Computer Software Engineering

به نام خدا

جلسه سوم (2/8/86)

ساختن آمپرمتر مولتی رنج عقربه ای با استفاده از گالوانومتر:

وسایل مورد نیاز: آمپرمتر آنالوگ و دیجیتال (و نیز رومیزی و قابل حمل برای آشنایی با دستگاه) – برد برد (برد آزمایشگاهی) –  گالوانومتر – دیود – تعدادی مقاومت (مقادیر آنها در طول آزمایش بدست خواهد آمد.) – منبع ولتاژ متغیر

شرح آزمایش:

گالوانومتر در واقع خود یک نوع آمپرمتر است که ساختمان آن را در آزمایش قبل بررسی کردیم و دیدیم جریان عبوری از آن به یک مقدار ماکسیمم محدود می شود. ( ).

اگر جریان مورد اندازه گیری بزرگ تر از  باشد چکار کنیم؟

در اینجا برای اینکه جریان عبوری از گالوانومتر کاهش یابد از یک مقاومت موازی با آن استفاده می شود تا این مقاومت جریان اضافی را از خود عبور دهد. (شکل زیر)

پس اگر قرار باشد رنج دستگاه از صفر تا I باشد می توان از فرمول زیر Rsh را محاسبه کرد:

در یک مولتی متر، مقاومت های مختلف با استفاده از یک کلید با گالوانومتر موازی شده و یک آمپرمتر مولتی رنج میسازند. این کلید باید به گونه ای طراحی شود که در هیچ لحظه ای گالوانومتر بدون مقاومت شنت نباشد. (هیچگاه همه مقاومت ها را با هم از مدار خارج نکند.) در غیر این صورت همان یک لحظه ممکن است باعث آسیب به گالوانومتر گردد زیرا در این لحظه همه جریان از گالوانومتر عبور می کند.

آزمایش:

به کمک گالوانومتر خود یک آمپرمتر با رنج 0-300mA بسازید. (رنج گالوانومتر را تا 1000 برابر توسعه می دهیم.)

مانند آزمایش قبل مقاومت هایی که در آزمایشگاه داریم از سری  E12 است (در یک وسیله آزمایشگاهی حداقل از سری E96 استفاده می شود.) و چون 2.5K در استاندارد ما نیست به جای آن از یک مقاومت نزدیک مثل 2.7 استفاده می کنیم. (توجه کنید که با اینکار حد اکثر رنج قابل اندازه گیری کاهش می یابد یک روش دیگر این است که با استفاده از همان مقاومت های موجود در سری E12 و به وسیله سری یا موازی کردن آنها به مقاومت مورد نظر دست یابیم یا حداقل نزدیک شویم.)

مدار را بسته و جریان های مختلف در محدوده ی آن را اندازه می گیریم. (برای اطمینان حتما قبل از بستن مدار مقدار واقعی مقاومت ها را توسط مولتی متر دیجیتال چک کنید تا به گالوانومتر آسیبی نرسد.)

برای تولید جریان از مداری مشابه شکل زیر کمک می گیریم و به کمک آن صحت اندازه گیری های آمپرمتر ساخته شده را تست می کنیم:

نتایج:

تئوری:

در جدول زیر کلیه نتایج درج شده و می توانید آنها را با هم مقایسه کنید:

همان طور که مشاهده می شود نتایج کمی با هم متفاوتند. علت این است که مقاومت های به کار رفته دارای تلورانس هستند و نتایج تئوری با عملی متفاوت خواهد بود از طرف دیگر نتایج حاصل از اندازه گیری به وسیله گالوانومتر کمی کمتر از مولتیمترند که علت آن را باید در مقاومت داخلی گالوانومتر و تاثیر آن بر جریان مدار جستجو کرد.

ساختن آمپرمتر ac:

برای ساختن آمپرمتر ac مشابه ولتمتر ac عمل می کنیم یعنی یک دیود با آن سری می کنیم. (مطابق شکل زیر)

هدف ساختن یک آمپرمتر ac با رنج 0-500mA است.

با فرض اینکه ولتاژ آستانه هدایت دیود 0.6V باشد و مقاومت معکوس آن بی نهایت و نیز مقاومت دیود در هنگام هدایت تقریبا صفر باشد می خواهیم مقاومت R1 را به گونه ای تعیین کنیم که با قرار دادن آمپر متر در مدار (به صورت سری)، حداکثر جریان عبوری 300uA باشد.

برای تعیین مقاومت Rg بدترین شرایط را در نظر می گیریم و منظور زمانی است که بیشترین جریان وارد مدار گالوانومتر می شود (500mA rms (ac)). طبیعتا در این شرایط باید دیود را روشن و جریان ورودی را روی مقدار پیک مثبت خود فرض کنیم. از طرف دیگر در بدترین شرایط جریان گالوانومتر نباید از 300uA تجاوز کند (Ig=300uA). از مجموعه ی این شرایط می توان نتیجه گرفت که از  جریان ورودی تنها 300uA از آن باید وارد گالوانومتر گردد.

ولتاژ دوسر گالوانومتر (هنگام عبور جریان 500mA): (این افت ولتاژ باید در یک آمپرمتر ایده آل صفر باشد و یکی از عوامل خطا همین افت ولتاژ خواهد بود که علت اصلی آن مقاومت درونی گالوانومتر است.)

بنابراین باید یک مقاومت 1.8Ω (نزدیک ترین مقاومت به 1.9 در سری E12)(دقت کنید که برای اطمینان بیشتر باید مقاومت انتخاب شده از مقداری که در بالا بدست آوردیم کمتر باشد.) با گالوانومتر موازی کنیم.

مقداری که گالوانوتر نشان می دهد را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

(چون مقادیر ac به صورت rms بیان می شوند پس مقدار ماکسیمم جریان وروری  خواهد بود.)

یعنی عقربه گالوانومتر باید حدود 42uA را نشان دهد. (به شرطی که جریان وروری 500mA(rms) باشد.)

با توجه به خطی بودن عملگرهای به کار رفته در محاسبه Ig می توان نتیجه گرفت Ig با Ii رابطه ی خطی دارد. پس در اندازه گیری سایر مقادیر بین 0 تا 500mA می توان با استفاده از تناسب زیر به راحتی پی به جریان اصلی مدار پی برد:

جریان ac ورودی = عدد نشان داده شده توسط گالوانومتر * 500m تقسیم بر 42.37uA یا:

 و به طور عکس می توان مثلا برای 200mA گفت که گالوانومتر چه عددی را نشان خواهد داد:

در انتها باید توجه داشت که در حالت ac سیم پیچ گالوانمتر به صورت یک سلف عمل می کند و باید در محاسبات دقیق تر لحاظ شود.

از طرفی تمام این محاسبات با این فرض انجام شده که لختی عقربه گالوانومتر به گونه ای است که در فرکانس 50Hz نمی تواند شکل موج را دنبال کند. (معمولا به صورت عمدی چنین کاری را هنگام طراحی انجام می دهند.) در غیر این صورت عقربه گالوانومتر با وصل شدن به مدار شروع به نوسان خواهد کرد و قادر نخواهیم بود مقدار DC موج را از روی آن بخوانیم.