Μετατροπή Γαλβανόμετρου σε Βολτόμετρο

Το γαλβανόμετρο είναι μια εξαιρετική συσκευή για την ανίχνευση ακόμη και των παραμικρών ηλεκτρικών παλμών σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Ένα πηνίο τοποθετείται ή περιστρέφεται μεταξύ των κοίλων πλευρών του πόλου ενός ισχυρού ελασματοποιημένου μαγνήτη πετάλου. Το γαλβανόμετρο εμφανίζει την απόκλιση κάθε φορά που αποστέλλεται ηλεκτρικό φορτίο μέσω του πηνίου.

Η απόκλιση είναι ανάλογη με την ποσότητα του ρεύματος που διέρχεται. Το βολτόμετρο είναι μια συσκευή που μετρά το ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ των δύο θέσεων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Αυτό το άρθρο θα καλύψει τις βασικές ερωτήσεις μετατροπής γαλβανόμετρου σε βολτόμετρο και παραδείγματα μετατροπής γαλβανόμετρου σε βολτόμετρο με λεπτομερείς έννοιες.

Τι είναι το γαλβανόμετρο;

Το γαλβανόμετρο είναι μια συσκευή μέτρησης «ηλεκτρομηχανικού ρεύματος». Τα αρχικά «γαλβανόμετρα δεν ήταν βαθμονομημένα», αλλά οι μεταγενέστερες εκδόσεις, γνωστές ως αμπερόμετρα, ρυθμίστηκαν και μπορούσαν να μετρήσουν τη ροή του ρεύματος με μεγαλύτερη ακρίβεια. Ένα γαλβανόμετρο λειτουργεί λυγίζοντας έναν δείκτη κατά την εφαρμογή ενός ηλεκτρικού ρεύματος που τρέχει σε ένα πηνίο σε ένα μαγνητικό πεδίο που είναι πάντα παρόν. Τα γαλβανόμετρα είναι παρόμοια με τους ενεργοποιητές.

Τα γαλβανόμετρα εμπνεύστηκαν από το εύρημα του Hans Christian Oersted, που έγινε το 1820, ότι η βελόνα μιας μαγνητικής πυξίδας εκτρέπεται όταν έρχεται σε επαφή με ένα καλώδιο που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Ήταν τα πρώτα όργανα ανίχνευσης και μέτρησης μικρών ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Ο André-Marie Ampère, ο οποίος εξέφρασε μαθηματικά την ανακάλυψη του Oersted, ονόμασε το όργανο από τον Ιταλό ηλεκτρολόγο ερευνητή Luigi Galvani, ο οποίος καθιέρωσε την «αρχή του γαλβανοσκοπίου βατράχου» ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα προκαλούσε τράνταγμα στα πόδια ενός νεκρού βατράχου - το 1791.

Τα σύγχρονα γαλβανόμετρα του «τύπου D'Arsonval ή Weston» κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ένα μικρό περιστρεφόμενο συρμάτινο πηνίο που ονομάζεται άτρακτος στην περιοχή ενός μαγνήτη. Το πηνίο συνδέεται με έναν στενό δείκτη που κινείται κατά μήκος μιας βαθμονομημένης κλίμακας. Το πηνίο και η βελόνα έλκονται στο μηδέν από ένα μικρό ελατήριο στρέψης. Ένα συνεχές ρεύμα διέρχεται από το πηνίο παράγοντας μαγνητικό πεδίο. Αυτό το πεδίο αντιτίθεται στον μόνιμο μαγνήτη - το πηνίο συστρέφεται, πιέζοντας το ελατήριο και προκαλώντας την κίνηση του δείκτη. Το χέρι δείχνει σε μια κλίμακα που αντιπροσωπεύει το ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα κομμάτια του πόλου είναι προσεκτικά σχεδιασμένα ώστε να εγγυώνται ότι το «μαγνητικό πεδίο» είναι ομοιόμορφο, έτσι ώστε η οριζόντια απόκλιση του δείκτη να είναι ανάλογη με το ρεύμα. Ένας χρήσιμος μετρητής θα έχει συνήθως μια δυνατότητα για τη μείωση του μηχανικού συντονισμού του κινούμενου δείκτη και του πηνίου, έτσι ώστε ο δείκτης να επιστρέφει στην αρχική του θέση γρήγορα και χωρίς ταλάντωση.

Τι είναι το βολτόμετρο;

Το βολτόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση τάσεων ευθείας ή εναλλακτικής ηλεκτρικής φόρτισης σε κλίμακα που συχνά βαθμολογείται σε βολτ, millivolt ως 0,001 βολτ ή kilovolt ως 1.000 βολτ. Πολλά βολτόμετρα είναι ψηφιακά, με αριθμητικές οθόνες που δείχνουν μετρήσεις. Οι συσκευές που περιγράφονται παραπάνω μπορούν επίσης να προσφέρουν αναλογικές μετρήσεις περιστρέφοντας έναν δείκτη που εμφανίζει την τάση σε μια κλίμακα. Ωστόσο, τα ψηφιακά βολτόμετρα έχουν μεγαλύτερη ακρίβεια από τα αναλογικά όργανα. Ένα τυπικό αναλογικό βολτόμετρο, για παράδειγμα, είναι πιθανό να χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα στο οποίο το ρεύμα που διέρχεται μέσω πηνίων σύρματος μετατρέπεται σε ένδειξη τάσης.

Ένα «γαλβανόμετρο κινούμενου πηνίου» μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βολτόμετρο συνδέοντας μια αντίσταση στο όργανο. Ένα λεπτό συρμάτινο πηνίο κρεμασμένο σε υψηλό μαγνητικό πεδίο τροφοδοτεί το γαλβανόμετρο. Όταν περάσει ένα τέτοιο ηλεκτρικό ρεύμα, ο συνδυασμός των μαγνητικών πεδίων του πηνίου και του ακίνητου μαγνήτη παράγει ροπή, η οποία προκαλεί την περιστροφή του πηνίου. Η ροπή σχετίζεται με το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο. Το πηνίο περιστρέφεται, πιέζοντας ένα ελατήριο που περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Επομένως, η εκτροπή του πηνίου ισούται με το ρεύμα, το οποίο είναι ανάλογο με την τάση, όπως αντιπροσωπεύεται από ένα σημείο σε μια κλίμακα.

Ένας από τους σχεδιαστικούς στόχους του οργάνου είναι να προκαλέσει όσο το δυνατόν μικρότερη διακοπή στο κύκλωμα. Επομένως, το όργανο θα πρέπει να παίρνει όσο το δυνατόν λιγότερο ρεύμα. Αυτό επιτυγχάνεται συνδέοντας ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο με «υψηλή αντίσταση» και στη συνέχεια συνδέοντας ολόκληρο το όργανο σε παράλληλη σύνδεση υπό διερεύνηση.

Πώς γίνεται η μετατροπή του γαλβανόμετρου σε βολτόμετρο;

Για τη δημιουργία ενός αμπερόμετρου, μια μικρή αντίσταση γνωστή ως αντίσταση διακλάδωσης συνδέεται παράλληλα με ένα γαλβανόμετρο, έτσι ώστε να ρέει μεγαλύτερο ρεύμα μέσω της αντίστασης διακλάδωσης, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αμπερόμετρο ενώ η συνολική καθαρή αντίσταση είναι μηδέν. Για την παραγωγή ενός βολτόμετρου, μια σημαντική τιμή αντίστασης συνδέεται σε σειρά με ένα γαλβανόμετρο, έτσι ώστε η ηλεκτρική ενέργεια να μην διέρχεται από τον συνολικό συνδυασμό επειδή η καθαρή αντίστασή του είναι υψηλή, επιτρέποντάς του να χρησιμοποιηθεί ως βολτόμετρο.

Ένα γαλβανόμετρο μπορεί να μετατραπεί σε βολτόμετρο προσαρτώντας αντίσταση σε σειρά με το γαλβανόμετρο. Ο απλός τύπος και ο υπολογισμός είναι παρακάτω,

Ας υποθέσουμε ότι το G είναι η αντίσταση του γαλβανομέτρου. Το IG υποδηλώνει το ρεύμα που διαρρέει το γαλβανόμετρο. Το R υποδηλώνει την υψηλή αντίσταση σε σειρά με το γαλβανόμετρο. Έστω V η διαφορά δυναμικού του γαλβανομέτρου.

Επομένως, μπορούμε να παρουσιάσουμε, V =IG (R + G),

Επομένως =(V/IG)- G;

Η αντίσταση του βολτόμετρου θα είναι Rs =R + G;

Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι η αντίσταση του βολτόμετρου θα είναι άπειρη για ένα ιδανικό βολτόμετρο.

Συμπέρασμα

Ας υποθέσουμε ότι συνδέουμε ένα συνηθισμένο γαλβανόμετρο παράλληλα στο κύκλωμα. Σε αυτή την περίπτωση, αυτό θα πάρει κάποιο ρεύμα, με αποτέλεσμα η διαφορά δυναμικού του κυκλώματος να μετατοπιστεί και η μέτρηση να είναι ανακριβής. Είναι κρίσιμο να μετρηθεί με ακρίβεια μια διαφορά δυναμικού ότι το ρεύμα μεταξύ των δύο θέσεων παραμένει σταθερό μετά την προσάρτηση του εξοπλισμού μέτρησης. Αυτό είναι εφικτό εάν η αντίσταση της συσκευής είναι άπειρη.