جهاز مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر
في البداية ، كانت الفولتميتر والمقاييس ميكانيكية فقط ، وبعد سنوات عديدة فقط ، مع تطوير الإلكترونيات الدقيقة ، بدأ إنتاج الفولتميتر الرقمي ومقاييس التيار. ومع ذلك ، حتى الآن العدادات الميكانيكية شائعة. بالمقارنة مع الرقمية ، فهي مقاومة للتداخل وتوفر تمثيلًا مرئيًا أكثر لديناميكيات القيمة المقاسة. تظل آلياتها الداخلية عمليا هي نفسها الآليات الكهرومغناطيسية الكنسية لأول الفولتميتر ومقاييس التيار.
في هذه المقالة ، سنلقي نظرة على جهاز الاتصال الهاتفي النموذجي ، بحيث يمكن لأي مبتدئ فهم المبادئ الأساسية لتشغيل الفولتميتر ومقاييس التيار.
يستخدم جهاز قياس المؤشر في عمله مبدأ الكهرومغناطيسية. يتم تثبيت مغناطيس دائم بقطع قطب واضحة في مكانها. يتم تثبيت قلب فولاذي بين هذه القطبين بحيث يتم تكوين فجوة هوائية بين اللب وأجزاء القطب للمغناطيس مجال مغناطيسي دائم.
يتم إدخال إطار متحرك من الألومنيوم في الفجوة ، حيث يتم لف ملف من الأسلاك الرقيقة جدًا.يتم تثبيت الإطار على أعمدة المحور ويمكن تدويره بالبكرة. يتم توصيل سهم الجهاز بالإطار بواسطة نوابض لولبية. يتم توفير تيار للملف من خلال الينابيع.
عندما يمر تيار عبر سلك الملف ، إذًا ، بما أن الملف يوضع في مجال مغناطيسي ، ويتدفق التيار في أسلاكه بشكل عمودي ، عابرًا خطوط المجال المغناطيسي في الفجوة ، قوة دوارة من جانب سوف يعمل المجال المغناطيسي على ذلك. ستخلق القوة الكهرومغناطيسية عزم الدوران M ، وسوف يدور الملف ، مع الإطار واليد ، بزاوية معينة α.
نظرًا لأن تحريض المجال المغناطيسي في الفجوة لم يتغير (مغناطيس دائم) ، فإن عزم الدوران سيكون دائمًا متناسبًا مع التيار في الملف ، وستعتمد قيمته على التيار وعلى معلمات التصميم الثابتة لهذا الجهاز المعين (c1 ). هذه اللحظة ستكون مساوية لـ:
ستكون لحظة رد الفعل التي تمنع دوران الإطار ، الناتجة عن وجود الزنبركات ، متناسبة مع زاوية التواء الينابيع ، أي زاوية دوران السهم المتصل بالجزء المتحرك:
بهذه الطريقة ، سيستمر الدوران حتى تكون اللحظة M التي تم إنشاؤها بواسطة التيار في الإطار مساوية لعزم العداد Mpr من الينابيع ، أي حتى يحدث التوازن. عند هذه النقطة سيتوقف السهم:
من الواضح أن زاوية التواء الينابيع ستكون متناسبة مع تيار الإطار (والتيار المقاس) ، وهذا هو السبب في أن أجهزة النظام الكهرومغناطيسي لها نفس المقياس. عامل التناسب k بين زاوية دوران السهم ووحدة التيار المقاس يسمى حساسية الجهاز.
يسمى المقلوب بقسمة المقياس أو ثابت الوحدة. يتم تحديد القيمة المقاسة كمنتج للقيمة مقسومة على عدد أقسام المقياس.
من أجل تجنب الاهتزازات المزعجة للإطار المتحرك أثناء انتقالات السهم من أحد مواضعه إلى موضع آخر ، يتم استخدام الحث المغناطيسي أو صمامات الهواء في هذه الأجهزة.
مثبط الحث المغناطيسي عبارة عن لوحة من الألومنيوم يتم تثبيتها على محور دوران الجهاز وتتحرك دائمًا مع السهم في مجال المغناطيس الدائم. تبطئ التيارات الدوامة الناتجة من سرعة اللف ، والنتيجة هي أنه وفقًا لقاعدة لينز ، تتفاعل التيارات الدوامة في اللوحة مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم الذي ولدها ، وتعيق حركة اللوحة وتذبذبات يتلاشى السهم بسرعة. يتم لعب دور ممتص الصدمات مع الحث المغناطيسي بواسطة إطار الألمنيوم الذي يتم لف الملف عليه.
عند تدوير الإطار ، يتغير التدفق المغناطيسي من المغناطيس الدائم الذي يخترق إطار الألمنيوم ، مما يعني أن التيارات الدوامة يتم تحفيزها في إطار الألومنيوم ، والتي ، عند التفاعل مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم ، يكون لها تأثير الفرامل ، و توقف اهتزازات اليد.
