Różnice między amperomierzem elektromagnetycznym a elektrodynamicznym można najlepiej zrozumieć poprzez analizę ich budowy, zasady działania oraz zastosowań w pomiarach prądów stałych i zmiennych.
Zasada działania amperomierza elektromagnetycznego
Amperomierz elektromagnetyczny bazuje na prostym mechanizmie, w którym prąd przepływający przez cewkę wzbudza pole magnetyczne, oddziałujące z magnesem trwałym. Efektem tego oddziaływania jest moment siły, odchylający wskazówkę na skali.
- Cewka ruchoma: umieszczona w szczelinie magnesu trwałego, nawinięta drutem o odpowiednim oporze.
- Magnes trwały: generuje stałe pole, w którym osadzona jest cewka.
- Sprężyna powrotna: przeciwdziała odchyleniu wskazówki, dostarczając liniową charakterystykę pomiarową.
- Mechanizm wskazań: przekładnia lub układ dźwigniowy przenoszący ruch cewki na wskazówkę.
Amperomierze elektromagnetyczne są przeznaczone głównie do pomiaru prądów stałych. Ze względu na niewielką bezwładność oraz prostą konstrukcję charakteryzują się dobrą powtarzalnością pomiaru.
Zasada działania amperomierza elektrodynamicznego
Amperomierz elektrodynamiczny korzysta z interakcji pomiędzy dwoma cewkami, przez które płynie mierzony prąd lub prądy pomocnicze. Powstający moment jest proporcjonalny do kwadratu prądu lub do iloczynu prądów w obu cewkach.
- Cewka ruchoma: zasilana mierzonym prądem lub prądem wzbudzenia.
- Cewka nieruchoma: może być zasilana stałym prądem referencyjnym lub mierzonym prądem, w zależności od konstrukcji.
- Montaż współosiowy: obie cewki umieszczone są współosiowo, co minimalizuje wpływ zewnętrznych pól magnetycznych.
- Podziałka logarytmiczna lub liniowa, w zależności od zakresu pracy.
Dzięki specyfice oddziaływania cewka-cewka, amperomierz elektrodynamiczny jest zdolny do pomiaru zarówno prądów przemiennych, jak i stałych, przy zachowaniu wysokiej dokładności i stabilności.
Porównanie kluczowych różnic
- Zakres stosowania: elektromagnetyczne – głównie prąd stały; elektrodynamiczne – AC i DC.
- Budowa: elektromagnetyczne – pojedyncza cewka i magnes; elektrodynamiczne – dwie cewki współosiowe.
- Czułość: elektrodynamiczne zazwyczaj wyższa dzięki większemu momentowi obrotowemu przy niewielkim prądzie.
- Dokładność: elektrodynamiczne osiągają klasy od 0,05 do 1,0; elektromagnetyczne rzadko poniżej klasy 1,5.
- Dynamika: elektromagnetyczne – lepszy czas narastania; elektrodynamiczne – większa bezwładność ze względu na masę obu cewek.
- Odporność na zakłócenia: elektrodynamiczne lepiej kompensują wpływ zewnętrznych pól magnetycznych.
Cechy użytkowe i zastosowania
Amperomierze elektromagnetyczne znajdują zastosowanie tam, gdzie wymagane są niskie koszty i niewielka komplikacja układu pomiarowego, np. w universaliach laboratoryjnych czy prostych układach zasilania DC. Mają ograniczenie częstotliwościowe i nie nadają się do pomiaru szybkich impulsów prądu.
Amperomierze elektrodynamiczne używane są w aparaturze przemysłowej, laboratoriach pomiarowych i systemach ochrony sieci energetycznych. Dzięki uniwersalności i wysokiej klasie dokładności stosuje się je do wzorcowania innych przyrządów oraz w systemach pomiaru mocy.
Dokładność pomiaru i czynniki wpływające na odchyłki
Wpływ temperatury i warunków otoczenia
- Zmiana oporu cewek z powodu różnej temperatury otoczenia.
- Wahania wilgotności wpływające na izolację drutu i elementów mechanicznych.
- Drgania mechaniczne zaburzające pozycję ruchomej cewki.
Wpływ zakłóceń i pola zewnętrznego
- Amperomierze elektromagnetyczne są wrażliwe na zewnętrzne pola magnetyczne, co może powodować błąd wskazań.
- Elektrodynamiczne, dzięki symetrycznemu układowi cewek, lepiej kompensują zakłócenia.
- Stosowanie ekranów magnetycznych i kompensacja prądowa poprawiają stabilność pomiaru.
Wyznaczanie zakresu i kalibracja
Dobór zakresu pomiarowego wpływa na rozdzielczość i dokładność. Kalibrację przeprowadza się za pomocą wzorców prądowych, stosując metodę mostka lub metodę porównawczą z wzorcami elektrodynamicznymi o wyższej klasie.
Wnioski dotyczące doboru przyrządu
- Do prostych pomiarów DC wystarczą amperomierze elektromagnetyczne.
- W zastosowaniach wymagających zarówno AC, jak i DC, oraz wysokiej dokładności – amperomierze elektrodynamiczne.
- W warunkach przemysłowych warto zadbać o odpowiednie ekranowanie i stabilizację temperaturową.
- Regularna kalibracja i konserwacja zapewnią długotrwałą powtarzalność pomiarów.
