دانلود مقاله آمپرمتر و ولت متر

گالوانومتر: آمپرمتر و ولت متر





برای ابزارهای اندازه گیری کنترل شده فنری : گشتاور کنترل که یک ثابت دیگر می باشد.

برای ابزارهای اندازه گیری با گرانش کنترل شده : گشتاور کنترل که یک ثابت است .

به دلیل انحراف حالت ماندگار.

از فرمول گشتاور انحراف واضح است که مقیاس ابزار اندازه گیری ، یکسان و یکنواخت نیست.

در ضمن ، تأثیر اشباع خمیدگی منحنی B –M نزدیک به مبداء ونیروی جاذبه بین قطبی در نوکهای مقابل میله ها نیز پیچیدگی بیشتری می افزاید بنابراین ، طراحی ابزارهای اندازه گیری آهنی متحرک ، بیشتر نوعی تجربه عملی است تا موضوعی که صرفاً محاسباتی باشد.

از تأثیرات اشباع در ابزارهای اندازه گیری با آهن های هیپومتال اجتناب شده است.

و به علت داشتن نفوذ بیشتری بالای از میومتال گشتاور کافی ای ، با مقادیر کلی از چگالی شماره می تواند حاصل شود.

در ضمن شکل دهی آهن ها ، به طوری توسته یافته است که حالا یک مقیاس یکسان و یکنواخت عملی ، از انحراف در مقیاس کل تا اغراض برابر با حدود 5٪ جریان برای انحراف در مقیاس کل، امکان پذیر است.

برای شدت جریان پایین تر از این مقدار و مقیاس به طور فزاینده ای ، محدود می شود و بخش از این عمل به علت این آمپر می باشد که گشتاور انحراف متناسب با تولید توان قطب می باشد و بخشی به علت اثرات شکل منحنی B – H در نزدیکی مبداأ می باشد، که منجر به مقادیر بسیار کم 1 می شود.

فرمول بالا از نظر تئوری مناسب و مفید است ، همانطور که نشان می دهد که گشتاور آنی با مجزور مقدار آنی جریان متناسب است.

بنابراین جهت انحراف به جهت ریزش جریان وابسته نیست و یک دوم گشتاور انحراف با یک دوم مجزور جریان متناسب است برای مثال انحراف توسط مقدار rm های جریان مشخص می شود.

فرمول ریاضی دیگری نیز برای گشتاور ممکن است بر حسب القاگری مغناطیسی (inductance) ابزار اندازه گیری بدست آید.

ما را خود القایی متقابل با انحراف کلی زاویه دار ѳ رادیان قرار دهید و تغییر در القاگری dl را متقابل با تغییر کوچک در زاویه Dѳ انحراف ، به علت تغییر در شدت جریان تغییر در انرژی میدان مغناطیسی =
هم چنین ، اگر گشتاور انحراف باشد، قادر در طول حرکت آهن ، انجام می شود.

به دلیل تغییر در انرژی کار انجام شده DW , DE =


بنابراین گشتاور متناسب با مجزور شدت جریان ابزار و نرخ تغییر القاگری با انحراف می باشد.

به دلیل اینکه محاسبه ما برای مقادیر متفاوت انحراف مسئله پیچیده ای است ، در اعمال کردن این نتیجه در طراحی ابزارهای اندازه گیری به مشکل برخورد می کنیم.

در ضمن انحنای غیر قابل اجتناب منحنی B – H برای آهن، پیچیدگی و مقادیر نهایی بین مقادیر محاسبه شده و مقادیر اندازه گیری شده گشتاور را مطرح می کند و هر مقدار L که توسط یک متر ac اندازه گیری شده است باید مقدار متوسطی در محدوده ای از مقادیر مضاعف (park to park) شدت جریان ، باشد.

اما ممکن است تئوری بالا که در مورد هر نوع از ابزارهای آهن متحرک(moring iron instrument ) اعمال می شود ، مورد توجه قرار نگیرد.

در نوع جاذب، افزایش القاگری با افزایش انحراف ، به علت تغییر گسترده ای است که آهن در آن سیم پیچ شده است.

در نوع دافع ، آن به علت ، افزایش شاره تولید شده توسط کاهش تأثیر مغناطیسی شدن یک آهن به دیگری ، هنگامیکه 2 آهن از یکدیگر دور می شوند ، می باشد.

یک ابزار جاذب ، معمولاً القاگری کمتری به نسبت ابزار دافع خواهد داشت و بنابراین ولت مترها در محدوده وسیعتری از فرکانس ، دقیق خواهند بود و احتمال بیشتری از استفاده شنت ها با آمپرمترها وجود دارد.

از سوی دیگر ، ابزارهای دافع ، برای تولیدات اقتصادی در کارخانه مناسب هستند و یکنواختی تقریبی ، آسانتر در آنها فراهم می شود بنابراین آنها به نسبت نوع جاذب ، متداولتر هستند.

شکل مقیاس، گشتاور انحراف ابزار اندازه گیری آهن متحرک، همانطور که در بالا استنتاج شد توسط فرمول زیر ارائه می شود.

برای کنترل فنری ، گشتاور کنترل
به دلیل موازنه


بنابراین انحراف زاویه ای متناسب با مجزور شدت جریان می باشد و ابزار یک پاسخ مربعی یا مجزور (squar law) دارد.

اگر هیچ اشباعی وجود نداشته باشد، تغییر القاگری با زاویه انحراف یکنواخت و یکسان است ( برای مثال ثابت است ) و ابزار یک پاسخ کاملاً مربعی دارد.

برای همچنین ابزاری ، مقیاس می تواند به راحتی طرح بندی شود، چون مقدار اندازه گیری متناسب با مجزور مجزور.

ریشه انحراف زاویه ا ی می باشد .

اما در ابزار آلات حقیقی ثابت نیست و معمولاً تابعی است از موقعیت زاویه ای آهن متحرک و مقیاس منحرف شده از مجزور یا مربع در یک روش وابسته به طریقی که در آن القاگری مغناطیسی با زاویه انحراف تغییر پیدا می کند.

وابسته است.

همانطور که قبلاً ذکر شده توسط انتخاب آهن هایی با ابعاد و شکل مناسب و موقعیتهای مرتبط با یکدیگر و مرتبط با سیم پیچ ، این تغییر قابل کنترل است.

بنابراین ساخت ابزاری با مقیاسی به یکنواختی و یکسان بودن خیلی نزدیک در گستره بزرگتری از طول آن یک عمل متداول است.

از بحث های بالا این نکته مشخص می شود که یک مقیاس خطی کامل می توانست کسب شود، اما به واسطه معادله گشتاور خواهیم فهمید که مقیاس ابزار اندازه گیری آهنی متحرک تنها می تواند ، در اندازه محدودی تغییر پیدا کند.

بنابراین بخشی از مقیاس نزدیک به صفر هرگز نمی تواند گسترش یافته یا یکنواخت شود، چون این عمل به این احتیاج دارد که مقدار اولیه ، بی نهایت باشد.

برای مثال ، طراحی و ساخت، ابزار آهن متحرک بمنظور داشتن مقیاس خطی از محدوده بالاتر تا بخشی از مقیاس کل و مقیاس مربعی از این نقطه تا صفر امکان پذیر است.

تغییر مورد نیاز ، برای دادن مقیاس این چنین در شکل(a) 5.21 نمایش داده شده است.

مقیاس های معمولی برای ابزارهای اندازه گیری آهن متحرک ، در شکل 5.21(b) نمایش داده شده اند.

در عمل ممکن است که x را به کوچکی 10 درصد از مقیاس کل انحراف زاویه ای قرار دهیم تا بخش بزرگتری از مقیاس خطی باشد.

محدوده های عملی برای ابزارهای اندازه گیری آهن متحرک.

1) آمپرمترها ، یک آمپرمتر آهنی متحرک ممکن است، برای هر شدت جریان مطلوب با مقیاس کل، با وجود محدودیتها ، توسط پیچاندن سیم پیچ با سیم جریان حمل کننده ظرفیت و دورهای کافی برای ارائه آمپر دورهای مورد نیاز برای عمل دستگاه ، طراحی شده باشد.

محدودیت در قسمت انتهایی با شدت جریان کم ، به دلیل این است امپرانس ( مقاومت ظاهری) سیم پیچ به اندازه ای زیاد می شود که اضافه کردن ابزار در مدار تغییر ایراد آوری در شرایط ایجاد می کند.

آمپرانس آمپرمترها با محدوده پایین، برای مقادیر زیر 10 Ma دارای ایراد می باشد محدوده شدت جریان بالا به علت سختی پیچاندن یک سیم پیچ کوچک، از سیم خیلی کلفت، می باشد.

مقدار گرمایی که باید پراکنده شود و اندازه قطبهای اتصال که باید پشتیبانی شود نیز بر سایز تأثیر می گذارد.

در ابزارهایی با پنل کوچک ماکزیمم شدت جریان ، 100A می باشد ، در حالیکه در ابزارهای قابل حمل ( پرتابل) بزرگ ماکزیمم نرخ دهی ، 200A می باشد.

در بعضی از سوئیچ برد آمپرمترهای بزرگ ، نرخ دهی شدت جریان ممکن است به بزرگی 150A باشد.

در مورد آمپرمترهای ac آهن متحرک ، برای نرخ دهی و درجه بندی های بالای شدت جریان وسایل دیگر استفاده می شوند.

استفاده از شنت ، همانطور که معمولاً با ابزارهای سیم پیچ مغناطیسی پایدار ، استفاده می شود، برای ابزارهای آهنی متحرک ، رضایت بخش نیست.

دلیل این است که حرکت ابزار آهنی متحرک به نسبت آمپرمترهای Dc ، کمتر حساس است و به نسبت آمپرمترهای dc ، افت ولتاژ بیشتر در شنت نیاز دارد.

این بدان معناست که پراکندگی بیشتر گرما در شنت ، مقاومت بخشهای مختلف ابزار را افزایش داده و سبب ایجاد اشتباهاتی در دقت آن می شود.

دلیل دیگر برای عدم استفاده از شنت و احتمال ایجاد خطا در فرکانس می باشد، ساختار شنت طوری است که القاگری مغناطیسی آن پایین است ، در حالیکه القاگری سیم پیچ نسبتاً بالا می باشد.

بنابراین امپرانس شنت ، عملاً در طول محدوده ای از فرکانس ها ، یکسان باقی می ماند، در حالیکه امپرانس سیم پیچ ، با تغییر در فرکانس به طور قابل ملاحظه ای تغییر می کند.

بنابراین اگر ابزار اندازه گیری برای ایجاد فرکانس به غیر از آن فرکانس که برای آن کالیبره شده است، به کارگرفته شود ، خطای قابل توجه ای به وجود خواهد آمد.

چون بیشتر ابزارهای آهن متحرک برای اندازه گیری های ac مورد استفاده قرار می گیرند، بنابراین عمل استاندارد ای است تا مبدل ( ترانسفورماتور) با ابزار 5 –A برای اندازه گیری شدت جریانهای بالا استفاده کرد.

بحث های جزئی تر در مورد استفاده از ترانسفورماتور در فصل بعدی انجام خواهد شد.

3 ولت مترها: زمانی که ابزارهای اندازه گیری آهن متحرک به عنوان ولت مترهای ac استفاده می شوند.

مقاومتهای سری برای گسترش محدوده مقیاس ولتاژها تا v750 به کار گرفته می شوند.

این مشابه با مقاومتهای سری یا چند برابر کننده ولتاژ استفاده شده با ولت مترهای سیم پیچ متحرک مغناطیسی پایدار ، می باشد.

به دلیل توان مصرف شده در مقاومت ها و همچنین به علت مشکلات نارسانایی ولتاژ بالا عملی نیست که مقدار مقاومتهای اهمپک بالاتر، برای اندازه گیری ولتاژهای ac که تا 750 V افزایش پیدا می کنند را به کار گرفت.

