Zasada działania amperomierza i rodzaje amperomierzy
Wprowadzenie do amperomierza
Jak wiadomo, słowo „miernik” jest związane z systemem pomiarowym. Miernik to urządzenie, które może mierzyć określoną wielkość. Jak wiemy, jednostką prądu jest amper. Amperomierz oznacza amper-miernik, który mierzy wartość ampera. Amper to jednostka prądu, więc amperomierz to miernik lub urządzenie, które mierzy prąd.
Zasada działania amperomierza
Główną zasadą działania amperomierza jest posiadanie bardzo niskiego oporu oraz indukcyjnej reaktancji. Dlaczego potrzebujemy tego? Czy nie możemy połączyć amperomierza równolegle? Odpowiedź na to pytanie polega na tym, że ma on bardzo niską impedancję, ponieważ musi mieć bardzo niską stratę napięcia i musi być podłączony w szeregowym połączeniu, ponieważ prąd w obwodzie szeregowym jest taki sam.
Ponadto, ze względu na bardzo niską impedancję, straty mocy będą niewielkie, a jeśli połączony będzie równolegle, stanie się niemal krótkim obwodem, przez który przepłynie cały prąd, co może spowodować spalenie instrumentu. Dlatego też musi być podłączony szeregowo. Dla idealnego amperomierza powinien mieć zerową impedancję, aby miał zerowe opadanie napięcia, a straty mocy w instrumentach były zerowe. Jednak idealne rozwiązanie nie jest osiągalne w praktyce.
Klasyfikacja lub rodzaje amperomierzy
W zależności od zasady konstrukcyjnej, istnieje wiele rodzajów amperomierzy, są one głównie –
Amperomierz z permanentnym magnesem i poruszającym się cewkiem (PMMC).
Amperomierz z poruszającym się żelazem (MI).
Amperomierz typu elektrodynamometrowy.
Amperomierz typu prostownikowy.
W zależności od rodzaju pomiaru, mamy-
Amperomierz DC.
Amperomierz AC.
Amperomierze DC są głównie urządzeniami PMMC, MI mogą mierzyć zarówno prąd AC, jak i DC, a także urządzenia typu elektrodynamometrowe mogą mierzyć prąd DC i AC, liczniki indukcyjne nie są ogólnie używane do budowy amperomierzy ze względu na ich wyższe koszty i nieprecyzyjność pomiaru.
Opis różnych rodzajów amperomierzy
Amperomierz PMMC
Zasada działania amperomierza PMMC:
Gdy przewód przewodzący prąd umieszczony jest w polu magnetycznym, działa na przewód siła mechaniczna, jeśli jest on przyłączony do poruszającego się systemu, z ruchem cewki wskaźnik przesuwa się po skali.
Wyjaśnienie: Jak nazwa wskazuje, posiada on stałe magnesy, które są stosowane w tego typu urządzeniach pomiarowych. Jest szczególnie odpowiedni do pomiarów DC, ponieważ tu odchylenie jest proporcjonalne do prądu, a więc, jeśli kierunek prądu zostanie odwrócony, odchylenie wskaźnika również zostanie odwrócone, dlatego służy tylko do pomiarów DC. Ten typ urządzenia nazywany jest instrumentem D Arnsonval. Ma on duże zalety, takie jak liniowa skala, niska konsumpcja mocy, wysoka dokładność. Główne wady to możliwość pomiaru tylko wartości DC, wyższe koszty itp.
Moment odchylenia,
Gdzie,
B = Gęstość strumienia magnetycznego w Wb/m².
i = Prąd płynący przez cewkę w Amp.
l = Długość cewki w m.
b = Szerokość cewki w m.
N = Liczba zwitków w cewce.
Rozszerzenie zakresu amperomierza PMMC:
Teraz wygląda to dość niezwykle, że możemy rozszerzyć zakres pomiaru w tym typie urządzenia. Wiele osób pomyśli, że musimy kupić nowy amperomierz, aby zmierzyć większą ilość prądu, a wiele osób może pomyśleć, że musimy zmienić cechy konstrukcyjne, aby móc mierzyć większe prądy, ale nie ma niczego takiego, wystarczy połączyć równolegle rezystor shunt, a zakres urządzenia można rozszerzyć, to jest proste rozwiązanie zaproponowane przez urządzenie.
Na rysunku I = całkowity prąd płynący w obwodzie w Amp.
Ish to prąd przez rezystor shunt w Amp.
Rm to opór amperomierza w Ohm.
Amperomierz MI
To jest instrument z poruszającym się żelazem, używany zarówno dla AC, jak i DC, może być używany dla obu, ponieważ odchylenie θ jest proporcjonalne do kwadratu prądu, więc niezależnie od kierunku prądu, pokazuje odchylenie kierunkowe, ponadto są one klasyfikowane w dwóch dodatkowych sposób-
Typ atrakcyjny.
Typ repulsyjny.
Jego równanie momentu:
Gdzie,
I to całkowity prąd płynący w obwodzie w Amp.
L to samoczynna indukcyjność cewki w Henry.
θ to odchylenie w Radiantach.
Zasada działania instrumentu typu MI atrakcyjnego:
Gdy niezamagnesowany miękki żelazo umieszczony jest w polu magnetycznym, jest on przyciągany do cewki, jeśli jest przyłączony do poruszającego się systemu i prąd przepływa przez cewkę, tworzy on pole magnetyczne, które przyciąga fragment żelaza i tworzy moment odchylenia, w wyniku którego wskaźnik przesuwa się po skali.Zasada działania instrumentu typu MI repulsyjnego:
Gdy dwa fragmenty żelaza są namagnesowane z tą samą biegunowością poprzez przepuszczenie prądu, następuje między nimi odpychanie, które powoduje moment odchylenia, w wyniku którego wskaźnik się przesuwa.
Zalety instrumentów MI to możliwość pomiaru zarówno AC, jak i DC, tanio, małe błędy tarcia, odporność itp. Są one głównie używane do pomiarów AC, ponieważ w pomiarach DC błędy będą większe ze względu na histerezę.
Amperomierz typu elektrodynamometrowy
Może być używany do pomiaru zarówno prądu AC, jak i DC. Teraz widzimy, że mamy urządzenia PMMC i MI do pomiaru prądów AC i DC, może pojawić się pytanie – „dlaczego potrzebujemy amperomierza typu elektrodynamometrowego, jeśli możemy dokładnie mierzyć prąd innymi urządzeniami?”. Odpowiedź brzmi, że instrumenty typu elektrodynamometrowego mają tę samą kalibrację zarówno dla AC, jak i DC, czyli jeśli są kalibrowane z DC, to bez ponownej kalibracji możemy mierzyć AC.
Zasada działania amperomierza typu elektrodynamometrowego:
Mamy tam dwie cewki, stałą i poruszającą się. Jeśli prąd przepływa przez dwie cewki, pozostanie w pozycji zero ze względu na rozwój równych i przeciwnych momentów. Jeśli jakiś sposób, kierunek jednego momentu zostanie odwrócony, ponieważ prąd w cewce się odwraca, powstaje unidirectionalny moment.
Dla amperomierza, połączenie jest szeregowym i φ = 0
Gdzie, φ to kąt fazowy.
Gdzie,
I to ilość prądu płynącego w obwodzie w Amp.
M = współindukcyjność cewki.
Nie mają błędów histerezy, są używane do pomiarów AC i DC, główne wady to niskie współczynniki moment/twardość, wysokie straty tarcia, wyższe koszty niż inne urządzenia pomiarowe itp.
Amperomierz typu prostownikowy
