Ammeter design

SC7 Ammeter Design - Shunt Resistance (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ammeter design

DC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Hvad ville der ske med denne målerbevægelse, hvis den blev tilsluttet direkte til et 6 volts batteri? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00718x01.png ">

Reveal svar Skjul svar

To ting ville ske: For det første ville bevægelsen højst sandsynligt blive beskadiget af for stor strøm. For det andet vil nålen flytte til venstre i stedet for højre (som det normalt burde), fordi polariteten er bagud.

Bemærkninger:

Når en elektromekanisk meter bevægelse overstyres, hvilket forårsager, at nålen "slam" helt til en ekstrem ende af bevægelsen, kaldes den almindeligvis som "pegging" måleren. Jeg har set meter bevægelser, der er blevet "pegged" så slemt, at nåle er bøjet fra at ramme stop!

Baseret på dine elevernes kendskab til målebevægelsesdesign, bede dem om at fortælle dig, hvad de mener, kan blive beskadiget i en alvorlig overstyrkehændelse som denne. Fortæl dem at være specifikke i deres svar.

Spørgsmål 2

Vi ved, at forbinder en følsom meter bevægelse direkte i serie med et høj-strøm kredsløb er en dårlig ting. Så jeg vil gerne have dig til at bestemme, hvilken anden komponent (er) der skal forbindes med målerens bevægelse for at begrænse strømmen gennem sin spole, så at tilslutningen af ​​kredsløbet i serie med en 1-amp-krets resulterer i, at målerens nål bevæger sig nøjagtigt til fuld skala position.

I dit diagram viser både den ekstra komponent (er) og den måde, hvorpå måleraggregatet vil blive forbundet til batteri- / modstandskredsløbet for at måle strøm.

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Givet 0 til 1 amp afstanden af ​​ammeteret skabt af 0.4004 Ω "shunt" modstanden, hvor meget strøm vil måleren faktisk registrere, når den er tilsluttet i serie med 6 volt batteriet og 6 ohm modstanden "noter skjult" > Bemærkninger:

Begyndende studerende føler sig undertiden "tabte", når de forsøger at besvare et spørgsmål som dette. De kan vide, hvordan man anvender Ohms lov til et kredsløb, men de ved ikke, hvordan man designer et kredsløb, der gør brug af Ohms lov til et bestemt formål. Hvis dette er tilfældet, kan du rette deres forståelse gennem en række spørgsmål som dette:

Hvorfor måler bevægelsen "peg", hvis den er direkte forbundet med batteriet?
Hvilken type elektrisk komponent kan bruges til at strømme "væk" fra bevægelsen uden at begrænse den målte strøm?
Hvordan kan vi forbinde denne komponent til måleren (serie eller parallel)? (Tegn begge konfigurationer og lad eleverne bestemme for sig selv hvilket tilslutningsmønster der opfylder målet om at begrænse strømmen til måleren.)

Opfølgningsspørgsmålet er ganske interessant, og får eleverne til omhyggeligt at vurdere præstationen af ​​det ammeter, de har "skabt". Ved roden svarer problemet til voltmeterbelastningen, bortset fra selvfølgelig, at vi beskæftiger os med ammetere her i stedet for voltmetre.

Spørgsmål 3

Bestem måleområdet for dette ammeter:

Reveal svar Skjul svar

Område = 500 mA

Bemærkninger:

Det er simpelthen en øvelse i Ohms lov at bestemme afstanden for dette ammeter. Det er meget vigtigt, at dine elever genkender shunt-modstandens værdi som værende i milli ohm og ikke Mega ohm! Ja, der er en forskel mellem et lille bogstav "m" og et stort bogstav "M"!

Spørgsmål 4

Hvad vil der ske med funktionen af ​​dette ammeter kredsløb, hvis ledningen markeret i illustrationen skulle svigte åben "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00732x01.png">

Reveal svar Skjul svar

Hvis ledningen skulle svigte åben, ville ammeteret slet ikke svare til en hvilken som helst mængde indgangsstrøm.

