اقرأ في هذا المقال
- تعريف مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر
- بنية مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر
- مبدأ عمل مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر
تعريف مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر:
تُعرف الأداة التي يعتمد عملها على التفاعل بين المجال المغناطيسي للملفات المتحركة والثابتة باسم مقياس الدينامومتر الكهربائي للواط، يستخدم لقياس قوة كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر، مبدأ عمل مقياس الدينامومتر الكهربائي بسيط للغاية وسهل، يعتمد عملهم على النظرية التي تنص على أنّ الموصل الحامل للتيار الموضوع في مجال مغناطيسي يواجه قوة ميكانيكية، تعمل هذه القوة الميكانيكية على انحراف المؤشر المثبت على المقياس المعاير.
بنية مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر:
فيما يلي الأجزاء المهمة من مقياس الدينامومتر الكهربائي:
الملف الثابت (Fixed coil):
تحمل الملفات الثابتة تيار الدائرة، وهي مقسمة إلى نصفين، السبب في استخدام الملفات الثابتة كملفات للتيار هو أنّه يمكن جعلها أكثر ضخامة ويمكن بناؤها بسهولة لتحمل تيارًا كبيرًا لأنّها لا تمثل أي مشكلة في دفع التيار إلى الداخل أو الخارج، يتم لف الملفات الثابتة بسلك ثقيل، ويتم تجديل هذا السلك أو تصفيحه خاصة عند حمل تيارات ثقيلة لتجنب فقد التيار الدوامي في الموصلات، تمّ تصميم الملفات الثابتة لمقاييس الواط السابقة لتحمل تيار (100) أمبير.
ولكن التصميمات الحديثة عادةً ما تحد نطاقات التيار القصوى من قيمة الواط إلى حوالي (20) ألفًا لقياسات الطاقة التي تتضمن تيارات حمولة كبيرة، من الأفضل عادةً استخدام مقياس (5) أمبير بالواط مع محول تيار ذي نطاق مناسب، في حالة مقاييس الواط الدقيقة، يمكن توصيل نصفي الملف الثابت، المتصلين في سلسلة لنطاق قياس أساسي، بالتوازي لزيادة نطاق التيار الكهربائي للواط إلى ضعف قيمته الأصلية، لا يتم استخدام المحولات لتمديد نطاق التيار نظرًا لأنّها عرضة لأخطاء درجة الحرارة.
الملف المتحرك (Moving Coil):
يتم تثبيت الملف المتحرك على مغزل محوري ويتم لفه بالكامل بواسطة ملفات التيار الثابت، يستخدم التحكم في الزنبرك للحركة، استخدام الملف المتحرك كملف ضغط هو نتيجة طبيعية لمتطلبات التصميم، نظرًا لأنّ تيار الملف المتحرك يتم حمله بواسطة نوابض الجهاز، فإنّه يقتصر على القيم التي يمكن حملها بأمان بواسطة الزنبركات بدون تسخين ملموس، يتم استخدام المقاومة المتسلسلة في دائرة الجهد، والتيار يقتصر على قيمة صغيرة، عادةً ما يصل إلى (100) مللي أمبير.
كل من الملفات الثابتة والمتحركة يوجد بداخلها الهواء، ويقتصر تصنيف الجهد لمقياس الواطميتر على حوالي (600) فولت من خلال متطلبات الطاقة لدائرة الجهد حيث يتم امتصاص معظم الطاقة من خلال المقاومة المتسلسلة مع الملف المتحرك ويتم توليد حرارة كبيرة بالنسبة للجهد العالي، تمّ تصميم دائرة ملف الضغط لـ (110) فولت، ويتم استخدام محول للجهد لتخفض الجهد.
التحكم (Control):
يوفر نظام التحكم عزم الدوران المتحكم في الأدوات، التحكم في الجاذبية والتحكم في الزنبرك هما نوعان من نظام التحكم، من بين الاثنين، يستخدم مقياس الدينامومتر (Wattmeter) نظام التحكم في الزنبرك، يستخدم نظام التحكم في الزنبرك لحركة المؤشر.
التخميد (Damping):
يتم استخدام التخميد الاحتكاكي للهواء، ويحمل النظام المتحرك ريشة ألمنيوم خفيفة تتحرك في صندوق على شكل قطاع، ولا يستخدم التخميد الكهرومغناطيسي أو التخميد بالتيار الدوامي لأنّ إدخال مغناطيس دائم “لأغراض التخميد” سيشوه بشكل كبير مجال التشغيل المغناطيسي الضعيف .
المقاييس والمؤشرات (Scales and pointers):
تستخدم الأدوات مقياسًا خطيًا لأنّ ملفها المتحرك يتحرك بشكل خطي، يستخدم الجهاز مؤشر حاد لإزالة خطأ اختلاف المنظر (parallax error) الذي يسببه بسبب وجود الأخطاء.
مبدأ عمل مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر:
مبدأ عمل مقياس الدينامومتر الكهربائي من نوع الواطميتر، هذه الأدوات متشابهة في التصميم والبناء مع مقاييس التيار الكهربائي ومقاييس الفولتميتر، يتم توصيل الملفين في دوائر مختلفة لقياس الطاقة، يتم توصيل الملفات الثابتة أو “الملفات الميدانية” بالتسلسل مع الحمل وبالتالي تحمل التيار في الدائرة، لذلك، تشكل الملفات الثابتة “ملف التيار” أو ببساطة (CC) لمقياس الواطميتر.
يتم توصيل الملف المتحرك عبر الجهد، وبالتالي، يحمل تيارًا متناسبًا مع الجهد، ترتبط المقاومة غير الحثية العالية في سلسلة مع الملف المتحرك للحد من التيار إلى قيمة صغيرة، نظرًا لأنّ الملف المتحرك يحمل تيارًا متناسبًا مع الجهد، فإنّه يُطلق عليه “ملف الضغط” أو “ملف الجهد” أو يُسمّى ببساطة الكمبيوتر الخاص بمقياس الواطميتر (PC of the wattmeter).
معادلة مبدأ عمل مقياس الدينامومتر الكهربائي:
يتم إعطاء عزم الدوران الفوري لأدوات مقياس الدينامومتر الكهربائي بواسطة:
Ti = i1 i2 dM/dθ
حيث: (i1) و(i2) قيمتان لحظية للتيارات في ملفين، لتكن (V) و(I) قيم لقياس الجهد والتيار. إذًا، القيمة اللحظية للجهد عبر دائرة ملف الضغط تساوي:
v = √2 V sinωt
إذا كانت دائرة ملف الضغط عالية جدًا، المقاومة، يمكن اعتبارها على أنّها مقاومة بحتة. لذلك، فإنّ (IP) عبارة عن التيار في ملف الضغط، ويكون في الطور مع الجهد وقيمته اللحظية هي:
ip = v/ip = √2 V / (Rp) sinωt = √2 ip sinωt
حيث:
ip = Vp/Rp
= rms value of current M pressure coil circuit
Rp = resistance of pressure coil circuit.
إذا كان التيار في ملف التيار يتخلف عن الجهد في الطور بزاوية (4)، فإنّ القيمة اللحظية للتيار عبر ملف التيار هي:
ip = √2 I sin(ωt-∅)
إذًا، عزم الدوران اللحظي، يساوي:
Ti = √2 I sinωt × √2 I sin(ωt-∅) dM/dθ
= 2 ip I sinωt sin(ωt-∅) dM/dθ
= ip I (cos ∅ – cos(2ωt-∅)) dM/dθ
يتضح مما سبق أنّ هناك مكونًا للطاقة يختلف بمقدار ضعف تردد التيار والجهد “حدد القيمة التي يحتوي على (2ωr)”.
