Amperomierz Design

How to Wire An Ammeter and Shunt (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Amperomierz Design

Obwody elektryczne prądu stałego


Pytanie 1

Co stanie się z tym ruchem miernika, jeśli zostanie podłączony bezpośrednio do 6-woltowej baterii "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00718x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dwie rzeczy mogłyby się wydarzyć: po pierwsze, ruch najprawdopodobniej zostanie uszkodzony z powodu nadmiernego prądu. Po drugie, igła przesunie się w lewo zamiast w prawo (tak jak powinna), ponieważ biegunowość jest cofnięta.

Uwagi:

Kiedy elektromechaniczny ruch licznika zostaje obezwładniony, powodując, że igła "zatrzaskuje" się aż do skrajnego końca ruchu, jest powszechnie określana jako "ustalająca" licznik. Widziałem ruchy miernika, które tak mocno "utknęły", że igły są zgięte od uderzenia w stop!

Opierając się na wiedzy studentów na temat projektowania ruchów liczników, poproś ich, aby powiedzieli ci, co ich zdaniem może zostać uszkodzone podczas poważnych incydentów związanych z nadmierną mocą, takich jak ta. Powiedz im, aby byli konkretni w swoich odpowiedziach.

pytanie 2

Wiemy, że łączenie czułego ruchu miernika bezpośrednio w szeregu z obwodem wysokoprądowym to Bad Thing. Chcę więc, abyście ustalili, jaki inny komponent musi być podłączony do ruchu miernika, aby ograniczyć prąd przez jego cewkę, tak aby połączenie obwodu szeregowo z obwodem 1-amperowym doprowadziło igłę miernika dokładnie do pełnowymiarowa pozycja.

Na diagramie pokaż zarówno dodatkowy komponent (y), jak i sposób, w jaki zespół licznika zostanie podłączony do obwodu akumulatora / rezystora w celu pomiaru prądu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: biorąc pod uwagę zakres 0 amperów 1 amperomierza wytworzony przez rezystor bocznikowy 0, 4144 Ω, ile prądu będzie faktycznie rejestrował licznik, gdy połączony szeregowo z 6-woltowym akumulatorem i 6-omowym rezystorem "uwagi ukryte" > Uwagi:

Początkujący uczniowie czasami czują się "zagubieni", próbując odpowiedzieć na takie pytanie. Mogą wiedzieć, jak zastosować prawo Ohma do obwodu, ale nie wiedzą, jak zaprojektować obwód, który wykorzystuje prawo Ohma do określonego celu. W takim przypadku możesz kierować ich zrozumieniem za pomocą szeregu pytań, takich jak to:

Dlaczego ruch licznika "kołkuje", jeśli jest podłączony bezpośrednio do akumulatora?
Jaki rodzaj elementu elektrycznego mógłby być użyty do kierowania prądu "z dala" od ruchu, bez ograniczania mierzonego prądu?
Jak możemy połączyć ten komponent z licznikiem (szeregowo lub równolegle)? (Narysuj obie konfiguracje i pozwól uczniowi samodzielnie określić, który wzorzec połączenia spełnia cel ograniczenia prądu do miernika).

Kolejne pytanie jest dość interesujące i powoduje, że uczniowie dokładnie oceniają działanie amperomierza, który "stworzyli". U podstaw problem jest podobny do ładowania woltomierza, ale oczywiście mamy tutaj do czynienia z amperomierzami, a nie woltomierzami.

pytanie 3

Określ zakres pomiarowy tego amperomierza:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zakres = 500 mA

Uwagi:

Określenie zakresów dla tego amperomierza jest po prostu ćwiczeniem w prawie Ohma. Bardzo ważne jest, aby twoi uczniowie rozpoznali wartość rezystora bocznikowego w miliam omach, a nie Mega Omów! Tak, istnieje różnica między małą literą "m" i wielką literą "M"!

Pytanie 4

Co stanie się z funkcją tego obwodu amperomierza, jeśli przewód oznaczony na ilustracji zostanie przerwany "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00732x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli przewód miałby zostać otwarty, amperomierz nie reagowałby na żadną wielkość prądu wejściowego.

Uwagi:

Niektórzy uczniowie mogą myśleć, że amperomierz nie zareaguje w ogóle z otwartym rezystorem, ponieważ kojarzą "otwarte" błędy z brakiem prądu i brakiem prądu z zerową reakcją z ruchu miernika. Uważne sprawdzenie obwodu pokazuje jednak, że stanie się dokładnie odwrotnie.