مخمدات الهواء للأجهزة الكهرومغناطيسية عبارة عن غرف أسطوانية بها مكابس موضوعة بداخلها ، متصلة بالأنظمة المتحركة للأجهزة. عندما يكون الجزء المتحرك في حالة حركة ، يتم إيقاف المكبس على شكل جناح في الحجرة وتخمد اهتزازات الإبرة.
من أجل تحقيق دقة القياس المطلوبة ، يجب ألا يتأثر الجهاز بالجاذبية أثناء القياس ، ويجب أن يرتبط انحراف السهم فقط بعزم الدوران الناتج عن تفاعل تيار الملف مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم ومع تعليق الإطار بواسطة الينابيع.
من أجل القضاء على التأثير الضار للجاذبية وتجنب الأخطاء المصاحبة ، تتم إضافة الأثقال الموازنة إلى الجزء المتحرك من الجهاز على شكل أوزان تتحرك على قضبان.
لتقليل الاحتكاك ، فإن الأطراف الفولاذية مصنوعة من الفولاذ المصقول المقاوم للاهتراء أو سبائك التنغستن والموليبدينوم ، والمحامل مصنوعة من معادن صلبة (العقيق ، اكسيد الالمونيوم ، الياقوت ، إلخ). يتم ضبط المسافة بين الطرف ومحمل الدعم بمسمار محدد.
لضبط السهم بدقة على وضع البداية الصفري ، تم تجهيز الجهاز بمصحح. المصحح الموجود في القرص عبارة عن برغي خارجي ومتصل بحزام به زنبرك. باستخدام المسمار ، يمكنك تحريك اللولب قليلاً على طول المحور ، وبالتالي ضبط الموضع الأولي للسهم.
تحتوي معظم الأجهزة الحديثة على جزء متحرك معلق من زوج من نقالات على شكل أشرطة معدنية مرنة تعمل على إمداد الملف بالتيار وخلق عزم متدفق. ترتبط المشابك بزوج من الينابيع المسطحة متعامدة مع بعضها البعض.
لكي نكون صادقين ، نلاحظ أنه بالإضافة إلى الآلية الكلاسيكية التي تمت مناقشتها أعلاه ، هناك أيضًا أجهزة ليس فقط بها مغناطيس على شكل حرف U ، ولكن أيضًا مغناطيس أسطواني ، ومغناطيس على شكل موشور ، وحتى مع مغناطيس بإطار داخلي ، والتي هي نفسها قد يكونون أنفسهم متحركين.
لقياس التيار أو الجهد ، يتم تضمين الجهاز الكهرومغناطيسي في دائرة التيار المستمر وفقًا لمقياس التيار أو دائرة الفولتميتر ، ويكون الاختلاف فقط في مقاومة الملف وفي الدائرة لتوصيل الجهاز بالدائرة. بالطبع ، يجب ألا يمر كل التيار المقاس عبر ملف الجهاز عند قياس التيار ، وعند قياس الجهد ، لا ينبغي استهلاك الكثير من الطاقة. يعمل المقاوم الإضافي المدمج في غلاف جهاز القياس على تهيئة الظروف المناسبة.
تتجاوز مقاومة المقاوم الإضافي في دائرة الفولتميتر مقاومة الملف بعدة مرات ، وهذا المقاوم مصنوع من المعدن بحجم صغير للغاية معامل درجة حرارة المقاومةمثل المنجانين أو الكستانتان. يسمى المقاوم المتصل بالتوازي مع الملف في مقياس التيار الكهربائي تحويلة.
على العكس من ذلك ، تكون مقاومة التحويلة أقل بعدة مرات من مقاومة ملف عمل القياس ، لذلك يمر جزء صغير فقط من التيار المقاس عبر سلك الملف ، بينما يتدفق التيار الرئيسي عبر التحويلة. يسمح لك المقاوم والتحويل الإضافي بتوسيع نطاق قياس الجهاز.
يعتمد اتجاه انحراف سهم الجهاز على اتجاه التيار عبر ملف القياس ، لذلك ، عند توصيل الجهاز بالدائرة ، من المهم ملاحظة القطبية بشكل صحيح ، وإلا فإن السهم سيتحرك في الاتجاه الآخر . وفقًا لذلك ، فإن الأجهزة الكهرومغناطيسية في الشكل الأساسي غير مناسبة للاتصال بدائرة تيار متردد ، حيث ستهتز الإبرة ببساطة بينما تظل في مكان واحد.
ومع ذلك ، فإن مزايا الأجهزة الكهرومغناطيسية (مقاييس التيار الكهربائي والفولتميتر) تشمل الدقة العالية وتوحيد المقياس ومقاومة الاضطرابات الناتجة عن المجالات المغناطيسية الخارجية. تتمثل العيوب في عدم ملاءمة قياس التيار المتردد (لقياس التيار المتردد ، ستحتاج أولاً إلى تصحيحه) ، ومتطلبات مراقبة القطبية ، وضعف السلك الرقيق لملف القياس في التحميل الزائد.