Điện kế là một thiết bị được sử dụng để phát hiện dòng điện nhỏ hoặc đo độ lớn của nó. Cường độ của dòng điện và dòng điện chính xác được biểu thị bằng chuyển động của kim từ trường hoặc cuộn dây trong từ trường, là một bộ phận quan trọng của điện kế. Kể từ khi được phát hiện vào những năm 1800, điện kế đã có nhiều phiên bản. Có một số loại điện kế khác nhau, bao gồm điện kế Tangent, điện kế tĩnh, điện kế gương và điện kế Ballistic. Tuy nhiên, hiện nay, loại điện kế chính được sử dụng rộng rãi là loại D’Arsonval/Weston hoặc loại cuộn dây chuyển động. Điện kế cuộn dây chuyển động cơ bản là một thiết bị nhạy có khả năng đo dòng điện nhỏ, thậm chí chỉ cần một vài microampe.
Điện kế cuộn dây chuyển động là gì?
Điện kế cuộn dây chuyển động là một dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện. Nó là một thiết bị điện từ nhạy cảm có khả năng đo dòng điện thấp, thậm chí chỉ cần một vài microampe. Điện kế cuộn dây chuyển động chủ yếu được chia thành hai loại:
- Điện kế cuộn dây treo
- Cuộn dây xoay vòng hoặc điện kế Weston
Nguyên lý hoạt động của điện kế cuộn dây chuyển động
Cuộn dây mang dòng điện khi được đặt trong một từ trường bên ngoài, nó sẽ gặp mômen từ. Góc nghịch vị của cuộn dây do tác động của mômen từ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện trong cuộn dây.
Sơ đồ và cấu tạo của cuộn dây điện kế di chuyển
Điện kế cuộn dây chuyển động được tạo thành từ một cuộn dây hình chữ nhật có nhiều vòng và thường được làm bằng dây đồng mỏng hoặc cách điện mỏng được quấn trên khung kim loại. Cuộn dây tự do quay quanh một trục cố định. Một dải phốt pho-đồng được nối với đầu xoắn có thể di chuyển được dùng để treo cuộn dây trong từ trường xuyên tâm đều.
Các đặc tính cơ bản của vật liệu được sử dụng để treo cuộn dây là độ dẫn điện và giá trị thấp của hằng số xoắn. Một lõi sắt mềm hình trụ được đặt đối xứng bên trong cuộn dây để cải thiện cường độ của từ trường và làm cho từ trường hướng tâm. Phần dưới của cuộn dây được gắn với một lò xo bằng đồng phốt-pho có số vòng nhỏ. Đầu kia của lò xo được kết nối với các vít liên kết.
Lò xo được sử dụng để tạo ra mômen ngược cân bằng với mômen từ và giúp tạo ra độ lệch góc ổn định. Một gương phẳng được gắn vào dây treo, cùng với đèn và thang đo, được dùng để đo độ lệch của cuộn dây. Điểm 0 của thang đo nằm ở tâm.
Hoạt động của điện kế cuộn dây chuyển động
Khi dòng điện I chạy qua cuộn dây hình chữ nhật gồm n vòng và diện tích tiết diện A, cuộn dây chịu mômen τ khi đặt trong từ trường hướng tâm đều B.
Theo quy tắc bàn tay trái của Fleming, các lực trên hai cạnh AD và BC có hai hướng trái ngược đối lập. Khi các lực có cùng giá trị và hướng ngược nhau tác động lên cuộn dây, mômen lực được tạo ra. Mômen này làm cho cuộn dây bị lệch.
Mômen lực τ tác động lên một vòng ABCD của cuộn dây được tính là BI l × b, trong đó l × b là diện tích A của cuộn dây. Do đó, mômen tác động lên n vòng của cuộn dây được cho bởi τ = nIAB. Mômen từ tạo ra làm cho cuộn dây xoay, cuộn dây từ phosphor xoắn lại. Lò xo S gắn với cuộn dây tạo ra mômen ngược hoặc mômen phục hồi kθ làm lệch góc ổn định.
Ở điều kiện cân bằng, kθ = nIAB. Ở đây, k được gọi là hằng số xoắn của lò xo. Độ lệch góc θ được đo bằng giá trị trên thang đo, sử dụng con trỏ được nối với dây treo. Do đó, θ ∝ I. Đại lượng nAB / k là một hằng số đối với một điện kế đã cho. Vì vậy, độ lệch của điện kế tỷ lệ thuận với dòng điện chạy qua nó.
Điện trở shunt và chuyển đổi của điện kế
Một điện kế có thể được biến đổi thành một ampe kế bằng cách kết nối nó song song với một điện trở thấp được gọi là điện trở shunt. Điện trở shunt thích hợp được chọn dựa trên phạm vi của ampe kế.
Một điện kế cũng có thể được biến đổi thành một vôn kế bằng cách kết nối nối tiếp với một điện trở lớn. Một điện trở lớn được chọn dựa trên dải của vôn kế.
Ưu điểm và nhược điểm của điện kế cuộn dây chuyển động
Ưu điểm:
- Độ nhạy cao
- Không dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường bên ngoài
- Tỷ lệ mômen từ trên trọng lượng cao
- Độ chính xác và độ tin cậy cao
Nhược điểm:
- Chỉ sử dụng để đo dòng điện một chiều
- Có phát sinh lỗi do các yếu tố như lão hóa của thiết bị, từ trường cố định và hư hỏng của lò xo do căng thẳng cơ học.
Điện kế cuộn dây chuyển động là một công cụ có độ nhạy cao, cho phép phát hiện sự hiện diện của dòng điện trong bất kỳ mạch nào. Nó có nhiều ứng dụng, bao gồm đo giá trị dòng điện trong mạch mắc song song với điện trở thấp và đo hiệu điện thế nối tiếp với điện trở lớn.
Điện kế cuộn dây chuyển động cũng có thể được chuyển đổi thành ampe kế hoặc vôn kế bằng cách kết nối nó với các linh kiện phù hợp.
Nếu bạn đang tìm hiểu về điện kế cuộn dây chuyển động, hãy truy cập trang web LADEC để tìm hiểu thêm thông tin và các khóa học liên quan.