Pytanie 5

Co stanie się z funkcją tego obwodu amperomierza, jeśli jego rezystor ulegnie uszkodzeniu?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli rezystor ulegnie awarii, amperomierz stanie się znacznie bardziej czuły.

Uwagi:

Niektórzy uczniowie mogą myśleć, że amperomierz nie zareaguje w ogóle z otwartym rezystorem, ponieważ kojarzą "otwarte" błędy z brakiem prądu i brakiem prądu z zerową reakcją z ruchu miernika. Uważne sprawdzenie obwodu pokazuje jednak, że stanie się dokładnie odwrotnie.

Pytanie 6

Pokazano tu obwód amperomierza ze specjalnym typem przełącznika wyboru, zwany selektorem typu make-before-break :

Ten specjalny rodzaj przełącznika wyboru jest ważny w obwodzie amperomierza, takim jak pokazany powyżej. Gdybyśmy zbudowali taki podobny amperomierz za pomocą normalnego przełącznika ( break-before-make ), miernik byłby podatny na uszkodzenia podczas normalnego użytkowania:

Wyjaśnij, dlaczego pierwszy projekt obwodu jest lepszy od drugiego, i jaka forma użycia może okazać się szkodliwa dla drugiego projektu (ale nie dla pierwszego).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Typ użytkowania, który mógłby uszkodzić drugi licznik, ale nie pierwszy, zmienia zakresy podczas pomiaru prądu.

Uwagi:

Innym rozwiązaniem problemu z rozerwaniem przedtem jest użycie pierścieniowego obwodu mieszającego zamiast niezależnego rezystora dla każdego zakresu pomiarowego prądu.

Pytanie 7

Idealnie byłoby, gdyby amperomierz miał bardzo niską rezystancję wejściową lub bardzo wysoką rezystancję wejściową (rezystancja wejściowa jest wartością rezystancji elektrycznej nieodłącznie związanej z miernikiem, mierzoną między jego przewodami pomiarowymi) "# 7"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

W idealnej sytuacji amperomierz powinien mieć możliwie najmniejszą rezystancję wejściową. Jest to ważne, gdy używa się go do pomiaru prądu w obwodach zawierających niewielki opór.

Uwagi:

Odpowiedź na to pytanie jest związana z bardzo ważną zasadą ładowania licznika . Technicy, szczególnie, muszą być bardzo świadomi obciążenia licznika i tego, jak mogą z niego wyniknąć błędne pomiary. Odpowiedź jest również związana z tym, w jaki sposób amperomierze są połączone z testowanymi obwodami: zawsze w szeregu!

Pytanie 8

Dla dowolnego zakresu pomiaru prądu, jakie parametry konstrukcyjne amperomierza elektromechanicznego wpływają na jego oporność wejściową? Innymi słowy, aby zbliżyć się do "idealnej" rezystancji wejściowej amperomierza, dla dowolnego zakresu, jakie wartości składowe są optymalne?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Aby uzyskać najniższą możliwą rezystancję wejściową, bez zmiany zakresu amperomierza, potrzebny jest ruch miernika z minimalną wartością znamionową prądu i minimalną rezystancją cewki.

Pytanie dotyczące wyzwania: czy możliwe jest poprawienie wydajności ruchu miernika amperomierza, zgodnie z zaleceniami tutaj podanymi, poprzez dodanie rezystorów do niego? Jeśli tak to jak?

Uwagi:

Jeśli twoi uczniowie już studiowali projektowanie woltomierzy, możesz poprosić ich o porównanie (pojedynczego) współczynnika projektowego wpływającego na czułość ("ohm-na-wolt") w elektromechanicznym woltomierzu z dwoma czynnikami wymienionymi w odpowiedzi na to pytanie. Dlaczego rezystancja cewki ruchu miernika nie jest czynnikiem wpływającym na czułość woltomierza, ale jest to w czułości amperomierza? Rzuć wyzwanie swoim uczniom, proponując przykładowe obwody woltomierza i obwody amperomierza o różnych oporach cewki. Pozwól im dowiedzieć się, jak skonfigurować problemy, zamiast konfigurować problemy dla nich!

Niektórzy uczniowie mogą sugerować, że efektywna rezystancja cewki ruchu miernika może zostać zmniejszona poprzez dodanie rezystancji bocznikowej wewnątrz ruchu. Jeśli ktokolwiek zaproponuje to rozwiązanie, przeprowadź obliczenia przykładowego obwodu amperomierza na tablicy razem z klasą i zobacz, jaki jest efekt!

