Ammeter Design

SC7 Ammeter Design - Shunt Resistance (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ammeter Design

DC Circuite electrice


Intrebarea 1

Ce s-ar întâmpla cu această mișcare a contorului, dacă este conectat direct la o baterie de 6 volți "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00718x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Două lucruri s-ar întâmpla: în primul rând, mișcarea ar fi cel mai probabil afectată de curentul excesiv. În al doilea rând, acul se va deplasa spre stânga în loc de dreapta (așa cum ar trebui în mod normal), deoarece polaritatea este înapoi.

Note:

Atunci când o mișcare electromecanică a contorului este suprasolicitată, determinând acul să "slam" până la capătul extrem al mișcării, acesta este denumit în mod obișnuit "fixarea" contorului. Am văzut mișcări de metru care au fost "ascuțite" atât de grav încât acele sunt îndoite să lovească oprirea!

Bazându-vă pe cunoștințele studenților despre proiectarea mișcării contoarelor, cereți-i să vă spună ce crede că ar putea fi deteriorat într-un incident grav, cum ar fi acesta. Spune-le să fie specifice în răspunsurile lor.

intrebarea 2

Știm că conectarea unei mișcări sensibile a contorului direct în serie cu un circuit de curent înalt este un lucru rău. Deci, vreau să determinați ce componentă (ele) trebuie să fie conectată la mișcarea contorului pentru a limita curentul prin bobină, astfel încât conectarea circuitului în serie cu un circuit cu 1 amper duce la acul contorului deplasându-se exact la pe scară largă.

În diagrama dvs., arătați atât componentele suplimentare, cât și modul în care ansamblul contorului va fi conectat la circuitul bateriei / rezistorului pentru a măsura curentul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: având în vedere domeniul de amplitudine de la 0 la 1 ampermetru creat de rezistorul "shunt" de 0, 4004 Ω, cât de mult curent va înregistra contorul atunci când este conectat în serie cu bateria de 6 volți și rezistența de 6 ohmi "note ascunse" > Note:

Începutul studenților se simte uneori "pierdut" atunci când încearcă să răspundă la o întrebare de genul asta. Ei pot ști cum să aplice legea lui Ohm la un circuit, dar nu știu cum să proiecteze un circuit care folosește legea lui Ohm pentru un anumit scop. Dacă acesta este cazul, puteți să le îndreptați înțelegerea printr-o serie de întrebări, cum ar fi:

De ce mișcarea contorului "fixează" dacă este conectată direct la baterie?
Ce tip de componentă electrică ar putea fi folosit pentru a direcționa curentul spre "depărtare" de mișcare, fără a limita curentul măsurat?
Cum putem conecta această componentă la contor (serie sau paralel)? (Desenați ambele configurații și lăsați elevul să stabilească de la sine care tip de conexiune îndeplinește scopul limitării curentului la contor.)

Următoarea întrebare este destul de interesantă și determină studenții să evalueze cu atenție performanța ampermetrului pe care l-au "creat". La rădăcină, problema este similară cu cea a încărcării cu voltmetru, cu excepția, bineînțeles, că avem de-a face cu ampermetri mai degrabă decât cu voltmetri.

Întrebarea 3

Determinați domeniul de măsură al acestui ampermetru:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Intervalul = 500 mA

Note:

Determinarea gamei pentru acest ammeter este pur și simplu un exercițiu în Legea lui Ohm. Este foarte important ca elevii dvs. să recunoască valoarea rezistorului de șunt ca fiind în milli ohmi și nu Mega ohms! Da, există o diferență între litera "m" și majusculă "M"!

Întrebarea 4

Ce se va întâmpla cu funcția acestui circuit ampermetru, dacă firul marcat în ilustrație nu va fi deschis "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00732x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă firul ar fi eșuat, ampermetrul nu ar răspunde deloc la nici o cantitate de curent de intrare.

Note:

Unii studenți ar putea crede că ampermetrul nu va răspunde deloc la o rezistență deschisă, deoarece aceștia asociază defectele "deschise" cu lipsa curentului și lipsa curentului cu răspuns zero de la mișcarea contorului. O examinare atentă a circuitului, totuși, arată că se va întâmpla contrariul exact.

