اقرأ في هذا المقال
- ما هو الجلفانومتر الباليستي؟
- نظرية الجلفانومتر الباليستي
- مزايا وعيوب الجلفانومتر الباليستي
- تطبيقات الجلفانومتر الباليستي
ما هو الجلفانومتر الباليستي؟
الجلفانومتر الباليستي: هو أداة تستخدم لقياس أو الإشارة إلى التيار في دائرة مغلقة، يُعرف الجلفانوميتر أيضًا بأداة (PMMC)، ويعمل على مبدأ الملف المتحرك للمغناطيس الدائم، يتم إنشاء القوة على الملف، بسبب قانون “قوة لورنتز“، بسبب تفاعل التدفقات، ينحرف المؤشر في العداد، بمجرد انحراف المؤشر، يتم بذل عزم دوران مختلف على المؤشر لجعل المؤشر يتوقف عند موضعه الثابت.
عزم الدوران المختلف هو عزم الدوران المنحرف وعزم الدوران للتحكم وعزم التخميد، في الجلفانومتر الباليستي، يكون عزم التخميد صفرًا تقريبًا، لهذا السبب، يطلق عليه الجلفانومتر الباليستي، يمكن استخدامه كمقياس للتيار الكهربائي أو الفولتميتر.
شرح الجلفانومتر الباليستي:
الجلفانومتر الباليستي عبارة عن أداة قياس للتيار بعزم دوران صفري للتخميد، ويسمّى أيضًا بأنّه “عديم الاحتكاك”، أقل تخميدًا للجلفانومتر، بالنسبة لهذا الجلفانومتر، ثابت التخميد هو صفر، المبدأ الأساسي لعمل الجلفانومتر هو “قانون قوة لورنتز” (Lorentz Force Law)، والذي بموجبه يتم ممارسة القوة على الملف الحامل للتيار عند وضعه تحت تأثير المجال المغناطيسي.
عند ممارسة القوة يتحرك الملف حسب حجم التيار المتدفق في الملف، من الواضح أنّ هذا يتناسب مع التيار المقاس، إذن، مهما كانت قيمة التيار المراد قياسه، ذلك التيار عندما يتدفق عبر الملف أو المؤشر، في هذه الحالة، يتم ممارسة قوة على هذا المؤشر عندما يتم وضعه تحت تأثير المجال المغناطيسي، تمامًا مثل محرك التيار المستمر، حيث يدور الملف الحامل للتيار بسبب تفاعل التدفقات، فإنّ المفهوم هو نفسه هنا أيضًا.
مخطط الجلفانومتر الباليستي:
في الهيكل الأساسي للجلفانوميتر الباليستي، يتكون من قطبين مغناطيسيين شمالي وجنوبي بين القطبين، يتم وضع ملف، العمود هو لفائف حاملة للتيار، في حالة الأدوات، قد يكون أيضًا مؤشرًا بسيطًا يشير إلى قيمة التيار المقاسة، المؤشر عند وضعه تحت تأثير الأقطاب المغناطيسية، يتم ممارسة قوة على المؤشر، بسبب انحرافه وقياس التيار، يتم إعطاء التيار المقاس عند طرفي (T1 و T2)، يتم استخدام مرآة أسفل المؤشر مباشرةً لتجنب أي أخطاء في اختلاف المنظر.
وتجدر الإشارة إلى أنّنا يجب أن نأخذ القراءة بحيث يتراكب المؤشر وصورته في المرآة معًا، أي قراءة من خلال النظر إلى جوانب المؤشر تقدم أخطاء اختلاف المنظر، يتم استخدام البرونز الفوسفور مع الملف، الغرض من برونز الفوسفور هو تقليل أي أخطاء بسبب درجة الحرارة، يحتوي البرونز الفوسفوري على أقل معامل درجة حرارة، لذا فإنّ وضع البرونز الفوسفوري سيقلل من الأخطاء.
يتم وضع رأس الالتواء لترطيب أي اهتزازات في الملف، يوفر الزنبرك المتصل في بداية المؤشر استعادة عزم الدوران للجلفانوميتر، الغرض من استعادة عزم الدوران هو إعادة المؤشر إلى موضعه الأولي بعد إزالة الإمداد.
نظرية الجلفانومتر الباليستي:
الجلفانومتر هو في الأساس جهاز ملف متحرك بمغناطيس دائم، والذي يقيس أو يشير إلى أي تغيير في التيار، بالنسبة لمبدأ الملف المتحرك، يجب وضع الملف الحامل للتيار تحت تأثير المجال المغناطيسي، عندما يحمل الملف تيارًا، فإنّه ينتج مجاله المغناطيسي بسبب روابط التدفق.
وبالمثل لدينا مجال مغناطيسي بسبب الأقطاب المغناطيسية الموضوعة عبر الملف، إذن لدينا مجالان مغناطيسيان، يؤثر تفاعل هذين المجالين المغناطيسيين على المؤشر، تتناسب القوة المبذولة مع التيار المراد قياسه، لذلك ينحرف الملف أو المؤشر، بمجرد أن ينحرف الملف، فإنّه ينتج أيضًا ثلاثة عزم دوران، الأول هو انحراف عزم الدوران، الغرض من هذا العزم هو انحراف المؤشر في الاتجاه الأمامي، بسبب هذا العزم، يتحرك المؤشر للأمام، التالي هو التحكم في عزم الدوران، يحاول عزم التحكم إيقاف المؤشر تمامًا عند النقطة المتناسبة مع حجم التيار المراد قياسه.
على سبيل المثال، إذا أردنا قياس (10A)، سيحاول عزم التحكم إيقاف المؤشر عند (10A)، لكن المؤشر لن يتوقف على الفور، سوف يتأرجح المؤشر في هذا الموضع، من أجل إخماد تلك التذبذبات، يأتي عزم التخميد، يخمد عزم التخميد اهتزازات المؤشر، بالنسبة للجلفانومتر الباليستي، يكون عزم التخميد صفرًا، بعبارة أخرى، من الناحية المثالية، فإنّ ثابت التخميد للجلفانومتر الباليستي هو صفر.
بنية الجلفانومتر الباليستي:
في بنية الهيكل الأساسي للجلفانومتر:
الأقطاب المغناطيسية – Magnetic Poles:
القطبان المغناطيسيان مطلوبان لإنشاء المجال المغناطيسي الضروري، قد تكون الأقطاب منشطة بشكل منفصل، أو في بعض الحالات، قد نستخدم مغناطيسًا دائمًا أيضًا، من أجل انحراف الملف / المؤشر، يلزم وجود أقطاب مغناطيسية، إذا كانت الملفات منشطة للإمداد، فيجب أن يكون عرض التيار المستمر (DC)، لن ينتج عن إثارة التيار المتردد لأعمدة المجال عزم الدوران اللازم.
سلك برونز الفسفور – Phosphor Bronze Wire:
يتكون السلك المستخدم لتعليق الملف من برونز الفوسفور، سبب استخدام مادة برونز الفوسفور هو أنّ البرونز الفسفوري له ثابت التواء منخفض، يسمح للملف بالتعليق بسهولة، كما أنّ البرونز الفوسفوري غير مغناطيسي، لذلك فهو لا يقع تحت تأثير الأقطاب المغناطيسية، والبرونز الفسفوري لا يتأكسد بسهولة، هذا يسمح لسلك التعليق بعدم الصدأ بسبب الظروف الجوية.
المرآة – Mirror:
يتم استخدام المرآة في الجلفانومتر لتجنب أخطاء اختلاف المنظر، خطأ المنظر يعني خطأ في أخذ قراءات العداد، يمكن ملاحظة قراءة المؤشر من خلال النظر إلى الجانب، أي من اليسار أو اليمين، لذا ستأتي قراءة مختلفة، لتجنب ذلك يتم وضع مرآة بحيث يجب أن يتراكب موضع المؤشر وانعكاسه، ثم يجب أخذ القراءات، هذا من شأنه تجنب أخطاء اختلاف المنظر.
الرأس الالتوائي – Torsional Head:
يستخدم الرأس الالتوائي للتحكم في موضع الملف، هذا مهم للدقة في العداد، يضبط الرأس الالتوائي أيضًا الإعدادات الصفرية للمقياس.
النوابض – Springs:
يتم استخدام النوابض لجعل انحراف المؤشر متناسبًا مع حجم الكمية المراد قياسها، كما أنّها تساعد على توفير عزم الدوران للجلفانومتر.
عمل الجلفانومتر الباليستي:
إنّه يعمل على مفهوم “قانون قوة لورنتز”، والذي بموجبه عندما يتم وضع ملف يحمل تيارًا تحت تأثير مجال مغناطيسي، يتم ممارسة قوة على الملف، في هذه الحالة، عندما يتدفق التيار عبر الملف ويتم ممارسة القوة الدافعة على الملف، تتناسب القوة مع حجم التيار الذي يمر عبر الملف، لتسوية عزم الدوران في وضع الحالة المستقرة، يتم استخدام عزم التخميد في أدوات الملف المتحركة الأخرى، ولكن في حالة الجلفانومتر الباليستي، يكون عزم التخميد صفرًا، ثابت التخميد هو صفر، هذا هو سبب استخدام كلمة الباليستي (ballistic).
معايرة الجلفانومتر:
المعايرة هي عملية يتم فيها إجراء تغييرات في الجهاز بحيث يمكن للجهاز الحفاظ على الدقة، إنّها عملية تكوين الأداة بحيث تنتج نتائج دقيقة، في هذه العملية، يتم حساب ثوابت الأداة، بالنسبة للجلفانومتر الباليستي، تُستخدم طرق مختلفة مثل المعايرة باستخدام مكثف، والمعايرة باستخدام الحث المتبادل، وما إلى ذلك لحساب ثوابت العداد.
مزايا وعيوب الجلفانومتر الباليستي:
مزايا الجلفانومتر الباليستي:
- مقياس خطي، يعتبر مقياس الجلفانومتر خطي.
- إنّه حساسة للغاية.
- يعتبر الجلفانومتر الباليستي دقيق ومحدد ومتقن.
- نسبة عزم الدوران إلى الوزن كبيرة، “هذا ليتجنب حدوث الأخطاء”.
- لا يتأثر بالمجالات المغناطيسية المشددة.
عيوب الجلفانومتر الباليستي:
تشمل عيوب الجلفانومتر الباليستي ما يلي:
- نظرًا لأنّه يعمل على مبدأ (PMMC)، يمكن استخدامه فقط لقياسات التيار المستمر.
- بسبب مكونات مثل الزنبركات، والمغناطيس الدائم، وما إلى ذلك، فإنّها تسبب أخطاء بسبب التقادم.
تطبيقات الجلفانومتر الباليستي:
- يستخدم في جسر ويتستون (Wheatstone bridge)، للكشف عن وجود التيار في الحلقة.
- يمكن استخدامه لقياس التيار عن طريق توصيل مقاومة منخفضة بالتوازي معه.
- يمكن استخدامه لقياس الجهد عن طريق توصيل مقاومة عالية على التوالي به.
- كشف الأخطاء في كابلات الاتصال.
- وضع القلم في مسجلات الرسم البياني التناظرية، تخطيط القلب الكهربائي، وغيرها.
