Perangkat ammeter dan voltmeter

Awalnya, voltmeter dan ammeter hanya bersifat mekanis, dan hanya beberapa tahun kemudian, dengan perkembangan mikroelektronika, voltmeter dan ammeter digital mulai diproduksi. Namun demikian, bahkan sekarang meteran mekanis sangat populer. Dibandingkan dengan yang digital, mereka tahan terhadap interferensi dan memberikan representasi yang lebih visual dari dinamika nilai yang diukur. Mekanisme internal mereka secara praktis tetap sama dengan mekanisme magnetoelektrik kanonik dari voltmeter dan ammeter pertama.

Pada artikel ini, kita akan melihat perangkat dial biasa, sehingga setiap pemula dapat memahami prinsip dasar pengoperasian voltmeter dan ammeter.

Dalam kerjanya, alat pengukur penunjuk ini menggunakan prinsip magnetoelektrik. Sebuah magnet permanen dengan potongan tiang yang diucapkan dipasang di tempatnya. Inti baja dipasang di antara kutub-kutub ini sehingga terbentuk celah udara antara inti dan bagian kutub magnet medan magnet permanen.

Bingkai aluminium yang dapat digerakkan dimasukkan ke dalam celah, di mana gulungan kawat yang sangat tipis dililitkan.Bingkai dipasang pada poros poros dan dapat diputar dengan katrol. Panah perangkat terpasang ke bingkai dengan pegas koil. Arus disuplai ke koil melalui pegas.

Ketika arus I melewati kawat kumparan, maka, karena kumparan ditempatkan dalam medan magnet, dan arus dalam kawatnya mengalir secara tegak lurus, melintasi garis medan magnet di celah, gaya putar dari sisi kumparan medan magnet akan bertindak di atasnya. Gaya elektromagnetik akan menciptakan torsi M, dan koil, bersama dengan rangka dan tangan, akan berputar melalui sudut α tertentu.

Karena induksi medan magnet dalam celah tidak berubah (magnet permanen), torsi akan selalu sebanding dengan arus dalam koil, dan nilainya akan bergantung pada arus dan parameter desain konstan dari perangkat khusus ini (c1 ). Momen ini akan sama dengan:

Momen reaksi yang mencegah rotasi bingkai, yang dihasilkan dari keberadaan pegas, akan sebanding dengan sudut puntir pegas, yaitu sudut rotasi panah yang terhubung ke bagian yang bergerak:

Dengan cara ini, rotasi akan berlanjut hingga momen M yang diciptakan oleh arus dalam rangka sama dengan momen kontra Mpr dari pegas, yaitu hingga terjadi kesetimbangan. Pada titik ini panah akan berhenti:

Jelas, sudut puntir pegas akan sebanding dengan arus rangka (dan arus terukur), itulah sebabnya perangkat sistem magnetoelektrik memiliki skala yang sama. Faktor proporsionalitas k antara sudut rotasi panah dan satuan arus yang diukur disebut sensitivitas perangkat.

Kebalikannya disebut pembagian skala atau konstanta satuan. Nilai terukur ditentukan sebagai produk dari nilai dibagi dengan jumlah pembagian skala.

Untuk menghindari getaran yang mengganggu dari bingkai bergerak selama transisi panah dari satu posisinya ke posisi lain, induksi magnetik atau katup udara digunakan dalam perangkat ini.

Peredam induksi magnetik adalah pelat aluminium yang dipasang pada sumbu rotasi perangkat dan selalu bergerak dengan panah di bidang magnet permanen. Arus eddy yang dihasilkan memperlambat belitan.Kesimpulannya adalah, menurut aturan Lenz, arus eddy di pelat, berinteraksi dengan medan magnet dari magnet permanen yang menghasilkannya, menghambat pergerakan pelat, dan osilasi dari panah cepat mati. Peran peredam kejut dengan induksi magnetik dimainkan oleh rangka aluminium tempat koil dililitkan.

Saat memutar bingkai, fluks magnet dari magnet permanen yang menembus bingkai aluminium berubah, yang berarti arus eddy diinduksi dalam bingkai aluminium, yang ketika berinteraksi dengan medan magnet magnet permanen, memiliki efek pengereman, dan osilasi tangan berhenti.

