مقاييس الجلفانومتر الاهتزازية - Vibration Galvanometer

ما المقصود بالجلفانومتر الاهتزازي – Vibration Galvanometer؟

مقاييس الجلفانومتر الاهتزازية هي مقاييس الجلفانومتر المتردد المستخدمة لقياس التيار المتردد والقوة الدافعة الكهربائية (EMF) للدوائر الكهربائية المختلفة، تُستخدم هذه المقاييس أيضًا ككاشفات مضبوطة في تردد الطاقة ونطاقات التردد الصوتي المنخفض، تمّ تصميم هذا النوع من المقاييس الاهتزازية لاستخدامها ككاشفات لقياس التردد من (5) هرتز إلى (1000) هرتز، هذه المقاييس حساسة للغاية لمدى التردد تحت (200) هرتز، تُستخدم هذه المقاييس بشكل شائع ككاشفات فارغة في جسور التيار المتردد (ac bridges).

مبدأ عمل الجلفانومتر الاهتزازي:

الجلفانومتر الاهتزازي الأكثر استخدامًا هو نوع الملف المتحرك حيث يتم تعليق ملف بين أقطاب مغناطيس دائم، عندما يتم تمرير التيار المتردد عبر الملف، يتم إنتاج عزم انحراف متردد ممّا يؤدي إلى اهتزاز الملف بتردد مساوٍ لتردد التيار الذي يمر عبر الملف، بسبب القصور الذاتي للنظام المتحرك، فإنّ سعة الاهتزازات صغيرة، ومع ذلك إذا كان التردد الطبيعي للنظام المتحرك مساويًا لتردد التيار المار عبر الملف، يحدث صدى ميكانيكي ويهتز النظام المتحرك بسعة كبيرة.

يتم ضبط الجلفانومتر الاهتزازي، ويتم إلقاء شعاع من الضوء على الجزء الثانوي (minor)، عندما يكون التيار عبر ملف المقياس صفرًا، تُلاحظ بقعة ضوء واحدة على المقياس، ومع ذلك، عندما يتدفق تيار متردد صغير عبر الملف، فإنّ سعة اهتزاز النظام المتحرك كبيرة جدًا بسبب الرنين الميكانيكي.

نتيجةً لذلك، يتم إنتاج نطاق كبير من الضوء على المقياس، يتناقص حجم نطاق الضوء هذا مع انخفاض التيار عبر الملف والعكس صحيح، يتم ضبط الجسر أو دائرة مقياس الجهد حتى يتم ملاحظة بقعة ضوء واحدة على المقياس، في ظل هذه الحالة، يكون التيار في ملف الجلفانومتر صفرًا ويتم الحصول على نقطة الصفر، بعض الممارسة ضرورية في الملاحظة عندما يتم الحصول على هذا الشرط، من الأفضل عادةً تبديل المقياس داخل وخارج الدائرة وملاحظة ما إذا كان هناك أي اختلاف ملحوظ في حجم البقعة في الحالتين.

أنواع الجلفانومتر الاهتزازي:

يتكون الجلفانومتر الاهتزازي من نوعين كالتالي:

• الجلفانومتر الاهتزازي من نوع الحديد المتحرك (Moving Iron Type Vibration Galvanometer).

• الجلفانومتر الاهتزازي من نوع المغناطيس المتحرك (Moving Magnet Type Vibration Galvanometer).

الجلفانومتر الاهتزازي من نوع الملف المتحرك:

يتكون هذا النوع من المقاييس من نوع الملف المتحرك من ملف متحرك بين أقطاب المغناطيس الدائم، تردد التذبذب للملف مرتفع للغاية، يتم تحقيق هذه القيمة العالية باستخدام ثابت التحكم لنطاق كبير ونظام متحرك من القصور الذاتي الصغير، يتكون من سلكين معلقين يتكونان من شريط من البرونز الفوسفوري، يحمل هذان التعليقان الملف والمرآة.

مبدأ عمل الجلفانومتر الاهتزازي من نوع الملف المتحرك:

يتم إنتاج شعاع الضوء على المرآة (M) وينحرف هذا الشعاع على المقياس، عند تمرير التيار المتردد عبر الملف، يتم إنتاج عزم دوران متردد يعمل على الضوء المنعكس ويتم سحب بقعة الضوء المنعكسة على شكل شريط من الضوء، يتداخل التردد الطبيعي لتذبذب الملف مع تردد الإمداد بسبب الرنين ويبلغ طول نطاق الضوء الحد الأقصى، يبلغ منحنى الرنين الخاص بمقياس الاهتزاز ذروته بشكل حاد بسبب انخفاض التخميد، يكون انحرافها صغيرًا جدًا عندما يختلف تردد التيار المطبق بمقدار صغير عن تردد الرنين.

نظرية الجلفانومتر الاهتزازي – Theory of Vibration Galvanometer:

إذا كان التيار المار عبر المقياس الاهتزازي، فإنّ حركة الملف هي:

J d²θ/dt² + Ddθ/dt + Cθ =    Gi = GI_m sinw_t     ….. (1)

حيث: (G) هو ثابت الانحراف و(D) ثابت التخميد:

In particular integral form:

θ = A sin (w_t – φ)

حيث: (A) و(φ) عبارة عن ثوابت، لذلك:

dθ/dt = wA cos (wt – φ) and d^2θ/dt² = -w² A sin(w_t – θ)

بالتعويض بالقيم الموجودة في الأعلى بالمعادلة (1)، سوف نحصل على:

w²JA sin(w_t – φ) + wDA cos(w_t – φ) = GI_m sin w_t

When   w_t = φ     DAw = GI_m sinφ …… (2)

And    (w_t – φ) = π/2   w²JA + CA = GI_m cosφ …… (3)

حيث: (J) هو ثابت القصور الذاتي، زاوية الطور (φ)، ليس لها أهمية ويتم التخلص منها عن طريق التربيع والإضافة في المعادلة (2) و(3):

w²D²A² + A²(C – w²J)² = G²(I_m)²   or   A = GI_m/(√[D²w²+(C-w²J²)]  ……. (4)

تمثل هذه المعادلة السعة (A)، للتذبذب الناتج للتيار المتردد الجيبي لقيمة الذروة (I_m) المتدفقة عبر الملف المتحرك للجلفانومتر.

يجب تحويل هذا النوع من المقاييس جيدًا لحمايته من التيار الزائد عندما تكون الدائرة غير متوازنة، عندما يكاد يتم الحصول على التوازن، يجب إزالة التحويلة لتحقيق أقصى قدر من الحساسية.