بنابراین برای اندازه گیری ولتاژهای ac که تا 750V افزایش می یابد، مبدل ولت با ولت متر 150V استفاده می شود.

مبحث جزئی تر در مورد استفاده از مبتدل ولت، در فصل بعدی ارائه می شود.

خطاها در ابزارهای اندازه گیری آهنی متحرک .

دلایل خطاها در ابزارهای آهنی متحرک به خطاهای مشترک بین ac و dc و خطاهایی که تنها در اندازه گیری های ac رخ می دهند، ممکن است تقسیم شود.

خطاهایی که معمولاً در ابزارهای آهنی متحرک رخ می دهند ممکن است تحت عناوین زیر دسته بندی شوند: 1) اصطکاک 2) درجه حرارت 3) میدان مغناطیسی مرز ( stray magnetic field) 4) بسامد مغناطیسی (mystresis) 5) فرکانس 6) شکل فرم چهار خطای اول به طور مشترک در ابزارهای ac و dc تأثیر می گذارند.

در حالیکه دو خطای آخر تنها بر مدارات ac اثر می گذارند.

الف) خطای مشترک در ac و dc 1) خطای اصطکاک ، بررسی کلی خطای اصطکاک قبلاً در شکل 5.12 ملاحظه شده است.

خطای اصطکاک در ابزارهای آهنی متحرک کاملاً کوچک است و علت نسبت سنگینی بالای گشتاور می باشد.

وقتیکه ابزار در مدارات ac به کار گرفته می شود، این خطا کاهش می یابد که این به علت لرزش آرام ایجاد شده توسط تناوب شماره (alternation of flux) در حرکت آهن ، می باشد 2) خطای درجه حرارت ، بررسی کلی خطای درجه حرارت قبلاً در شکل 5.12 مورد بررسی قرار گرفته است.

تغییر در درجه حرارت ممکن است به دلایل زیر ایجاد شود: 1) انبساط اجزا 2) تغییر در نفوذ پذیری آهن و 3) تغییر در مقاومت سیم پیچ.

انبساط بخشهای ابزار متحرک آهنی به علت افزایش درجه حرارت، بر خطای اصطکاک توسط تغییر در شدت مجاز (setting) مرتبط با مجوز تأثیر می گذارد و این اثر می تواند توسط فراهم آوردن طراحی مکانیکی کاهش یابد انبساط فنر کنترلی همچنین ممکن است بر علائم ابزار اثر بگذارد.

خطای ایجاد شده توسط فنر کنترلی ممکن است ، 0/04 درصد در تغییر هر سانتی گراد درجه حرارت ، باشد.

دومین تغییر ، تغییر نفوذ پذیری مغناطیسی ، معمولاً برای تأثیر جدی بر علائم ابزار خیلی کوچک است در بعضی آهن ها ، با این وجود ، زنگ زدگی ممکن است دلیل گرمایش پیاپی باشد .

مگر اینکه مواد قبلاً زنگ زده باشد و بنابراین نفوذ پذیری مغناطیسی ممکن است کاهش یابد و خطای بسامد مغناطیسی افزایش یابد.

سومین تغییر، تغییر مقاومت سیم پیچ ، خیلی جدی است .

اگر سیم پیچ کاملاً با مس پیچانده شود ، مقاومت تقریباً 0.4 در صد در هر سانتی گراد افزایش در درجه حرارت، افزایش خواهد یافت.

در آمپرمترها یک افزایش این چنینی یا در عمل هر افزایش .جائیکه کل جریان از طریق سیم پیچ عبور می کند.

اهمیتی ندارد و همانطور که سادگی دسترسی میدان جریان مدار یک سؤال می باشد ، افزایش در مقاومت سیم پیچ آمپرمتر ، صرفاً بر افت مقاومت کم آمپرمتر ، بدون تغییر اثر مغناطیسی برای جریان، داده شده و اثر می گذارد.

با این وجود مطلوب است که