Întrebarea 5

Ce se va întâmpla cu funcția acestui circuit de ampermetru, dacă rezistența lui ar fi deschisă?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă rezistența ar fi eșuată, ampermetrul ar deveni mult mai sensibil.

Note:

Unii studenți ar putea crede că ampermetrul nu va răspunde deloc la o rezistență deschisă, deoarece aceștia asociază defectele "deschise" cu lipsa curentului și lipsa curentului cu răspuns zero de la mișcarea contorului. O examinare atentă a circuitului, totuși, arată că se va întâmpla contrariul exact.

Întrebarea 6

Afișat aici este un circuit de ampermetru cu un tip special de selector, numit selector make-before-break :

Acest tip special de comutator selector este important să aveți într-un circuit de ampermetru cum ar fi cel prezentat mai sus. Dacă am construi un astfel de ampermetru similar folosind un comutator normal ( break-before-make ), contorul ar fi susceptibil să se deterioreze în timpul utilizării normale:

Explicați de ce primul design al circuitului este superior celui de-al doilea și ce formă de utilizare s-ar dovedi vătămătoare pentru cel de-al doilea design (dar nu și pentru primul).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tipul de utilizare care ar putea deteriora cel de-al doilea, dar nu primul, variază în timp ce măsoară curentul.

Note:

O altă soluție a problemei spargere înainte de a face este să utilizați mai degrabă un circuit de șuntare inelar decât să aveți o rezistență independentă pentru fiecare domeniu de măsurare curent.

Întrebarea 7

În mod ideal, ar trebui ca un ampermetru să aibă o rezistență de intrare foarte mică sau o rezistență de intrare foarte mare (rezistența la intrare fiind cantitatea de rezistență electrică intrinsecă a contorului, măsurată între conductorii de testare) "# 7"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

În mod ideal, un ampermetru ar trebui să aibă cea mai mică cantitate posibilă de rezistență la intrare. Acest lucru este important atunci când se utilizează pentru a măsura curentul în circuite care conțin rezistență mică.

Note:

Răspunsul la această întrebare este legat de principiul foarte important al încărcării metrului . Tehnicienii, în special, trebuie să fie foarte conștienți de încărcarea contorului și de măsurarea măsurătorilor eronate. Răspunsul este, de asemenea, legat de modul în care ampermetrele sunt conectate cu circuitele testate: întotdeauna în serie!

Întrebarea 8

Pentru orice domeniu de măsurare curent, ce parametru (e) de proiectare al unui ampermetru electromecanic influențează rezistența la intrare? Cu alte cuvinte, pentru a aborda rezistența de intrare "ideală" a unui ampermetru, pentru orice domeniu dat, ce valori componente sunt optime?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pentru a obține cea mai mică rezistență posibilă la intrare, fără a schimba domeniul ampermetrului, aveți nevoie de o mișcare a contorului cu o valoare minimă a curentului la scară redusă și cu o cantitate minimă de rezistență la bobină.

Întrebare de provocare: este posibil să se îmbunătățească performanța unei mișcări de măsurare a ampermetrului, conform recomandărilor date aici, adăugând rezistențe la acesta? Dacă da, cum?

Note:

Dacă elevii dvs. au studiat deja proiectarea voltmetrului, este posibil să doriți să le cereți să compare factorul (unic) de design care influențează sensibilitatea ("ohmi-per-volt") într-un voltmetru electromecanic cu cei doi factori enumerați în răspunsul la această întrebare. De ce rezistența bobinei de mișcare a contorului nu este un factor în sensibilitatea voltmetrului, dar este în sensibilitatea ampermetrului? Provocați studenților noștri această întrebare, oferindu-i acestora câteva exemple de circuite voltmetru și circuite ampermetru cu rezistențe diferite ale bobinei. Lăsați-i să-și dea seama cum să înființeze problemele, mai degrabă decât să vă confruntați cu problemele pentru ei!

Unii studenți pot sugera că rezistența eficientă la bobină a mișcării unui contor poate fi scăzută prin adăugarea unei rezistențe la șunt în interiorul mișcării. Dacă cineva propune această soluție, lucrați prin calculele unui circuit ampermetru de exemplu pe tabla cu clasa și vedeți ce efect are!

