מכשיר מד זרם ומד מתח

בתחילה, מדי מתח ומד זרם היו מכניים בלבד, ורק שנים רבות לאחר מכן, עם התפתחות המיקרו-אלקטרוניקה, החלו לייצר מדי מתח ומד זרם דיגיטליים. עם זאת, אפילו עכשיו מונים מכניים פופולריים. בהשוואה לדיגיטליים, הם עמידים בפני הפרעות ונותנים ייצוג חזותי יותר של הדינמיקה של הערך הנמדד. המנגנונים הפנימיים שלהם נשארים כמעט זהים למנגנונים המגנו-אלקטריים הקנוניים של מדי המתח והאמפרמטר הראשונים.

במאמר זה, נסתכל על המכשיר של חוגה טיפוסית, כך שכל מתחיל יכול להבין את העקרונות הבסיסיים של הפעולה של מדי מתח ומד זרם.

בעבודתו, מכשיר מדידת המצביע משתמש בעיקרון המגנו-אלקטרי. מגנט קבוע עם חלקי קוטב בולטים קבוע במקומו. ליבת פלדה מקובעת בין הקטבים הללו כך שנוצר פער אוויר בין הליבה לחלקי הקוטב של המגנט שדה מגנטי קבוע.

לתוך הרווח מוכנסת מסגרת אלומיניום ניתנת להזזה, שעליה מלופף סליל של חוט דק מאוד.המסגרת מקובעת על צירי הציר וניתנת לסיבוב עם הגלגלת. החץ של המכשיר מחובר למסגרת עם קפיצי סליל. זרם מסופק לסליל דרך הקפיצים.

כאשר זרם I עובר דרך חוט הסליל, אזי, מכיוון שהסליל ממוקם בשדה מגנטי, והזרם בחוטיו זורם בניצב, חוצה את קווי השדה המגנטי במרווח, כוח מסתובב מצדו של הסליל. שדה מגנטי יפעל עליו. הכוח האלקטרומגנטי יצור מומנט M, ​​והסליל, יחד עם המסגרת והיד, יסתובב בזווית מסוימת α.

מכיוון שהאינדוקציה של השדה המגנטי במרווח אינה משתנה (מגנט קבוע), המומנט יהיה תמיד פרופורציונלי לזרם בסליל, וערכו יהיה תלוי בזרם ובפרמטרי התכנון הקבועים של מכשיר מסוים זה (c1 ). הרגע הזה יהיה שווה ל:

רגע התגובה המונע את סיבוב המסגרת, הנובע מנוכחות קפיצים, יהיה פרופורציונלי לזווית הפיתול של הקפיצים, כלומר, זווית הסיבוב של החץ המחובר לחלק הנע:

באופן זה, הסיבוב יימשך עד שרגע M שנוצר מהזרם בפריים שווה למומנט הנגד Mpr מהקפיצים, כלומר עד להתרחשות שיווי משקל. בשלב זה החץ ייעצר:

ברור שזווית הפיתול של הקפיצים תהיה פרופורציונלית לזרם המסגרת (ולזרם הנמדד), וזו הסיבה שלמכשירי המערכת המגנטו-אלקטרית יש אותו קנה מידה. גורם המידתיות k בין זווית הסיבוב של החץ ליחידת הזרם הנמדד נקרא רגישות המכשיר.

ההדדיות נקראת חלוקת הסולם או קבוע היחידה. הערך הנמדד נקבע כמכפלת הערך חלקי מספר חלוקות קנה מידה.

על מנת למנוע רעידות מטרידות של המסגרת הניידת במהלך מעברי החץ מאחד מיקומו לאחר, משתמשים במכשירים אלה בשסתומי אינדוקציה או אוויר מגנטיים.

בולם האינדוקציה המגנטי הוא פלטת אלומיניום המקובעת על ציר הסיבוב של המכשיר ונעה תמיד עם החץ בשדה של מגנט קבוע. זרמי המערבולת המתקבלים מאטים את הפיתול, המסקנה היא שעל פי כלל לנץ, זרמי המערבולת בלוח, המקיימים אינטראקציה עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע שיצר אותם, מעכבים את תנועת הלוח, ואת התנודות של החץ גווע במהירות. את התפקיד של בולם זעזועים כזה עם אינדוקציה מגנטית ממלאת מסגרת האלומיניום שעליה מלופפים את הסליל.

בעת סיבוב המסגרת, השטף המגנטי מהמגנט הקבוע החודר למסגרת האלומיניום משתנה, מה שאומר שבמסגרת האלומיניום נוצרים זרמי מערבולת, אשר בעת אינטראקציה עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע, יש להם אפקט בלימה, וכן תנודות של מעצור היד.

