MIERNIKI
ELEKTROMECHANICZNE
Damian Klimowicz
Klasa IIIc
Nr. 13
Mierniki magnetoelektryczne.
Magnetoelektryczne przyrządy pomiarowe, mierniki natężenia prądu elektrycznego stałego (lub innych wielkości fizycznych przetwarzanych na prąd elektryczny), w których pomiar odbywa się dzięki wzajemnemu oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego (magnes) z polem wytworzonym przez mierzony prąd płynący w ruchomej cewce połączonej ze wskazówką.
Wzajemne oddziaływanie pól tworzy moment obrotowy kompensowany przez moment sił zwrotnych powstających dzięki sprężystemu zamocowaniu cewki, położenie równowagi momentów sił jest proporcjonalne do natężenia płynącego w cewce prądu. Magnetoelektryczne przyrządy pomiarowe stosuje się jako amperomierze, woltomierze i omomierze.
1. Amperomierz, przyrząd służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Działanie amperomierza opiera się na pomiarach efektów elektromagnetycznych, cieplnych itp., wywołanych przepływającym prądem. Włącza się go szeregowo do obwodu elektrycznego, w związku, z czym istotną cechą jest jego niewielka oporność wewnętrzna, nie wpływająca na wartość mierzonego prądu. Amperomierze klasyfikuje się ze względu na: rodzaj mierzonego prądu (amperomierze prądu stałego i przemiennego - te ostatnie mierzą wartość skuteczną, rzadziej średnią), wartość mierzonego prądu (mikro-, miliamperomierze lub kiloamperomierze - duży zakres pomiaru uzyskuje się przez zastosowanie boczników lub przekładników prądowych w przypadku prądu zmiennego), konstrukcję (np. magnetoelektryczny, elektromagnetyczny, cieplny), rodzaj wskazań (analogowy, cyfrowy).
2. Woltomierz, miernik elektryczny służący do pomiaru napięcia, włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Zbudowany jest z odpowiednio wyskalowanego mikroamperomierza i dużego opornika elektrycznego. Pomiar odbywa się poprzez wyznaczenie natężenia prądu płynącego przez woltomierz, który charakteryzuje się znaczną opornością wewnętrzną. W zależności od zastosowania rozróżnia się woltomierze prądu zmiennego i woltomierze prądu stałego.
Miernikami magnetoelektrycznymi nazywamy mierniki, w których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku współdziałania pola magnetycznego magnesu trwałego i ruchomej cewki, przez którą płynie prąd. Magnes trwały z nabiegunnikami, wykonanymi ze stali magnetycznie miękkiej, stanowi element nieruchomy miernika. Organem ruchomym jest cewka nawinięta cienkim przewodem miedzianym, izolowanym. Cewka jest ułożyskowiona w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią geometryczną szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki jest przymocowana wskazówka. Jeżeli przez uzwojenie cewki płynie prąd stały I, doprowadzony przez sprężyny spiralne, w której pole magnetyczne ma stałą indukcję B, działa siła F zgodna ze wzorem
F = B I l; l - głębokość zanurzenia boku cewki w polu magnetycznym. Jeżeli przez N oznaczymy liczbę zwojów cewki, to siła F = B I l N. Siła ta działa na obydwa boki cewki, powstaje więc moment napędowy ustroju pomiarowego
M = F a. - Przy czym a oznacza szerokość cewki.
Kąt nachylenia cewki jest proporcjonalny do prądy płynącego przez tę cewkę. Kąt ten określa się za pomocą wskazówki przesuwającej się wzdłuż podziałki. Miernik magnetoelektryczny jest typowym miernikiem prądy stałego reagującym na zwrot przepływającego prądu. Dlatego też w miernikach magnetoelektrycznych zaznacza się biegunowość jednego z zacisków, np. zacisku plus ( + ). Mierniki tego typu mogą być używane jako amperomierze lub jako woltomierze. Zaletami mierników magnetoelektrycznych są: duża czułość, mały pobór mocy oraz duża dokładność.
Mierniki magnetoelektryczne uniwersalne:
Zalety ustroju magnetoelektrycznego spowodowały również jego zastosowanie do pomiarów prądu przemiennego. Z uwagi na to, że mierniki te nie reagują bezpośrednio na przepływ prądu przemiennego, którego wartość średnia jest równa zeru, konieczne jest wyprostowanie prądu przed doprowadzeniem go, do cewki miernika. W tym celu używa się prostowników (diod germanowych). W miernikach elektrycznych prostownikowych stosuje się zwykle układ mostkowy, złożony z czterech diod. Ze względu na zmiany rezystancji prostowników ze zmianą temperatury łączy się zwykle je w szereg z wbudowanym opornikiem. Mierniki magnetoelektryczne prostownikowe są używane powszechnie jako mierniki uniwersalne, tj. woltoamperomierze z przełącznikiem do pomiarów przy prądzie stałym i przemiennym. Bocznik wielozakresowy i opornik szeregowy wielozakresowy są wmontowane w obudowę miernika. Mierniki uniwersalne odznaczają się małym poborem mocy, ale też małą dokładnością
Mierniki elektromagnetyczne.
Zasada działania miernika elektromagnetycznego polega na oddziaływaniu pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu. Wskazówka połączona z rdzeniem wskazuje wartość prądu przepływajcego przez cewkę. Im większy prąd przepływa przez cewkę, tym silniej jest wciągany rdzeń, tym większy jest moment i większe odchylenie wskazówki.
Miernik elektromagnetyczny słóży zarówno do pomiaru prądu stałego, jak i wartości skutecznej prądu przemiennego. Mierniki elektromagnetyczne są budowane jako amperomierze i jako woltomierze. Mają nieskomplikowaną budowę i charakteryzują się pewnością działania.
Mierniki elektrodynamiczne.
Miernikami elektrodynamicznymi nazywamy mierniki, których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku oddziaływania elektrodynamicznego dwóch cewk, przez które płyną prądy. Cewka ruchoma osadzona na osi, do której jest przymocowana wskazówka, znajduje się wewnątrz cewki nieruchomej. W wyniku oddziaływania elektrodynamicznego cewek powstają siły wytwarzające moment napędowy. Moment ten jest równoważony przez moment zawierający dwóch sprężynek spiralnych, doprowadzających jednocześnie prąd do cewki ruchomej.
Mierniki elektrodynamiczne są używane jako amperomierze, woltomierze, watomierze do pomiarów przy prądzie stałym i przemiennym.
Mierniki elektrodynamiczne odznaczają się dużą dokładnością, ale mają delikatną budowę. Dlatego też są przeważnie uzywane jako przyżądy labolatoryjne wysokiej klasy (kl. 0,1; 0,2; 0,5). W watomierzu elektrodynamicznym cewka nieruchoma jest cewka prądowa i jest włączona w obwód tak jak amperomierz. Cewka ruchoma jest cewką napięciową i jest włączona w obwód tak ja woltomierz.
Jeżeli cewkę nieruchomą nawiniemy na rdzeń z materiału ferromagnetycznego, to wzrośnie siła oddziaływania pola magnetycznego cewki nieruchomej na prąd płynący w cewce ruchomej. Tego typu mierniki nazywamy miernikami ferrodynamicznymi.
Mierniki ferrodynamiczne mają większy moment napędowy. Dlatego też są stosowane jako mierniki tablicowe, przenośne i rejestrujące.