電流計・電圧計装置

当初、電圧計と電流計は機械式のみでしたが、数年後、マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、デジタル電圧計と電流計が製造され始めました。それにもかかわらず、現在でも機械式メーターは人気があります。デジタルのものと比較して、干渉に強く、測定値のダイナミクスをより視覚的に表現します。それらの内部機構は、最初の電圧計と電流計の標準的な磁気電気機構と実質的に同じままです。

この記事では、初心者でも電圧計と電流計の基本的な動作原理を理解できるように、典型的なダイヤルの装置を見ていきます。

ポインタ測定装置は、その動作において磁気電気原理を使用します。顕著な磁極片を備えた永久磁石が所定の位置に固定されています。これらの極の間にスチールコアが固定されており、コアと磁石のポール部分の間にエアギャップが形成されます。 永久磁場.

可動式のアルミニウムフレームが隙間に挿入され、その上に非常に細いワイヤーのコイルが巻かれています。フレームはアクスルシャフトに固定されており、プーリーによって回転することができます。装置の矢印はコイルバネでフレームに取り付けられています。電流はスプリングを介してコイルに供給されます。

コイルの導線に電流 I が流れると、コイルは磁場の中に置かれ、導線の電流はギャップ内の磁力線を横切って垂直に流れるため、コイルの側面から回転力が発生します。磁場がそれに作用します。電磁力によってトルク M が発生し、コイルはフレームとハンドとともに一定の角度 α だけ回転します。

ギャップ内の磁場の誘導は変化しないため (永久磁石)、トルクは常にコイル内の電流に比例し、その値は電流とこの特定のデバイスの一定の設計パラメータ (c1) に依存します。 ）。この瞬間は次と等しくなります。

バネの存在によってフレームの回転を妨げる反力モーメントは、バネのねじれ角度、つまり可動部分に接続された矢印の回転角度に比例します。

このようにして、フレーム内の電流によって生成されるモーメント M がスプリングからの逆モーメント Mpr に等しくなるまで、つまり平衡が生じるまで、回転が継続します。この時点で矢印は止まります。

明らかに、スプリングのねじれ角はフレーム電流 (および測定された電流) に比例します。そのため、磁気電気システム デバイスのスケールは同じです。矢印の回転角度と測定電流の単位の間の比例係数 k は、デバイスの感度と呼ばれます。

逆数はスケール除算または単位定数と呼ばれます。測定値は、値を次の値で割った値として求められます。 スケールの分割数.

矢印がある位置から別の位置に移動する際の可動フレームの振動を妨げるのを避けるために、これらの装置では磁気誘導弁または空気弁が使用されています。

磁気誘導ダンパーは、デバイスの回転軸に固定されたアルミニウムのプレートで、永久磁石の磁界内で常に矢印に沿って動きます。結果として生じる渦電流は、巻線の速度を低下させます。結論としては、レンツの法則によれば、プレート内の渦電流は、渦電流を生成した永久磁石の磁場と相互作用し、プレートの動きと振動を妨げます。矢はすぐに消えます。このような磁気誘導によるショックアブソーバーの役割は、コイルが巻かれているアルミフレームによって担われます。

フレームを回転させると、アルミフレームを貫く永久磁石からの磁束が変化し、アルミフレーム内に渦電流が発生し、永久磁石の磁界と相互作用して制動効果を発揮します。針の振動が止まります。

磁気電気デバイスのエア ダンパーは、内部にピストンが配置された円筒形のチャンバーで、デバイスの可動システムに接続されています。可動部が動いているときは、翼状のピストンがチャンバー内で停止し、ニードルの振動が減衰されます。

必要な測定精度を達成するには、デバイスは測定中に重力の影響を受けてはならず、矢印のたわみは、コイル電流と永久磁石の磁界およびコイル電流との相互作用から生じるトルクのみに関係する必要があります。スプリングによるフレームのサスペンション。

重力の悪影響を排除し、それに伴う誤差を回避するために、ロッド上を移動する重りの形でカウンターウェイトが装置の可動部分に追加されます。

摩擦を軽減するために、スチールチップは磨かれた耐摩耗鋼またはタングステンモリブデン合金で作られ、ベアリングは硬質鉱物（メノウ、コランダム、ルビーなど）で作られています。先端とサポートベアリングの距離は止めネジで調整します。

矢印をゼロ開始位置に正確に設定するために、装置には補正装置が装備されています。ダイヤル内のコレクターはネジ式で、バネでストラップに接続されています。ネジを使用して、軸に沿ってスパイラルをわずかに移動し、矢印の初期位置を調整できます。

最新の装置のほとんどは、コイルに電流を供給して流れるトルクを生み出す弾性金属バンドの形をした一対のストレッチャーから吊り下げられた可動部分を備えています。クランプは、互いに直角に配置された一対の板バネによって接続されています。

正直に言うと、上で説明した古典的な機構に加えて、U 字形の磁石だけでなく、円筒形の磁石や角柱形の磁石、さらには内部フレームを備えた磁石を備えたデバイスもあります。それ自体が移動可能な場合もあります。

電流または電圧を測定するには、電流計または電圧計回路に従って磁電デバイスが直流回路に含まれます。違いはコイルの抵抗とデバイスを回路に接続するための回路のみです。もちろん、電流を測定する場合は、測定された電流のすべてがデバイスのコイルを通過する必要はありません。また、電圧を測定する場合は、多くの電力が消費されないようにする必要があります。測定装置のハウジングに組み込まれた追加の抵抗は、適切な条件を作り出すのに役立ちます。

電圧計回路内の追加抵抗の抵抗値はコイルの抵抗値を何倍も上回っており、この抵抗器は非常に小さな金属で作られています。 抵抗温度係数マンガニンやコンスタンタンなど。電流計のコイルと並列に接続された抵抗をシャントといいます。

反対に、シャントの抵抗は測定用作動コイルの抵抗よりも数倍小さいため、主電流がシャントを流れる一方で、測定電流のごく一部だけがコイルワイヤを通過します。追加の抵抗とシャントを使用すると、デバイスの測定範囲を拡張できます。

デバイスの矢印のずれの方向は、測定コイルを流れる電流の方向によって異なります。そのため、デバイスを回路に接続するときは、極性を正しく観察することが重要です。そうでないと、矢印が反対方向に移動します。 。したがって、標準形式の磁気電気デバイスは、針が 1 か所に留まったまま単に振動するだけであるため、AC 回路への接続には適していません。

ただし、磁気電気デバイス (電流計、電圧計) の利点には、高精度、スケールの均一性、および外部磁場によって生成される外乱に対する耐性が含まれます。欠点は、交流の測定には不向きであること（交流を測定するには、まず交流を整流する必要がある）、極性を観察する必要があること、測定コイルの細いワイヤが過負荷になりやすいことです。