בולמי אוויר של מכשירים מגנו-אלקטריים הם תאים גליליים עם בוכנות ממוקמות בפנים, המחוברות למערכות הנעות של מכשירים. כאשר החלק הנע בתנועה, הבוכנה בצורת כנף נעצרת בתא ותנודות המחט בולמות.

על מנת להשיג את דיוק המדידה הנדרש, אסור שהמכשיר יושפע מכוח הכבידה במהלך המדידה, והסטת החץ חייבת להיות קשורה רק למומנט הנובע מהאינטראקציה של זרם הסליל עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע ועם השעיה של המסגרת באמצעות קפיצים.

על מנת לבטל את ההשפעה המזיקה של כוח המשיכה ולמנוע את השגיאות הנלוות, מוסיפים משקל נגד לחלק הנע של המכשיר בצורה של משקולות הנעות על מוטות.

כדי להפחית את החיכוך, קצות הפלדה עשויים מפלדה מלוטשת עמידה בפני שחיקה או מסגסוגת טונגסטן-מוליבדן, והמיסבים עשויים מינרל קשיח (אגאט, קורונדום, אודם וכו'). המרחק בין הקצה למיסב התמיכה מותאם באמצעות בורג סט.

כדי להגדיר במדויק את החץ למצב ההתחלה האפס, המכשיר מצויד במתקן. המתקן בחוגה הוא בורג החוצה ומחובר לרצועה עם קפיץ. באמצעות בורג, אתה יכול להזיז מעט את הספירלה לאורך הציר, ובכך להתאים את המיקום ההתחלתי של החץ.

לרוב המכשירים המודרניים יש חלק נע התלוי מזוג אלונקות בצורה של רצועות מתכת אלסטיות המשמשות לספק זרם לסליל וליצור מומנט זורם. המהדקים מחוברים על ידי זוג קפיצים שטוחים הממוקמים בניצב אחד לשני.

למען האמת, נציין כי בנוסף למנגנון הקלאסי שנדון לעיל, ישנם גם מכשירים עם לא רק מגנטים בצורת U, אלא גם מגנטים גליליים, ומגנטים בצורת מנסרה, ואפילו עם מגנטים עם מסגרת פנימית, אשר בעצמם עשויים בעצמם להיות מטלטלין.

למדידת זרם או מתח המכשיר המגנו-אלקטרי כלול במעגל DC בהתאם למעגל מד זרם או מד מתח, ההבדל הוא רק בהתנגדות של הסליל ובמעגל לחיבור המכשיר למעגל. כמובן, כל הזרם הנמדד לא צריך לעבור דרך סליל המכשיר בעת מדידת זרם, וכאשר מודדים מתח, אין צורך לצרוך הרבה כוח. נגד נוסף המובנה במארז של מכשיר המדידה משמש ליצירת תנאים מתאימים.

ההתנגדות של הנגד הנוסף במעגל מד המתח עולה בהרבה על ההתנגדות של הסליל, והנגד הזה עשוי ממתכת עם התנגדות קטנה במיוחד מקדם התנגדות טמפרטורהכגון מנגנין או קבוען. הנגד המחובר במקביל לסליל במד הזרם נקרא shunt.

ההתנגדות של השאנט, להיפך, קטנה פי כמה מההתנגדות של סליל העבודה המדידה, ולכן רק חלק קטן מהזרם הנמדד עובר דרך חוט הסליל, בעוד הזרם הראשי זורם דרך השאנט. נגד ו-shunt נוספים מאפשרים לך להרחיב את טווח המדידה של המכשיר.

כיוון הסטייה של החץ של המכשיר תלוי בכיוון הזרם דרך סליל המדידה, לכן, בעת חיבור המכשיר למעגל, חשוב להקפיד על הקוטביות בצורה נכונה, אחרת החץ ינוע לכיוון השני. . בהתאם לכך, מכשירים מגנו-אלקטריים בצורה קנונית אינם מתאימים לחיבור למעגל AC, מכיוון שהמחט פשוט תרטוט בעודה נשארת במקום אחד.

עם זאת, היתרונות של מכשירים מגנטו-אלקטריים (אממטרים, מדי מתח) כוללים דיוק גבוה, אחידות קנה מידה ועמידות בפני הפרעות הנוצרות משדות מגנטיים חיצוניים. החסרונות הם חוסר ההתאמה למדידת זרם חילופין (כדי למדוד זרם חילופין, תצטרכו קודם לתקן אותו), הדרישה להקפיד על קוטביות, והפגיעות של החוט הדק של סליל המדידה לעומס יתר.