Întrebarea 9

Rezistoarele de șunt sunt adesea folosite ca dispozitive de măsurare a curentului, deoarece sunt proiectate să scadă cantități foarte precise de tensiune, deoarece curenții electrici mari trec prin ele. Prin măsurarea cantității de tensiune scăzută de un rezistor de șunt, veți putea determina cantitatea de curent care trece prin ea:

Să presupunem că o rezistență la șunt este etichetată cu următoarea notă: 150 A, 50 mV . Care este rezistența acestui șunt, în ohmi "# 9"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Notă metrică: 333, 3 μΩ

Notă științifică: 3.333 × 10 -4 Ω

Notă zecimală simplă: 0.0003333 Ω

Note:

Întrebați elevii dvs. cum cred că un rezistor ar putea fi făcut cu o rezistență atât de mică (o mică parte a unui ohm!). Ce cred că ar arăta un rezistor de șunt în viața reală? Dacă întâmpinați un rezistor de șunt disponibil în clasă, arătați-i studenților dvs. după ce își exprimă opiniile asupra construcției.

Întrebarea 10

Rezistoarele de șuntare folosite pentru măsurarea curentului de precizie au întotdeauna patru terminale pentru conexiunile electrice, chiar dacă rezistențele normale au numai două:

Explicați ce ar fi în neregulă cu conectarea mișcării voltmetrului direct la aceleași două terminale care conduc curentul ridicat prin intermediul rezistorului de șunt, cum ar fi:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

O conexiune rezistoare cu două fire de șunt nu va fi la fel de precisă ca o rezistență de șuncă cu patru fire, datorită rezistenței de rulare în interiorul conexiunii cu șuruburi între fire și corpul rezistorului de șunt.

Întrebare la întrebare: trageți o schemă schematică care să arate toate rezistențele fără rost în circuitul de conectare cu două fire, pentru a clarifica conceptul.

Note:

Deși câteva fracții ale unui ohm de rezistență "rătăcită" ar putea să nu pară prea mult, ele sunt semnificative atunci când se opun rezistenței joase (foarte) scăzute a corpului rezistenței de șunt.

Una dintre dificultățile conceptuale pe care le-am întâlnit cu studenții în numeroase ocazii este confuzia cu privire la câtă rezistență, tensiune, curent etc. reprezintă o sumă "semnificativă". De exemplu, elevii mi-au spus că diferența dintre 296, 342, 5 ohmi și 296, 370, 9 ohmi este "foarte mare", când de fapt este mai mică de zece mii de procente din valorile rezistenței de bază. Elevii scot pur și simplu cele două rezistențe și obțin 28, 4 ohmi, apoi cred că "28, 4" este o cantitate semnificativă, deoarece este comparabilă cu unele dintre celelalte valori pe care le sunt folosite pentru a face față (100 ohmi, 500 ohmi, 1000 ohms etc. ).

Dimpotrivă, elevii ar putea să nu înțeleagă semnificația a câteva sute de ohmi de rezistență fără sens în circuitul rezistorului de șunt, când întreaga rezistență a rezistenței de șunt este în sine doar câteva sute de ohmi. Ceea ce contează cel mai mult în problemele de precizie este procentul sau eroarea, nu valoarea absolută a erorii în sine. Aceasta este o altă aplicație practică de estimare a aptitudinilor, pe care ar trebui să o consolidați cu fiecare ocazie.

Întrebarea 11

Rezistențele la șunt, având o rezistență foarte redusă, sunt de obicei realizate din mase relativ mari de metal. Rezistența lor precisă este calibrată printr-un proces cunoscut sub numele de tundere, în cazul în care un tehnician ia un fișier de metal și "împodobește" metalul de la conductorul de șunt până când rezistența atinge valoarea sa corectă. Acest lucru, desigur, funcționează numai dacă rezistorul de derivație este fabricat intenționat cu o rezistență prea mică. La fel ca glumă veche tâmplar, "am tăiat tabla de două ori și este încă prea scurt!"

Deoarece rezistențele de derivație au valori de rezistență foarte scăzute, cum putem măsura rezistența unui șunt cu precizie ridicată în timpul procesului de "tăiere" "# 11"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Construiți ampermetrul și tăiați rezistorul de șunt în loc, cu o cantitate calibrată de curent prin el.

Note:

Răspunsul la această întrebare este înșelător de simplu, dar extrem de practic. Sigur, ar fi frumos să avem la dispoziție, în orice moment, în laboratorul propriu, cele mai bune echipamente de testare și etalonare, dar trebuie să fim realiste. Este extrem de important pentru elevii dvs. să se angajeze în discuții despre astfel de probleme din punct de vedere practic. Este sarcina și privilegiul dvs. ca instructor să vă aduci propria experiență într-o astfel de discuție și să-i provocați pe studenți cu obstacole realiste față de așteptările lor (adesea) idealiste.

Întrebarea 12

Un pas important în construirea unui voltmetru analog sau a unui ampermetru este de a determina cu acuratețe rezistența bobinei la mișcarea contorului. În metrologia electrică, este adesea mai ușor să se obțină valori de rezistență extrem de precise ("standard") decât să se obțină măsurători de tensiune sau curent la fel de precise. O tehnică care poate fi utilizată pentru a determina rezistența bobinei la o mișcare a contorului fără a fi nevoie să se măsoare precis tensiunea sau curentul este după cum urmează.

Mai întâi, conectați un tip de rezistență variabilă dintr-o cutie de decadă în serie cu o sursă de alimentare CC controlată, apoi cu mișcarea măsurătorii care urmează să fie testată. Reglați rezistența cutiei de decadă astfel încât mișcarea contorului să se deplaseze într-un punct precis pe scală, de preferință pe scara întregă (100%). Înregistrați setarea de rezistență a casetei de deceniu ca R 1 :

Apoi conectați o rezistență cunoscută în paralel cu terminalele mișcării contorului. Această rezistență va fi cunoscută sub numele de R s, rezistența șuntului . Deformarea mișcării contorului va scădea atunci când faceți acest lucru. Re-reglați rezistența cutiei de deceniu până când devierea deplasării contorului revine la locul său anterior. Înregistrați setarea de rezistență a casetei de deceniu ca R 2 :

Rezistența la bobina de mișcare a contorului ( bobină R) poate fi calculată după următoarea formulă:

R coil = R s


R2

(R1-R2)

Sarcina dvs. este de a arăta de unde provine această formulă, derivând-o din Legea lui Ohm și din orice alte ecuații pe care ați putea fi familiarizați cu analiza circuitului.

Sugestie: în ambele cazuri (decupați caseta setată la R 1 și setată la R 2 ), tensiunea pe rezistența bobinei mersului este aceeași, curentul prin mersul contorului este același, iar tensiunea de alimentare este aceeași.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un loc unde trebuie să începem este ecuația de divizor de tensiune, V R = V T ((R / (R T ))) aplicată la fiecare scenariu de circuit:

V metru = R coil


R 1 + R coil

V metru = R coil || R s


R2 + (R coil || R s )

Din moment ce știm că tensiunea contorului este aceeași în cele două scenarii, este posibil să setăm aceste ecuații la fel:

R coil


R 1 + R coil

= R coil || R s


R2 + (R coil || R s )

Notă: barele duble din ecuația de mai sus reprezintă echivalentul paralel al bobinei R și R s, pentru care veți înlocui expresia matematică corespunzătoare.

Note:

Această problemă nu este altceva decât un exercițiu algebric, deși servește și pentru a arăta cum pot fi obținute măsurători electrice de precizie prin utilizarea unor rezistențe standard mai degrabă decât a unor voltmetre sau ampermetre precise.

Întrebarea 13

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Cu atenție măsurați și înregistrați toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii, curentului etc.
  6. Măriți cu atenție aceste cantități, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Evitați valorile rezistorului foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului. Vă recomandăm rezistențe între 1 kΩ și 100 kΩ, cu excepția cazului în care, desigur, scopul circuitului este de a ilustra efectele încărcării contoarelor!

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă iau cursul "meta-etichete ascunse-tipărite">

Instrumente asociate:

Antena Downtilt și acoperire Calculator Microstrip Inductance Calculator Stripline Crosstalk Calculator

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →