Ammeter Design

SC7 Ammeter Design - Shunt Resistance (Kan 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ammeter Design

DC elektriske kretser


Spørsmål 1

Hva skjer med denne målerbevegelsen, hvis den er koblet direkte til et 6 volts batteri? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00718x01.png ">

Avslør svar Skjul svar

To ting vil skje: For det første vil bevegelsen mest sannsynlig bli skadet fra for mye strøm. For det andre vil nålen bevege seg til venstre i stedet for høyre (som det normalt burde), fordi polariteten er bakover.

Merknader:

Når en elektromekanisk målerbevegelse overstyres, og forårsaker at nålen "slam" helt til en ekstreme bevegelsesendring, kalles den ofte som "pegging" måleren. Jeg har sett meterbevegelser som har blitt "festet" så ille at nålene er bøyd fra å treffe stoppet!

Basert på studentens kunnskap om målerbevegelsesdesign, be dem om å fortelle deg hva de tror kan bli skadet i en alvorlig overkrafthendelse som dette. Fortell dem om å være spesifikke i deres svar.

Spørsmål 2

Vi vet at det å knytte en sensitiv målerbevegelse direkte i serie med en høystrømskrets er en dårlig ting. Så, jeg vil at du skal bestemme hvilken annen komponent (e) som skal kobles til målerbevegelsen for å begrense strømmen gjennom sin spole, slik at tilkobling av kretsen i serie med en 1-amp krets resulterer i at målerens nål beveger seg nøyaktig til fullskala posisjon.

I diagrammet ditt skal du vise både den ekstra komponenten (e) og måten måleren monteres på på batteri / motstandskretsen for å måle strømmen.

Avslør svar Skjul svar

Oppfølgingsspørsmål: Gitt 0 til 1 amp rekkevidde av ammeteret opprettet av 0.4004 Ω "shunt" motstand, hvor mye strøm vil måleren faktisk registrere når den er koblet i serie med 6 volt batteriet og 6 ohm motstand "notater skjult" > Notater:

Begynnende studenter føler seg ofte "tapt" når de prøver å svare på et spørsmål som dette. De kan vite hvordan man søker Ohms lov til en krets, men de vet ikke hvordan man skal designe en krets som gjør bruk av Ohms lov til et bestemt formål. Hvis dette er tilfelle, kan du lede sin forståelse gjennom en rekke spørsmål som dette:

Hvorfor måler bevegelsen "peg" hvis den er direkte koblet til batteriet?
Hvilken type elektrisk komponent kan brukes til å føre strømmen "bort" fra bevegelsen, uten å begrense den målte strømmen?
Hvordan kan vi koble denne komponenten til måleren (serie eller parallell)? (Tegn begge konfigurasjonene og la studenten bestemme seg selv hvilket tilkoblingsmønster som oppfyller målet om å begrense strømmen til måleren.)

Oppfølgingsspørsmålet er ganske interessant, og fører til at studentene nøye vurderer ytelsen til ammeteret de har "skapt". Ved rot er problemet likt det som gjelder for voltmeterbelastning, bortsett fra selvfølgelig at vi har å gjøre med ammetere her i stedet for voltmetere.

Spørsmål 3

Bestem målområdet for dette ammeteret:

Avslør svar Skjul svar

Område = 500 mA

Merknader:

Å bestemme rekkevidden for dette ammeteret er ganske enkelt en øvelse i Ohms lov. Det er svært viktig at studentene gjenkjenner shuntmotstandens verdi som å være i milli ohm og ikke Mega ohm! Ja, det er forskjell mellom en bokstav "m" og et stort bokstav "M"!

Spørsmål 4

Hva skjer med denne ammeterkretsens funksjon, hvis ledningen merket i illustrasjonen skulle mislykkes? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00732x01.png">

Avslør svar Skjul svar

Hvis ledningen skulle mislykkes, ville ammeteret ikke reagere i det hele tatt til en hvilken som helst mengde inngangsstrøm.

Merknader:

Noen studenter tror kanskje at ammeteret ikke vil reagere i det hele tatt med en åpen motstand, fordi de forbinder "åpne" feil med mangel på strøm og mangel på strøm med null respons fra målerbevegelsen. Forsiktig undersøkelse av kretsen viser imidlertid at nøyaktig motsatt vil skje.

Spørsmål 5

Hva skjer med denne ammeterkretsen, hvis motstanden skulle mislykkes?

Avslør svar Skjul svar

Hvis motstanden skulle mislykkes, ville ammeteret bli mye mer følsomt.

Merknader:

Noen studenter tror kanskje at ammeteret ikke vil reagere i det hele tatt med en åpen motstand, fordi de forbinder "åpne" feil med mangel på strøm og mangel på strøm med null respons fra målerbevegelsen. Forsiktig undersøkelse av kretsen viser imidlertid at nøyaktig motsatt vil skje.

Spørsmål 6

Vist her er en ammeter krets med en spesiell type selector bryter, kalt en pre-break bryter :

Denne spesielle typen velgbryter er viktig å ha i en ammeterkrets som den som er vist ovenfor. Hvis vi skulle bygge et slikt likestrømmåler ved hjelp av en vanlig bryter-bryter- bryter, ville apparatet være utsatt for skade under normal bruk:

Forklar hvorfor den første kretsutformingen er overlegen til den andre, og hvilken form for bruk ville være skadelig for det andre designet (men ikke til det første).

Avslør svar Skjul svar

Typen av bruk som ville skade den andre måleren, men ikke den første, er å endre rekkevidde mens du måler strøm.

Merknader:

En annen løsning på pause-for-make-problemet er å bruke en ring shunt- krets i stedet for å ha en uavhengig rekkevidde motstand for hvert nåværende måleområde.

Spørsmål 7

Ideelt sett bør en ammeter ha en svært lav inngangsbestandighet, eller en svært høy inngangsbestandighet (inngangsbestandighet er mengden elektrisk motstand iboende til måleren, målt mellom sine testledere) "# 7"> Avslør svar Skjul svar

Ideelt sett bør en ammeter ha den minste mengden av inngangsresistens mulig. Dette er viktig når du bruker det til å måle strøm i kretser som inneholder liten motstand.

Merknader:

Svaret på dette spørsmålet er relatert til det meget viktige prinsippet om målerlasting . Teknikere, spesielt, må være veldig oppmerksomme på målerbelastning, og hvordan feilaktige målinger kan skyldes det. Svaret er også relatert til hvordan ammeters er forbundet med kretsene under test: alltid i serie!

Spørsmål 8

For et aktuelt område av nåværende måling, påvirker hvilken designparameter (e) av et elektromekanisk ammeter dens inngangsbestandighet? Med andre ord, for å få tilgang til den "ideelle" inngangsbestandigheten til et ammeter, for hvilken som helst rekkevidde, hvilke komponentverdier er optimale?

Avslør svar Skjul svar

For å oppnå lavest mulig inngangsbestandighet, uten å endre ammeterets rekkevidde, trenger du en målerbevegelse med en minimum fullverdig nåværende vurdering og en minimal spolebestandighet.

Utfordringsspørsmål: Er det mulig å forbedre ytelsen til en ammeterens målerbevegelse, i henhold til anbefalingene gitt her, ved å legge til motstander til den? Hvis ja, hvordan?

Merknader:

Hvis elevene dine allerede har studert voltmeterdesign, vil du kanskje be dem om å sammenligne den (enkle) designfaktoren som påvirker følsomheten ("ohms-volt") i et elektromekanisk voltmeter med de to faktorene som er oppført i svaret på dette spørsmålet. Hvorfor er målerbevegelsesspolen motstand ikke en faktor i føleren følsomhet, men det er i ammeter følsomhet? Utfordre elevene dine med dette spørsmålet ved å få dem til å foreslå noen eksempel voltmeter kretser og ammeter kretser med forskjellige spole motstander. La dem finne ut hvordan du setter opp problemene, i stedet for å sette opp problemene for dem!

Noen studenter kan foreslå at den effektive spolmotstanden til en målerbevegelse kan bli redusert med tillegg av en shuntmotstand inne i bevegelsen. Hvis noen foreslår denne løsningen, arbeid gjennom beregningene av et eksempel ammeter krets på tavla med klassen og se hva effekten er!

Spørsmål 9

Shuntmotstander brukes ofte som strømmåleanordninger, ved at de er utformet for å slippe svært presise mengder spenning da store elektriske strømmer passerer gjennom dem. Ved å måle mengden spenning falt av en shunt motstand, vil du kunne bestemme mengden strøm som går gjennom det:

Anta at en shuntmotstand er merket med følgende vurdering: 150 A, 50 mV . Hva er motstanden til denne shunten, i ohm "# 9"> Reveal svar Skjul svar

Metrisk notasjon: 333, 3 μΩ

Vitenskapelig notasjon: 3, 333 × 10 -4 Ω

Vanlig desimaltall: 0.0003333 Ω

Merknader:

Spør elevene hvordan de tror en motstand kan bli laget med en så lav motstand (en liten brøkdel av en ohm!). Hva tror de en shunt motstand ville se ut i virkeligheten? Hvis du har en shunt motstand tilgjengelig i klasserommet ditt, vis det til elevene dine etter at de har uttrykt sine meninger om konstruksjonen.

Spørsmål 10

Shuntmotstander som brukes til presisjonsstrømsmåling, har alltid fire terminaler for de elektriske tilkoblingene, selv om normale motstander bare har to:

Forklar hva som ville være galt ved å koble voltmeterbevegelsen direkte til de samme to terminaler som fører høy strøm gjennom shuntmotstanden, slik:

Avslør svar Skjul svar

En to-tråds shunt-motstandsforbindelse vil ikke være like nøyaktig som en fire-wire shuntmotstand, på grunn av svindelmotstand i den boltede forbindelsen mellom ledningene og kanten av shuntmotstanden.

Utfordringsspørsmål: Tegn et skjematisk diagram som viser alle svingmotstandene i to-wire shunt-forbindelseskretsen for å klargjøre konseptet.

Merknader:

Selv om noen få fraksjoner av en "motstridende" motstand kanskje ikke virker så mye, er de signifikante når de står i motsetning til den allerede (svært) lave motstanden til shuntmotstandens kropp.

En av de konseptuelle vanskelighetene jeg har møtt med studenter ved flere anledninger, er forvirring over hvor mye motstand, spenning, strøm, etc., utgjør en "betydelig" mengde. For eksempel har jeg fått elevene fortelle meg at forskjellen mellom 296.342, 5 ohm og 296.370, 9 ohm er "veldig stor", når det faktisk er mindre enn ti tusen prosent av basismotstandsverdiene. Studentene trekker bare de to motstandene og oppnår 28, 4 ohm, så tenk at "28, 4" er en betydelig mengde fordi den er sammenlignbar med noen av de andre verdiene de er vant til å håndtere (100 ohm, 500 ohm, 1000 ohm osv. ).

Omvendt kan studentene mislykkes i å se betydningen av noen få hundrevis av en ohm av svindelmotstand i en shunt-motstandskrets, når hele motstanden til shuntmotstanden selv er bare noen få hundreedeler av en ohm. Det som betyr mest i problemer med nøyaktighet er prosentandelen eller feilen, ikke absolutt verdien av feilen selv. Dette er en annen praktisk anvendelse av estimeringsferdigheter, som du bør forsterke ved enhver anledning.

Spørsmål 11

Shuntmotstander, som er svært lave i motstand, er vanligvis laget av relativt store masser av metall. Deres presise motstand er kalibrert gjennom en prosess som kalles trimning, hvor en tekniker tar en metallfil og "trimmer" metall fra shunt-lederen til motstanden når sin korrekte verdi. Dette fungerer selvsagt bare hvis shuntmotstanden er forsettlig produsert med en motstand som er for lav. Som den gamle snekkerens spøk går, "Jeg kutter brettet to ganger, og det er fortsatt for kort!"

Å være at shunt-motstandene har slike utrolig lave motstandsverdier, hvordan måler vi motstanden til en shunt med høy nøyaktighet under "trimming" -prosessen "# 11"> Gi svar svar Skjul svar

Bygg ammeteret og trim shuntmotstanden på plass, med en kalibrert mengde strøm gjennom den.

Merknader:

Svaret på dette spørsmålet er villedende enkelt, men likevel ekstremt praktisk. Visst, det ville være fint å ha det beste mulige test- og kalibreringsutstyret til enhver tid i vårt eget laboratorium, men vi må være realistiske. Det er ekstremt viktig for elevene at de engasjerer seg i diskusjon om problemer som dette fra et praktisk perspektiv. Det er din oppgave og ditt privilegium som instruktør å bringe din egen erfaring inn i slike diskusjoner og utfordre elevene med realistiske hindringer for deres (ofte) idealistiske forventninger.

Spørsmål 12

Et viktig skritt i å bygge en hvilken som helst analog voltmeter eller ammeter er å nøyaktig bestemme spolenes motstand for målerbevegelsen. I elektrisk metrologi er det ofte lettere å oppnå ekstremt nøyaktige ("standard") motstandsverdier enn det er å oppnå like presise spenning eller nåværende målinger. En teknikk som kan brukes til å bestemme spolebestandigheten til en målerbevegelse uten å måle spenningen eller strømmen nøyaktig, er som følger.

Forbind først en tiårs boks type variabel motstand i serie med en regulert DC strømforsyning, og deretter til målerbevegelsen som skal testes. Juster tiårboksens motstand slik at målerbevegelsen beveger seg til et presist punkt på skalaen, helst fullskala (100%) markeringen. Legg inn tiårs boksens motstandsinnstilling som R 1 :

Koble deretter en kjent motstand parallelt med målerbevegelsens klemmer. Denne motstanden vil bli kjent som R s, shuntmotstanden . Mønsterbevegelsens avbøyning vil reduseres når du gjør dette. Juster tiårkassens motstand til målebevegelsesbøyningen går tilbake til sin tidligere plassering. Legg inn tiårs boksens motstandsinnstilling som R 2 :

Målerbevegelsens spolebestandighet (R- spole ) kan beregnes ved å følge denne formelen:

R- spole = R s


R 2

(R1 - R2)

Din oppgave er å vise hvor denne formelen kommer fra, avlede den fra Ohms lov og hva som helst andre likninger du kan være kjent med for kretsanalyse.

Hint: I begge tilfeller (tiårs boks satt til R 1 og satt til R 2 ) er spenningen over målerbevegelsens spolebestandighet den samme, strømmen gjennom målerbevegelsen er den samme og strømforsyningsspenningen er den samme.

Avslør svar Skjul svar

Et sted å starte fra er spenningsdelerligningen, V R = V T ((R / (R T ))) anvendt på hvert kretsscenario:

V meter = R spole


R 1 + R spole

V meter = R spole || R s


R 2 + (R- spole || R s )

Siden vi vet at målerens spenning er den samme i de to scenariene, kan vi sette disse ligningene lik til hverandre:

R spole


R 1 + R spole

= R spole || R s


R 2 + (R- spole || R s )

Merk: Dobbeltsjiktene i ovennevnte ligning representerer parallellkvivalenten til R- spolen og Rs, for hvilken du vil få erstatningen til riktig matematisk uttrykk.

Merknader:

Dette problemet er egentlig ikke noe mer enn en øvelse i algebra, selv om den også viser hvordan presisjonsmålinger kan oppnås ved å bruke standardmotstander i stedet for nøyaktige voltmetre eller ammetere.

Spørsmål 13

Ikke bare sitte der! Bygg noe!

Lære å matematisk analysere kretser krever mye studier og praksis. Vanligvis praktiserer elevene seg ved å arbeide gjennom mange prøveproblemer og sjekke svarene deres mot de som er gitt av læreboken eller instruktøren. Mens dette er bra, er det en mye bedre måte.

Du vil lære mye mer ved å faktisk bygge og analysere ekte kretser, og la testutstyret gi svarene i stedet for en bok eller en annen person. Følg disse trinnene for vellykkede opplæringsøvelser:

  1. Mål og registrer nøye alle komponentverdier før kretskonstruksjon.
  2. Tegn skjematisk diagram for kretsen som skal analyseres.
  3. Forsiktig bygge denne kretsen på et brettbrett eller annet passende medium.
  4. Kontroller nøyaktigheten av kretsens konstruksjon, etter hver ledning til hvert tilkoblingspunkt, og verifiser disse elementene en-for-en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kretsen, løse for alle verdier av spenning, strøm, etc.
  6. Mål forsiktig disse mengdene, for å bekrefte nøyaktigheten av analysen din.
  7. Hvis det er betydelige feil (større enn noen få prosent), må du nøye sjekke kretsens konstruksjon mot diagrammet, og deretter beregne verdiene forsiktig og måle det igjen.

Unngå veldig høye og meget lave motstandsverdier, for å unngå målefeil forårsaket av meter "lasting". Jeg anbefaler motstander mellom 1 kΩ og 100 kΩ, med mindre, selvfølgelig, formålet med kretsen er å illustrere effektene av meterinnlasting!

En måte du kan spare tid på og redusere muligheten for feil, er å begynne med en veldig enkel krets og gradvis legge til komponenter for å øke kompleksiteten etter hver analyse, i stedet for å bygge en helt ny krets for hvert treningsproblem. En annen tidsbesparende teknikk er å gjenbruke de samme komponentene i en rekke forskjellige kretskonfigurasjoner. På den måten må du ikke måle noen komponents verdi mer enn en gang.

Avslør svar Skjul svar

La elektronene selv gi deg svar på dine egne "praksisproblemer"!

Merknader:

Det har vært min erfaring at studentene krever mye øvelse med kretsanalyse for å bli dyktig. Til dette formål gir lærerne vanligvis elevene sine mange praktiseringsproblemer for å jobbe gjennom, og gi svar til elevene for å kontrollere arbeidet sitt mot. Mens denne tilnærmingen gjør elevene dyktige i kretsteori, klarer det ikke å utdanne dem fullt ut.

Studentene trenger ikke bare matematisk praksis. De trenger også ekte, praktisk praksis i byggekretser og bruk av testutstyr. Så foreslår jeg følgende alternativ tilnærming: Studentene skal bygge egne "praksisproblemer" med ekte komponenter, og forsøk matematisk å forutsi ulike spennings- og nåverdier. På denne måten kommer matematisk teori "levende", og studentene får praktisk ferdighet de ikke ville få bare ved å løse likninger.

En annen grunn til å følge denne metoden er å lære studentens vitenskapelige metode : prosessen med å teste en hypotese (i dette tilfellet matematiske spådommer) ved å utføre et reelt eksperiment. Studentene skal også utvikle virkelige feilsøkingsferdigheter da de noen ganger gjør kretskonstruksjonsfeil.

Tilbring litt tid med klassen din for å gjennomgå noen av "regler" for byggekretser før de begynner. Diskuter disse problemene med elevene på samme sokratiske måte som du normalt vil diskutere regnearkspørsmålene, i stedet for å bare fortelle dem hva de burde og ikke burde gjøre. Jeg slutter aldri å bli overrasket over hvor dårlige elevene får vite instruksjoner når de presenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

Et notat til de instruktørene som kan klage på "bortkastet" tid som kreves for at elevene skal bygge virkelige kretser i stedet for bare å matematisk analysere teoretiske kretser:

Hva er formålet med elevene å ta kurset ditt "meta-tags hidden-print">

Relaterte verktøy:

Antenne Downtilt og Coverage Kalkulator Microstrip Induktans Kalkulator Stripline Crosstalk Kalkulator

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Neste regneark →