Pytanie 9

Rezystory bocznikowe są często używane jako urządzenia do pomiaru prądu, ponieważ są zaprojektowane tak, aby zrzucać bardzo precyzyjne ilości napięcia w miarę przechodzenia przez nie dużych prądów elektrycznych. Mierząc ilość napięcia spadną na rezystor bocznikowy, będziesz w stanie określić ilość przepływającego prądu:

Załóżmy, że rezystancja bocznikowa jest oznaczona następującą wartością: 150 A, 50 mV . Jaka jest odporność tego bocznika, w omach "# 9"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zapis metryczny: 333, 3 μΩ

Notacja naukowa: 3, 333 × 10 -4 Ω

Zwykły zapis dziesiętny: 0, 0003333 Ω

Uwagi:

Zapytaj swoich uczniów, jak sądzą, że rezystor może być wykonany z tak niskim oporem (niewielki ułamek omowy!). Jak oni sądzą, że rezystor bocznikowy będzie wyglądał w rzeczywistości? Jeśli zdarzy ci się mieć rezystor bocznikowy dostępny w klasie, pokaż go swoim uczniom po tym, jak wyrażą swoje opinie na temat jego konstrukcji.

Pytanie 10

Rezystory bocznikowe używane do precyzyjnego pomiaru prądu mają zawsze cztery zaciski dla połączeń elektrycznych, chociaż normalne rezystory mają tylko dwa:

Wyjaśnij, co byłoby nie tak z podłączeniem ruchu woltomierza bezpośrednio do tych samych dwóch zacisków, które przewodzą prąd przez rezystor bocznikowy, jak poniżej:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dwuprzewodowe połączenie rezystora bocznikowego nie będzie tak dokładne, jak czteroprzewodowy rezystor bocznikowy, ze względu na rezystancję błądzenia w skręcanym połączeniu między przewodami a korpusem rezystora bocznikowego.

Pytanie dotyczące wyzwania: narysuj schemat pokazujący wszystkie rezystancje błądzące w obwodzie dwużyłowym połączenia bocznikowego, aby wyjaśnić tę koncepcję.

Uwagi:

Choć kilka ułamków omowego "oporu" może nie wydawać się dużo, są one znaczące, gdy kontrastują z już (bardzo) niską opornością korpusu rezystora bocznikowego.

Jedną z trudności konceptualnych, z jakimi borykam się z uczniami przy wielu okazjach, jest zamęt dotyczący tego, ile oporu, napięcia, prądu itp. Stanowi "znaczącą" ilość. Na przykład, uczniowie mówili mi, że różnica między 296, 342.5 omów a 2966, 370.9 omów jest "naprawdę duża", gdy w rzeczywistości jest mniejsza niż dziesięć tysięcznych procent wartości bazowej rezystancji. Uczniowie po prostu odejmują dwa opory i uzyskują 28, 4 omów, a następnie uważają, że "28, 4" jest znaczącą wielkością, ponieważ jest porównywalne z niektórymi innymi wartościami, z którymi mają do czynienia (100 omów, 500 omów, 1000 omów itd.). ).

Odwrotnie, uczniowie mogą nie dostrzec znaczenia kilku setnych wartości omowych błądzących oporów w obwodzie rezystora bocznikowego, gdy cały opór samego rezystora bocznikowego wynosi tylko kilka setnych części omu. Najważniejsze w problemach dokładności jest procent lub błąd, a nie bezwzględna wartość samego błędu. Jest to kolejne praktyczne zastosowanie umiejętności szacowania, które należy wzmacniać przy każdej okazji.

Pytanie 11

Rezystory bocznikowe, o bardzo niskim oporze, są zwykle wytwarzane ze stosunkowo dużych mas metalu. Ich dokładna wytrzymałość jest skalibrowana poprzez proces znany jako przycinanie, w którym technik pobiera metalową teczkę i "przycina" metal z przewodu bocznikowego, aż opór osiągnie prawidłową wartość. To oczywiście działa tylko wtedy, gdy rezystor bocznikowy jest celowo wytwarzany z oporem, który jest zbyt niski. Jak mówi stary dowcip stolarski: "Dwukrotnie przecinam planszę i jest jeszcze za krótko!"