Peredam udara perangkat magnetoelektrik adalah ruang silinder dengan piston ditempatkan di dalamnya, terhubung ke sistem perangkat yang bergerak. Saat bagian yang bergerak sedang bergerak, piston berbentuk sayap berhenti di dalam bilik dan getaran jarum diredam.

Untuk mencapai akurasi pengukuran yang diperlukan, perangkat tidak boleh terpengaruh oleh gravitasi selama pengukuran, dan defleksi panah harus dikaitkan hanya dengan torsi yang dihasilkan dari interaksi arus kumparan dengan medan magnet magnet permanen dan dengan suspensi bingkai melalui pegas.

Untuk menghilangkan efek berbahaya dari gravitasi dan menghindari kesalahan terkait, penyeimbang ditambahkan ke bagian perangkat yang bergerak dalam bentuk pemberat yang bergerak pada batang.

Untuk mengurangi gesekan, ujung baja terbuat dari baja tahan aus yang dipoles atau paduan tungsten-molibdenum, dan bantalannya terbuat dari mineral keras (batu akik, korundum, rubi, dll.). Jarak antara ujung dan bantalan penyangga disesuaikan dengan sekrup set.

Untuk menyetel panah ke posisi awal nol secara akurat, perangkat ini dilengkapi dengan korektor. Korektor pada dial adalah sekrup dan dihubungkan ke tali dengan pegas. Dengan menggunakan sekrup, Anda dapat sedikit menggerakkan spiral di sepanjang sumbu, sehingga menyesuaikan posisi awal panah.

Sebagian besar perangkat modern memiliki bagian yang dapat digerakkan yang digantung dari sepasang tandu dalam bentuk pita logam elastis yang berfungsi untuk memasok arus ke koil dan menciptakan torsi yang mengalir. Klem dihubungkan oleh sepasang pegas datar yang terletak tegak lurus satu sama lain.

Sejujurnya, kami mencatat bahwa selain mekanisme klasik yang dibahas di atas, ada juga perangkat dengan tidak hanya magnet berbentuk U, tetapi juga magnet berbentuk silinder, dan magnet berbentuk prisma, dan bahkan dengan magnet dengan bingkai internal, yang dengan sendirinya mungkin sendiri bisa bergerak.

Untuk mengukur arus atau tegangan, alat magnetoelektrik dimasukkan dalam rangkaian DC sesuai dengan rangkaian amperemeter atau voltmeter, perbedaannya hanya pada resistansi kumparan dan pada rangkaian penghubung alat dengan rangkaian. Tentu saja, semua arus yang diukur tidak boleh melewati koil perangkat saat mengukur arus, dan saat mengukur voltase, tidak banyak daya yang harus dikonsumsi. Resistor tambahan yang terpasang pada rumahan alat pengukur berfungsi untuk menciptakan kondisi yang sesuai.

Resistansi resistor tambahan dalam rangkaian voltmeter melebihi resistansi koil berkali-kali, dan resistor ini terbuat dari logam dengan sangat kecil koefisien suhu resistensiseperti manganin atau konstanta. Resistor yang terhubung secara paralel dengan koil di ammeter disebut shunt.

Resistansi shunt, sebaliknya, beberapa kali lebih kecil dari resistansi kumparan kerja pengukur, oleh karena itu hanya sebagian kecil dari arus terukur yang melewati kawat kumparan, sedangkan arus utama mengalir melalui shunt. Resistor dan shunt tambahan memungkinkan Anda memperluas rentang pengukuran perangkat.

Arah penyimpangan panah perangkat tergantung pada arah arus melalui kumparan pengukur, oleh karena itu, saat menghubungkan perangkat ke sirkuit, penting untuk mengamati polaritas dengan benar, jika tidak panah akan bergerak ke arah lain. . Oleh karena itu, perangkat magnetoelektrik dalam bentuk kanonik tidak cocok untuk dihubungkan ke sirkuit AC, karena jarum hanya akan bergetar sambil tetap berada di satu tempat.

Namun, keunggulan perangkat magnetoelektrik (amperemeter, voltmeter) antara lain akurasi tinggi, keseragaman skala, dan ketahanan terhadap gangguan yang ditimbulkan oleh medan magnet eksternal. Kerugiannya adalah ketidaksesuaian untuk mengukur arus bolak-balik (untuk mengukur arus bolak-balik, Anda harus memperbaikinya terlebih dahulu), persyaratan untuk mengamati polaritas, dan kerentanan kawat tipis kumparan pengukur terhadap beban berlebih.