Nguyên lý hoạt động của Ampe kế và các loại Ampe kế
Giới thiệu về Ampe kế
Như chúng ta biết, từ "mét" liên quan đến hệ thống đo lường. Mét là một thiết bị có thể đo lường một lượng cụ thể. Như chúng ta biết, đơn vị của dòng điện là Ampere. Ampe kế nghĩa là Ampere-mét, đo giá trị Ampere. Ampere là đơn vị của dòng điện nên ampe kế là mét hoặc thiết bị đo dòng điện.
Nguyên lý hoạt động của Ampe kế
Nguyên lý chính của ampe kế là nó phải có điện trở rất thấp và cũng có độ kháng cảm ứng rất thấp. Bây giờ, tại sao chúng ta cần điều này? Chúng ta không thể kết nối ampe kế song song được sao? Câu trả lời cho câu hỏi này là nó có độ cản rất thấp vì nó phải có lượng hiệu điện thế rơi qua nó rất ít và phải được kết nối theo chuỗi vì dòng điện trong mạch chuỗi là như nhau.
Ngoài ra, do độ cản rất thấp, công suất hao phí sẽ thấp và nếu nó được kết nối song song, nó trở thành đường dẫn ngắn mạch gần như hoàn toàn và tất cả dòng điện sẽ chảy qua ampe kế, kết quả là dòng điện cao có thể làm cháy thiết bị. Vì lý do này, nó phải được kết nối theo chuỗi. Đối với ampe kế lý tưởng, nó phải có độ cản bằng không để có hiệu điện thế rơi qua nó bằng không, do đó công suất hao phí trong thiết bị bằng không. Nhưng điều lý tưởng không thể đạt được thực tế.
Phân loại hoặc Các loại Ampe kế
Tùy thuộc vào nguyên tắc xây dựng, có nhiều loại ampe kế, chúng chủ yếu bao gồm –
Ampe kế cuộn dây di chuyển vĩnh cửu (PMMC).
Ampe kế sắt di chuyển (MI).
Ampe kế loại điện động lực học.
Ampe kế loại chỉnh lưu.
Tùy thuộc vào loại đo lường, chúng ta có –
Ampe kế DC.
Ampe kế AC.
Ampe kế DC chủ yếu là thiết bị PMMC, MI có thể đo cả dòng AC và DC, cũng như thiết bị nhiệt điện động lực học có thể đo cả DC và AC, các đồng hồ cảm ứng thường không được sử dụng để chế tạo ampe kế do chi phí cao, sai số đo lường.
Mô tả các loại Ampe kế khác nhau
Ampe kế PMMC
Nguyên lý Ampe kế PMMC:
Khi dây dẫn có dòng điện đặt trong trường từ, một lực cơ học tác động lên dây dẫn, nếu nó được gắn vào hệ thống di chuyển, với sự di chuyển của cuộn dây, con trỏ di chuyển trên thang đo.
Giải thích: Như tên gọi, nó có nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong loại thiết bị đo lường này. Nó đặc biệt phù hợp cho đo dòng DC vì ở đây độ lệch tỷ lệ thuận với dòng điện và do đó nếu hướng dòng điện bị đảo ngược, độ lệch của con trỏ cũng sẽ bị đảo ngược, do đó nó chỉ được sử dụng cho đo dòng DC. Loại thiết bị này được gọi là thiết bị D Arnsonval. Nó có ưu điểm lớn là có thang đo tuyến tính, tiêu thụ điện năng thấp, độ chính xác cao. Nhược điểm chính là chỉ đo được dòng DC, chi phí cao, v.v.
Lực lệch,
Trong đó,
B = Mật độ từ thông trong Wb/m².
i = Dòng điện chạy qua cuộn dây trong Amp.
l = Chiều dài cuộn dây trong m.
b = Chiều rộng cuộn dây trong m.
N = Số vòng trong cuộn dây.
Mở rộng phạm vi đo của Ampe kế PMMC:
Bây giờ điều này trông khá phi thường rằng chúng ta có thể mở rộng phạm vi đo lường trong loại thiết bị này. Nhiều người trong chúng ta sẽ nghĩ rằng chúng ta phải mua một ampe kế mới để đo dòng điện lớn hơn và cũng có nhiều người có thể nghĩ rằng chúng ta phải thay đổi các đặc điểm cấu trúc để có thể đo dòng điện lớn hơn, nhưng không có gì như vậy, chúng ta chỉ cần kết nối một điện trở song song và phạm vi của thiết bị có thể được mở rộng, đây là giải pháp đơn giản được cung cấp bởi thiết bị.
Trong hình I = tổng dòng điện chạy trong mạch trong Amp.
Ish là dòng điện qua điện trở song song trong Amp.
Rm là điện trở của ampe kế trong Ohm.
Ampe kế MI
Đó là thiết bị sắt di chuyển, được sử dụng cho cả AC và DC, Nó có thể được sử dụng cho cả hai vì độ lệch θ tỷ lệ với bình phương của dòng điện nên bất kể hướng dòng điện, nó vẫn hiển thị độ lệch, hơn nữa chúng được phân loại thành hai cách khác nhau-
Loại hấp dẫn.
Loại đẩy.
Phương trình mô men của nó là:
Trong đó,
I là tổng dòng điện chạy trong mạch trong Amp.
L là tự cảm của cuộn dây trong Henry.
θ là độ lệch trong Radian.
Nguyên lý thiết bị MI loại hấp dẫn:
Khi một miếng sắt mềm chưa từ hóa được đặt trong trường từ, nó bị hút về phía cuộn dây, nếu một hệ thống di chuyển được gắn kết và dòng điện được truyền qua cuộn dây, nó tạo ra một trường từ hút miếng sắt và tạo ra mô men lệch, kết quả là con trỏ di chuyển trên thang đo.Nguyên lý thiết bị MI loại đẩy:
Khi hai miếng sắt được từ hóa cùng cực bằng cách truyền dòng điện, sự đẩy giữa chúng xảy ra và sự đẩy này tạo ra mô men lệch khiến con trỏ di chuyển.
Ưu điểm của thiết bị MI là chúng có thể đo cả AC và DC, rẻ, lỗi ma sát thấp, độ bền cao, v.v. Nó chủ yếu được sử dụng để đo AC vì trong đo DC, lỗi sẽ cao hơn do hysteresis.
Ampe kế loại điện động lực học
Loại này có thể được sử dụng để đo cả dòng AC và DC. Bây giờ chúng ta thấy rằng chúng ta có thiết bị PMMC và MI để đo dòng AC và DC, một câu hỏi có thể nảy sinh – “tại sao chúng ta cần Ampe kế điện động lực học? Nếu chúng ta có thể đo dòng điện chính xác bằng các thiết bị khác?”. Câu trả lời là thiết bị điện động lực học có cùng hiệu chuẩn cho cả AC và DC, tức là nếu nó được hiệu chuẩn với DC, thì cũng không cần hiệu chuẩn, chúng ta có thể đo AC.
Nguyên lý Ampe kế loại điện động lực học:
Ở đó, chúng ta có hai cuộn dây, cụ thể là cuộn cố định và cuộn di chuyển. Nếu dòng điện được truyền qua hai cuộn, nó sẽ ở vị trí không do sự phát triển của mô men tương phản. Nếu somehow, hướng của một mô men bị đảo ngược khi dòng điện trong cuộn dây bị đảo ngược, một mô men unidirectional được tạo ra.
Đối với ampe kế, kết nối là theo chuỗi và φ = 0
Trong đó, φ là góc pha.
Trong đó,
I là lượng dòng điện chạy trong mạch trong Amp.
M = độ cảm ứng lẫn của cuộn dây.
Chúng không có lỗi hysteresis, được sử dụng cho cả đo AC và DC, nhược điểm chính là chúng có tỷ lệ mô men/trọng lượng thấp, mất ma sát cao, đắt hơn so với các thiết bị đo lường khác, v.v.
Ampe kế chỉnh lưu
Nguyên lý Ampe kế chỉnh lưu:
Chúng được sử dụng để đo AC, được kết nối với thứ cấp của biến áp dòng điện, dòng điện thứ cấp ít hơn nhiều so với sơ cấp và được kết nối với cầu chỉnh lưu để kết nối với ampe kế cuộn dây di chuyển.
Ưu điểm:
Có thể sử dụng ở tần số cao.
Thang đo đồng đều cho hầu hết các dải.