Ponieważ rezystory bocznikowe mają tak niewiarygodnie niskie wartości rezystancji, jak mierzymy opór przecięcia z wysoką dokładnością podczas procesu "przycinania" "# 11"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zbuduj amperomierz i przytnij rezystor bocznikowy w miejscu, z skalibrowaną ilością prądu przez niego.

Uwagi:

Odpowiedź na to pytanie jest pozornie prosta, ale niezwykle praktyczna. Oczywiście, byłoby miło mieć najlepszy możliwy sprzęt do testów i kalibracji dostępny w dowolnym momencie w naszym własnym laboratorium, ale musimy być realistami. Jest niezwykle ważne dla uczniów, aby angażowali się w dyskusję na temat takich problemów z praktycznego punktu widzenia. Twoim zadaniem i przywilejem, jako instruktorem, jest wnoszenie własnego doświadczenia w takie dyskusje i rzucanie wyzwania uczniom realistycznie ograniczającym ich (często) idealistyczne oczekiwania.

Pytanie 12

Ważnym krokiem w budowie dowolnego woltomierza lub amperomierza analogowego jest dokładne określenie oporu cewki ruchu miernika. W metrologii elektrycznej często łatwiej jest uzyskać niezwykle precyzyjne ("standardowe") wartości rezystancji, niż uzyskiwać równie dokładne pomiary napięcia lub prądu. Jedna technika, która może być wykorzystana do określenia rezystancji cewki ruchu miernika bez potrzeby dokładnego pomiaru napięcia lub prądu jest następująca.

Najpierw podłącz szeregowo zmienną rezystancję szeregową szeregowo z regulowanym zasilaniem prądu stałego, a następnie do testowanego ruchu miernika. Dostosuj opór dekady tak, aby ruch miernika przesunął się do pewnego dokładnego punktu w jego skali, najlepiej o skali pełnej (100%). Zapisz ustawienie oporu dekady jako R 1 :

Następnie podłącz znany opór równolegle do zacisków ruchu miernika. Opór ten będzie znany jako Rs, rezystancja bocznikowa . Odchylenie ruchu miernika zmniejszy się, gdy to zrobisz. Ponownie wyreguluj opór dekady, aż ugięcie ruchu miernika powróci do poprzedniego położenia. Zapisz ustawienie rezystancji dekady jako R 2 :

Oporność cewki mechanizmu pomiarowego ( cewka R) można obliczyć według następującego wzoru:

Cewka R = R s


R 2

(R 1 - R 2 )

Twoim zadaniem jest pokazać, skąd pochodzi ta formuła, czerpiąc ją z Prawa Ohma i wszelkich innych równań, które możesz znać do analizy obwodów.

Podpowiedź: w obu przypadkach (dekadowa skrzynia ustawiona na R 1 i ustawiona na R 2 ) napięcie na oporze cewki ruchu miernika jest takie samo, prąd przez ruch miernika jest taki sam, a napięcie zasilania jest takie samo.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jednym miejscem, od którego należy zacząć jest równanie dzielnika napięcia VR = V T ((R / (R T ))) zastosowane do każdego scenariusza obwodu:

Licznik V = R cewka


Cewka R 1 + R

Licznik V = Cewka R || R s


R 2 + (R cewka || R s )

Ponieważ wiemy, że napięcie licznika jest takie samo w obu scenariuszach, możemy ustawić te równania na równe sobie:

R cewka


Cewka R 1 + R

= Cewka R || R s


R 2 + (R cewka || R s )

Uwaga: podwójne paski w powyższym równaniu reprezentują równoległy odpowiednik cewki R i Rs, dla których będziesz miał substytut odpowiedniego wyrażenia matematycznego.

Uwagi:

Problem ten nie jest niczym innym, jak ćwiczeniem z algebry, chociaż służy również do pokazania, jak precyzyjne pomiary elektryczne można uzyskać za pomocą standardowych rezystorów, a nie precyzyjnych woltomierzy lub amperomierzy.

Pytanie 13

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zapisz wszystkie wartości składników przed budową obwodu.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie analizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia, prądu itp.
  6. Dokładnie zmierz te ilości, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystora, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" miernika. Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ, chyba że celem obwodu jest zilustrowanie wpływu obciążenia licznika!

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów biorących udział w kursie "meta-tags hidden-print">

Powiązane narzędzia:

Antena Downtilt i kalkulator pokrycia Microstrip Inductance Calculator Stripline Crosstalk Calculator

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →