลวดของอุปกรณ์เมื่อทำการวัดกระแสและเมื่อทำการวัดแรงดันไม่ควรใช้พลังงานมากนัก ตัวต้านทานเพิ่มเติมที่ติดตั้งในตัวเครื่องของอุปกรณ์วัดทำหน้าที่สร้างสภาวะที่เหมาะสม

ความต้านทานของตัวต้านทานเพิ่มเติมในวงจรโวลต์มิเตอร์นั้นสูงกว่าความต้านทานของขดลวดหลายเท่า และตัวต้านทานนี้ทำจากโลหะที่มีขนาดเล็กมาก ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานเช่นแมงกานินหรือคอนสแตนแทน ตัวต้านทานที่เชื่อมต่อขนานกับขดลวดในแอมมิเตอร์เรียกว่าการแบ่ง

ในทางตรงกันข้ามความต้านทานของการแบ่งนั้นน้อยกว่าความต้านทานของขดลวดทำงานการวัดหลายเท่าดังนั้นจึงมีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของกระแสที่วัดได้เท่านั้นที่ผ่านขดลวดในขณะที่กระแสหลักไหลผ่านตัวแบ่ง ตัวต้านทานและตัวแบ่งเพิ่มเติมช่วยให้คุณขยายช่วงการวัดของอุปกรณ์ได้

ทิศทางการเบี่ยงเบนของลูกศรของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสผ่านขดลวดวัด ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์เข้ากับวงจร สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตขั้วให้ถูกต้อง มิฉะนั้นลูกศรจะเคลื่อนไปในทิศทางอื่น . ดังนั้น อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบบัญญัติจึงไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เนื่องจากเข็มจะสั่นในขณะที่ค้างอยู่ในที่เดียว

อย่างไรก็ตาม ข้อดีของอุปกรณ์แมกนีโตอิเล็กทริก (แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์) ได้แก่ ความแม่นยำสูง ความสม่ำเสมอของขนาด และความต้านทานต่อการรบกวนที่เกิดจากสนามแม่เหล็กภายนอก ข้อเสียคือความไม่เหมาะสมสำหรับการวัดกระแสสลับ (ในการวัดกระแสสลับ คุณจะต้องแก้ไขก่อน) ข้อกำหนดในการสังเกตขั้ว และช่องโหว่ของลวดเส้นเล็กของขดลวดวัดที่โอเวอร์โหลด