Princip fungování amperometru a typy amperometrů
Úvod do ampermetru
Jak víme, slovo "metr" je spojeno s měřicím systémem. Metr je přístroj, který může změřit určitou veličinu. Jak víme, jednotkou elektrického proudu je ampér. Ampermetr znamená ampér-metr, který měří hodnotu v ampérech. Ampér je jednotka elektrického proudu, takže ampermetr je přístroj, který měří proud.
Princip fungování ampermetru
Hlavním principem ampermetru je, že musí mít velmi nízkou odpor a induktivní reaktanci. Proč to potřebujeme? Nemůžeme ampermetr připojit paralelně? Odpověď na tuto otázku je, že má velmi nízkou impedanci, protože musí mít velmi nízkou napěťovou kapaci a musí být připojen sériově, protože proud v sériovém obvodu je stejný.
Díky velmi nízké impedanci bude ztráta energie malá a pokud by byl připojen paralelně, stane se skoro krátkým obvodem a všechny proudy by protékaly ampermetrem, což by mohlo vést k poškození přístroje v důsledku vysokého proudu. Proto musí být připojen sériově. Pro ideální ampermetr by měla být impedancia nulová, aby měl nulovou napěťovou kapacitu a ztráta energie v přístroji by byla nulová. Ale ideál není prakticky dosažitelný.
Klasifikace nebo typy ampermetrů
Podle konstrukčních principů existuje mnoho typů ampermetrů, a to zejména –
Stálý magnet pohyblivé cívky (PMMC) ampermetr.
Pohyblivý železný (MI) ampermetr.
Elektrodynamometrický typ ampermetru.
Typ ampermetru s čidlem.
Podle typů měření, které provádíme, máme -
DC ampermetr.
AC ampermetr.
DC ampermetr jsou hlavně PMMC přístroje, MI může měřit jak AC, tak DC proud, elektrodynamometrické tepelné přístroje mohou měřit DC a AC, indukční přístroje nejsou obvykle používány pro konstrukci ampermetrů kvůli jejich vyšší ceně a nepřesnosti měření.
Popis různých typů ampermetrů
PMMC ampermetr
Princip PMMC ampermetru:
Když je vodič, kterým protéká proud, umístěn v magnetickém poli, působí na něj mechanická síla. Pokud je připojen k pohyblivému systému, pohyb cívky způsobí pohyb ukazatele po stupnici.
Vysvětlení: Jako název napovídá, obsahuje trvalé magnety, které jsou použity v tomto typu měřicích přístrojů. Je speciálně vhodný pro měření DC, protože odchylka je úměrná proudu a pokud se směr proudu obrátí, odchylka ukazatele se také obrátí, takže se používá pouze pro měření DC. Tento typ přístroje se nazývá D'Arsonvalův přístroj. Má hlavní výhody, jako jsou lineární stupnice, nízké spotřebování energie a vysoká přesnost. Hlavní nevýhodou je, že měří pouze DC veličiny, vyšší cena atd.
Torque odklonu,
Kde,
B = Hustota toku v Wb/m².
i = Proud, který protéká cívkou v Ampeách.
l = Délka cívky v metrech.
b = Šířka cívky v metrech.
N = Počet závitů v cívkách.
Rozšíření rozsahu PMMC ampermetru:
Nyní to vypadá docela neobyčejně, že můžeme rozšířit rozsah měření u tohoto typu přístroje. Mnoho z nás si myslí, že musíme koupit nový ampermetr pro měření vyšších proudů a mnoho z nás si myslí, že musíme změnit konstrukční prvky, abychom mohli měřit vyšší proudy, ale není to tak, stačí jen připojit shunt odpor paralelně a rozsah tohoto přístroje lze rozšířit, což je jednoduché řešení poskytnuté přístrojem.
Na obrázku I = celkový proud, který protéká obvodem v Ampeách.
Ish je proud procházející shunt odporem v Ampeách.
Rm je odpor ampermetru v Ohmech.
MI ampermetr
Je to pohyblivý železný přístroj, používaný pro AC i DC, může být použit pro oba, protože odchylka θ je úměrná druhé mocnině proudu, takže bez ohledu na směr proudu, ukazatel ukazuje odchylku, dále jsou klasifikovány dvěma dalšími způsoby -
Typ přitažení.
Typ odpuzení.
Jeho rovnice torque je:
Kde,
I je celkový proud, který protéká obvodem v Ampeách.
L je sebeindukce cívky v Henrych.
θ je odchylka v Radiánech.
Princip typu přitažení MI přístroje:
Když je umístěn neradový měkký železo do magnetického pole, je přitahován k cívkám, pokud je připojen pohyblivý systém a proud prochází cívkou, vytváří magnetické pole, které přitahuje železnou část a vytváří torque odklonu, v důsledku čehož ukazatel pohybuje po stupnici.Princip typu odpuzení MI přístroje:
Když jsou dvě železné části magnetizovány stejnou polaritou, probíhá mezi nimi odpuzení, které vytváří torque odklonu, v důsledku čehož se ukazatel pohybuje.
Výhody MI přístrojů jsou, že mohou měřit AC i DC, jsou levné, mají nízké třecí chyby, jsou robustní atd. Používají se hlavně pro měření AC, protože při měření DC bude chyba větší kvůli hysteréze.
Elektrodynamometrický typ ampermetru
Tento typ lze použít k měření jak AC, tak DC proudů. Nyní vidíme, že máme PMMC a MI přístroje pro měření AC a DC proudů, může vzniknout otázka – "proč potřebujeme elektrodynamometrický ampermetr, pokud můžeme přesně měřit proud i jinými přístroji?". Odpověď je, že elektrodynamometrické přístroje mají stejnou kalibraci pro AC i DC, tj. pokud je kalibrován s DC, pak můžeme měřit AC i bez kalibrace.
Princip elektrodynamometrického typu ampermetru:
Máme tam dvě cívky, pevnou a pohyblivou. Pokud proud prochází oběma cívkami, zůstane v nulové pozici v důsledku vytvoření rovných a opačných torquů. Pokud nějakým způsobem směr jednoho torque obrátí, jako proud v cívkách, vytvoří se unidirekční torque.
Pro ampermetr je připojení sériové a φ = 0
Kde, φ je fázový úhel.
Kde,
I je množství proudu, který protéká obvodem v Ampeách.
M = mutuální indukce cívky.
Nemají chybu hystereze, používají se pro měření AC i DC, hlavní nevýhody jsou, že mají nízký poměr torque/hmotnost, vysoké třecí ztráty, jsou dražší než jiné měřicí přístroje atd.