Bemærkninger:

Nogle studerende tror måske, at ammeteret ikke vil reagere overhovedet med en åben modstand, fordi de forbinder "åbne" fejl med mangel på strøm og mangel på strøm med nulrespons fra målerens bevægelse. Omhyggelig undersøgelse af kredsløbet afslører imidlertid, at det nøjagtige modsatte vil ske.

Spørgsmål 5

Hvad sker der med funktionen af ​​dette ammeterkredsløb, hvis dens modstand skulle svigte åben?

Reveal svar Skjul svar

Hvis modstanden skulle svigte åben, ville ammeteret blive meget mere følsomt.

Bemærkninger:

Nogle studerende tror måske, at ammeteret ikke vil reagere overhovedet med en åben modstand, fordi de forbinder "åbne" fejl med mangel på strøm og mangel på strøm med nulrespons fra målerens bevægelse. Omhyggelig undersøgelse af kredsløbet afslører imidlertid, at det nøjagtige modsatte vil ske.

Spørgsmål 6

Vist her er et ammeter kredsløb med en speciel type vælgerkontakt, kaldet en pre-break- vælger:

Denne særlige type vælgerkontakt er vigtig for at have i et amperamerkredsløb som det ovenstående. Hvis vi skulle opbygge et lignende lignende ammeter ved hjælp af en normal ( break-before-make ) vælgerkontakt, ville måleren være udsat for skade under normal brug:

Forklar, hvorfor det første kredsløbsdesign er overlegen i forhold til det andet, og hvilken form for brug ville være skadeligt for det andet design (men ikke til den første).

Reveal svar Skjul svar

Den type brug, der ville beskadige den anden meter, men ikke den første, ændrer områderne under måling af strømmen.

Bemærkninger:

En anden løsning på break-before-make problemet er at bruge et ring shunt kredsløb i stedet for at have en uafhængig rækkevidde modstand for hver nuværende måleområde.

Spørgsmål 7

Ideelt set bør et ammeter have en meget lav indgangsresistens eller en meget høj indgangsresistens (indgangsbestandighed er mængden af ​​elektrisk modstand i sig selv som måles mellem dens testledere) "# 7"> Reveal svar Skjul svar

Ideelt set bør et ammeter være det mindst mulige inputmængde. Dette er vigtigt, når du bruger det til at måle strøm i kredsløb med lille modstand.

Bemærkninger:

Svaret på dette spørgsmål er relateret til det meget vigtige princip for målerindlæsning . Teknikere skal især være meget opmærksomme på målerindlæsning, og hvordan fejlmålinger kan skyldes det. Svaret er også relateret til, hvordan ammetere er forbundet med kredsløbene under test: altid i serie!

Spørgsmål 8

Hvilken designparameter (r) for et elektromekanisk ammeter for et givet interval af strømmåling påvirker dens indgangsresistens? Med andre ord, hvilke komponentværdier er optimale for at nå frem til den "ideelle" inputmodstand for et ammeter, for et givet interval?

Reveal svar Skjul svar

For at opnå den lavest mulige indgangsbestandighed, uden at ændre amperemeterens rækkevidde, har du brug for en målerbevægelse med en minimal fuldskalaestrøm og en minimal spolebestandighed.

Udfordringsspørgsmål: Er det muligt at forbedre ydelsen af ​​en ammeterens målerbevægelse ifølge de anbefalinger, der er givet her, ved at tilføje modstande til det? Hvis ja, hvordan?

Bemærkninger:

Hvis dine elever allerede har studeret voltmeter design, vil du måske bede dem om at sammenligne den (enkelt) designfaktor der påvirker følsomheden ("ohms-volt") i et elektromekanisk voltmeter med de to faktorer, der er angivet i svaret på dette spørgsmål. Hvorfor er målerens bevægelsespole modstand ikke en faktor i føleren følsomhed, men er det i føleren følsomhed? Udfordre dine elever med dette spørgsmål ved at få dem til at foreslå nogle eksempel voltmeter kredsløb og ammeter kredsløb med forskellige spole modstande. Lad dem finde ud af, hvordan man konfigurerer problemerne, snarere end at oprette problemerne for dem!

Nogle studerende kan foreslå, at den effektive spolebestandighed af en målerbevægelse kan formindskes ved tilføjelse af en shuntresistens inde i bevægelsen. Hvis nogen foreslår denne løsning, arbejder du gennem beregningerne af et eksempel ammeter kredsløb på tavlen med klassen og se, hvad effekten er!

Spørgsmål 9

Shunt modstande anvendes ofte som strømmåleindretninger, idet de er designet til at tabe meget præcise mængder spænding, da store elektriske strømme passerer gennem dem. Ved at måle mængden af ​​spænding faldet af en shunt modstand, vil du være i stand til at bestemme mængden af ​​strøm går igennem det:

Antag at en shuntresistens er mærket med følgende rating: 150 A, 50 mV . Hvad er modstanden af ​​denne shunt, i ohm "# 9"> Reveal svar Skjul svar

Metrisk notation: 333, 3 μΩ

Videnskabelig notation: 3, 333 × 10 -4 Ω

Almindelig decimaltegn: 0.0003333 Ω

Bemærkninger:

Spørg dine elever, hvordan de tror, ​​at en modstand kan laves med en sådan lav modstand (en lille smule af en ohm!). Hvad tror de, en shunt modstand ville se ud i det virkelige liv? Hvis du tilfældigvis har en shunt modstand tilgængelig i dit klasseværelse, skal du vise det til dine elever, efter at de har givet udtryk for deres mening om dens konstruktion.

Spørgsmål 10

Shunt- modstande anvendt til præcisionsstrømsmåling har altid fire terminaler til de elektriske forbindelser, selv om normale modstande kun har to:

Forklar, hvad der ville være forkert ved at forbinde voltmeterbevægelsen direkte til de samme to terminaler, der fører høj strøm gennem shuntmotstanden, som denne:

Reveal svar Skjul svar

En to-wire shunt-modstandsforbindelse vil ikke være lige så præcis som en fire-wire shunt-modstand på grund af svigtet modstand i den boltede forbindelse mellem ledningerne og shuntmodstandens krop.

Udfordringsspørgsmål: Tegn et skematisk diagram, der viser alle modstandsdygtige modstandsdygtigheder inden for to-wire shunt-forbindelseskredsløbet for at præcisere konceptet.

Bemærkninger:

Selv om nogle få fraktioner af en "modstridende" modstands ohm ikke virker som meget, er de signifikante, når de står i modsætning til den allerede (meget) lave modstand af shunt-modstandens krop.

En af de konceptuelle problemer, jeg har oplevet med eleverne ved flere lejligheder, er forvirring over, hvor meget modstand, spænding, strøm osv. Udgør en "betydelig" mængde. For eksempel har jeg fået eleverne fortalt mig, at forskellen mellem 296.342, 5 ohm og 296.370, 9 ohm er "rigtig stor", når det faktisk er mindre end ti tusindedele af procent af basismodstandsværdierne. Studerende subtraherer simpelthen de to modstande og opnår 28, 4 ohm, så tror at "28.4" er en betydelig mængde, fordi den er sammenlignelig med nogle af de andre værdier, de er vant til at håndtere (100 ohm, 500 ohm, 1000 ohm osv. ).

Omvendt kan eleverne mislykkes i at se betydningen af ​​et par hundrededele af en ohm af stridsmodstand i et shunt-modstandskredsløb, når hele modstanden af ​​shunt-modstanden selv er kun få hundredeedele af en ohm. Det der betyder mest i problemer med nøjagtighed er procentdelen eller fejlen, ikke den absolutte værdi af fejlen selv. Dette er en anden praktisk anvendelse af estimeringsfærdigheder, som du bør styrke ved enhver lejlighed.

Spørgsmål 11

Shunt modstande, der er meget lave i modstand, er normalt lavet af relativt store masser af metal. Deres præcise modstand er kalibreret gennem en proces, der kaldes trimning, hvor en tekniker tager en metalfil og "trimmer" metal fra shunt-lederen, indtil modstanden når sin korrekte værdi. Dette fungerer selvfølgelig kun, hvis shuntmodstanden forsætligt fremstilles med en modstand, som er for lav. Som den gamle snedkerens vittighed går, "Jeg skære brættet to gange, og det er stadig for kort!"

At være, at shunt-modstande har sådanne utrolig lave modstandsværdier, hvordan måler vi en shuntresistens med høj nøjagtighed under "trimning" -processen "# 11"> Reveal svar Skjul svar

Byg ammeteret og trim shuntmodstanden på plads med en kalibreret strømstyrke gennem den.

Bemærkninger:

Svaret på dette spørgsmål er vildledende enkelt, men alligevel meget praktisk. Visst, det ville være rart at have det bedst mulige test- og kalibreringsudstyr til enhver tid i vores eget laboratorium, men vi skal være realistiske. Det er yderst vigtigt for dine elever, at de diskuterer om problemer som dette fra et praktisk perspektiv. Det er din opgave og dit privilegium som instruktør at bringe din egen erfaring i sådanne diskussioner og udfordre eleverne med realistiske hindringer for deres (ofte) idealistiske forventninger.

Spørgsmål 12

Et vigtigt skridt i at opbygge et analogt voltmeter eller ammeter er at bestemme omdrejningsværdien af ​​målerens bevægelse nøjagtigt. I elektrisk metrologi er det ofte lettere at opnå ekstremt præcise ("standard") resistensværdier end det er at opnå lige præcise spændings- eller aktuelle målinger. En teknik, der kan bruges til at bestemme en modstands bevægelsespåvirkning uden at måle spændingen eller strømmen nøjagtigt, er som følger.

Forbind først en tiårs boks type variabel modstand i serie med en reguleret DC strømforsyning og derefter til målerbevægelsen, der skal testes. Juster decenniumboksen modstand, så målerens bevægelse bevæger sig til et bestemt punkt på skalaen, fortrinsvis fuldskalaen (100%). Optag tiårets modstandsindstilling som R 1 :

Tilslut derefter en kendt modstand parallelt med målerbevægelsens terminaler. Denne modstand vil blive kendt som Rs, shuntresistansen . Mønsterbevægelsens afbøjning vil falde, når du gør dette. Juster tiårkassens modstand igen, indtil målerens bevægelsesafbøjning vender tilbage til sit tidligere sted. Optag tiårets modstandsindstilling som R2:

Målerbevægelsens spolebestandighed (R- spole ) kan beregnes efter denne formel:

R spole = R s


R2

(R1 - R2)

Din opgave er at vise, hvor denne formel kommer fra, udlede den fra Ohms lov og uanset andre ligninger, som du måske er bekendt med til kredsløbsanalyse.

Hint: I begge tilfælde (tiårs boks sat til R1 og sat til R2) er spændingen over målerens bevægelsespole modstand ens, strømmen gennem målerens bevægelse er den samme, og strømforsyningsspændingen er den samme.

Reveal svar Skjul svar

Et sted at starte fra er spændingsdelingsligningen, V R = V T ((R / (R T ))) anvendt på hvert kredsløbsscenario:

V meter = R spole


R 1 + R- spole

V meter = R spole || R s


R2 + (R- spole || R s )

Da vi ved, at målerens spænding er den samme i de to scenarier, kan vi sætte disse ligninger til hinanden:

R spole


R 1 + R- spole

= R spole || R s


R2 + (R- spole || R s )

Bemærk: Dobbeltsøjlerne i ovenstående ligning repræsenterer den parallelle ækvivalent af R- spolen og R s, for hvilken du vil få erstatningen det passende matematiske udtryk.

Bemærkninger:

Dette problem er ikke andet end en øvelse i algebra, selv om det også viser, hvordan præcision elektriske målinger kan opnås ved at bruge standard modstande i stedet for præcise voltmetre eller ammetere.

Spørgsmål 13

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbsopbygningen.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle værdier af spænding, strøm osv.
  6. Mål forsigtigt disse mængder for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

Undgå meget høje og meget lave modstand værdier for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading". Jeg anbefaler modstande mellem 1 kΩ og 100 kΩ, medmindre selvfølgelig formålet med kredsløbet er at illustrere effekten af ​​målerindlæsning!

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med de studerende at tage dit kursus "meta-tags hidden-print">

Relaterede værktøjer:

Antenne Downtilt og Coverage Calculator Microstrip Inductance Calculator Stripline Crosstalk Calculator

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →