Przyrząd z gorącym drucikiem

Definicja

Przyrząd cieplny jest definiowany jako rodzaj urządzenia pomiarowego, które wykorzystuje efekt grzewczy prądu elektrycznego do określenia wielkości tego prądu. Jego działanie opiera się na zasadzie, że gdy prąd elektryczny przepływa przez drut, wytworzone ciepło powoduje rozszerzenie się drutu, zwiększając jego długość. To wszechstronne urządzenie jest w stanie mierzyć zarówno prąd przemienny (AC), jak i prąd stały (DC), co czyni go cennym narzędziem w różnych zastosowaniach elektrycznych.

Konstrukcja przyrządu cieplnego

Konstrukcja przyrządu cieplnego jest przedstawiona na poniższym rysunku. W centrum jego działania leży to, że prąd, którego wielkość ma być zmierzona, przepływa przez drut platynowo-irydowy. Ten drut jest kluczowym elementem ze względu na wysoką temperaturę topnienia i dobrą przewodność elektryczną, które zapewniają niezawodne działanie pod wpływem efektu grzewczego prądu. Przyrząd cieplny zazwyczaj wykorzystuje konfigurację dwudrutową.

Konstrukcja przyrządu cieplnego

Jeden drut jest mocno zamocowany między dwoma zaciskami, podczas gdy drugi drut jest połączony między pierwszym drutem a trzecim zaciskiem, jak pokazano na powyższym rysunku. Nicią jest prowadzona przez bloczek, a następnie przyłączona do sprężyny. Ta sprężyna wywiera siłę, która utrzymuje drut platynowo-irydowy w napięciu, zachowując jego początkowy stan.

Zasada działania przyrządów cieplnych

Gdy prąd elektryczny przepływa przez drut platynowo-irydowy, drut nagrzewa się w wyniku efektu Joule'a i następnie się rozszerza. Gdy drut się nagrzeje, jego obwisanie zwiększa się. Jednakże, za pomocą sprężyny, drut wraca do swojej pierwotnej pozycji. Naprzemienne rozszerzanie i kurczenie się drutu powodują obrót bloczka, który z kolei odchyla wskazówkę na wyświetlaczu instrumentu. Zauważalnie, stopień rozszerzenia drutu jest bezpośrednio proporcjonalny do kwadratu wartości skutecznej (RMS) prądu przepływającego przez niego, co umożliwia dokładne pomiary prądu.

Zalety przyrządu cieplnego

Przyrząd cieplny oferuje kilka znaczących korzyści:

• Wszechstronna zdolność pomiarowa: Może być używany do pomiaru zarówno prądu przemiennego (AC), jak i prądu stałego (DC), co sprawia, że jest odpowiedni dla szerokiego zakresu zastosowań elektrycznych.

• Konsystencja kalibracji: Jako przyrząd typu transferowego, jego kalibracja pozostaje taka sama zarówno dla pomiarów AC, jak i DC. Upraszcza to proces kalibracji i zapewnia niezawodne i spójne wyniki dla różnych typów prądu.

• Odporność na pole magnetyczne: Przyrząd cieplny jest odporny na poboczne pola magnetyczne. Ta cecha pozwala na dokładne pomiary nawet w środowiskach z istotnym zakłóceniami elektromagnetycznymi.

• Prosta i tanio wykonana konstrukcja: Jego konstrukcja jest stosunkowo prosta i tanio dostępna, co czyni go atrakcyjną opcją dla różnych użytkowników, od hobbystów po profesjonalistów o ograniczonym budżecie.

Wady przyrządu cieplnego

Pomimo swoich zalet, przyrząd cieplny ma kilka ograniczeń:

• Długi czas reakcji: Jedną z głównych wad jest długotrwała reakcja. Czas potrzebny na nagrzanie, rozszerzenie się drutu i odchylenie wskazówki oznacza, że może on nie być odpowiedni dla zastosowań wymagających szybkich pomiarów zmieniających się wartości prądu.

• Niestabilność spowodowana rozciągnięciem drutu: Z biegiem czasu, powtarzające się cykle nagrzewania i chłodzenia mogą powodować rozciąganie się drutu, prowadząc do niestabilności w odczytach instrumentu. To rozciąganie może stopniowo wpływać na dokładność pomiarów i wymagać częstej kalibracji lub wymiany drutu.

• Wysokie zużycie energii: Przyrząd cieplny zużywa stosunkowo dużą ilość energii w porównaniu do niektórych innych typów urządzeń pomiarowych. Wyższe zużycie energii może być problematyczne, zwłaszcza w zastosowaniach, gdzie efektywność energetyczna jest kluczowa.

• Podatność na przeciążenia i uderzenia mechaniczne: Źle radzi sobie z warunkami przeciążenia i uderzeniami mechanicznymi. Nawet krótkotrwałe wystawienie na nadmierny prąd lub nagłe szarpnięcie może uszkodzić delikatny drut i inne komponenty, czyniąc instrument nieprzydatnym lub nieprecyzyjnym.

Ze względu na powyższe wady, przyrządy cieplne zostały w dużej mierze zastąpione bardziej zaawansowanymi instrumentami termoelektrycznymi w wielu nowoczesnych zastosowaniach.