نیروی منحرف کننده در وسیله انداره گیری فرعی

نیروی منحرف کننده در وسیله انداره گیری فرعی:
اگر وسیله اندازه گیری، سیگنال ورودی نداشته باشد، عقربه اشاره گر یا شاخص عدد صفر را نشان خواهد داد.

برای آنکه عقربه از نقطه صفر منحرف شود، یک نیرو لازم است. این نیرو، نیروی منحرف کننده نام دارد. سیستمی که نیروی منحرف کننده را تولید می کند، «سیستم منحرف کننده» (Deflecting System) نامیده می شود.

به طور کلی، سیستم منحرف کننده سیگنال الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند. شکل زیر، عقربه اشاره گر دستگاه اندازه گیری و نیروی منحرف کننده را نشان می دهد:

اثر دامنه:
هنگامی که یک جریان از سیم پیچ عبور می کند، یک میدان مغناطیسی موهومی مانند شمش آهنربای دائمی در آن ایجاد می شود. اگر یک قطعه آهنی نرم در نزدیکی سیم پیچ قرار بگیرد، مغناطیسی می شود. بسته به جهت جریان در سیم پیچ، بین قطعه آهنی نرم و سیم پیچ یک نیروی جاذبه به وجود می آید. در این حالت، سیم پیچ ساکن و آهنربای دائمی متحرک است.

در شکل زیر، یک سیم پیچ حامل جریان در مجاورت آهنربای دائم نشان داده شده است:

اثر دامنه

از این قانون در «وسایل اندازه گیری جذب کننده آهن متحرک» (Moving Iron Attraction Type Instrument) استفاده می شود.

اگر دو قطعه آهنی نرم در مجاورت یک سیم پیچ حامل جریان قرار بگیرند، بین دو قطعه آهنی نیروی دافعه به وجود خواهد آمد. از این قانون در «وسایل اندازه گیری دفع کننده آهن متحرک» (Moving Iron Repulsion Type instrument) استفاده می شود.

نیروی بین آهنربای دائم و یک سیم پیچ حامل جریان:
هنگامی که یک سیم پیچ حامل جریان در مجاورت میدان مغناطیسی آهنربای دائمی قرار می گیرد، یک نیرو بین آنها ایجاد می شود. از این اصل در «دستگاه های اندازه گیری سیم پیچ متحرک» (Moving Coil Type Instrument) استفاده می شود. در این حالت، آهنربای دائمی ساکن و سیم پیچ متحرک است.

شکل زیر، یک آهنربای دائم ساکن را در مجاورت سیم پیچ متحرک نشان می دهد:

سیم پیچ متحرک در مجاورت آهنربای دائم

شکل (3) یک سیم پیچ متحرک را در مجاورت یک آهنربای دائمی نشان می دهد. در این حالت هیچ جریانی از سیم پیچ عبور نمی کند. در این حالت با بسته شدن کلید، یک جریان از سیم پیچ عبور می کند. به این ترتیب، یک میدان مغناطیسی به وجود می آید که به میدان مغناطیسی آهنربای دائمی واکنش نشان می دهد.

قسمت پایینی سیم پیچ در شکل (3)، به قطب شمال این آهنربای الکتریکی تبدیل خواهد شد. از آنجا که قطب های ناهمنام یکدیگر را جذب می کنند، سیم پیچ حرکت خواهد کرد و به وضعیت شکل زیر می رسد:

شکل (4)
سیم پیچ روی یک قاب آلومینیومی یا بوبین سیم پیچی شده است و «یاتاقان ها» (Bearings) از آن نگه داری می کنند. به همین دلیل، سیم پیچ به راحتی قابلیت حرکت دارد. این مسئله در شکل زیر نشان داده شده است:

شکل (5)
دو مشکل در استفاده از این دستگاه برای اندازه گیری وجود دارد. اول اینکه هنگامی که هیچ جریانی از سیم پیچ عبور نمی کند، باید راهی برای بازگرداندن سیم پیچ به حالت اولیه وجود داشته باشد. دوم اینکه باید روشی برای اندازه گیری مقدار حرکت سیم پیچ وجود داشته باشد.

مشکل اول با اتصال «فنر پاندولی» (Hairsprings) در دو انتهای سیم پیچ قابل حل است. این مسئله در شکل زیر نشان داده شده است:

شکل (6)

از این فنرها می توان برای ایجاد اتصال الکتریکی با سیم پیچ نیز استفاده کرد. هنگامی که جریان وجود ندارد، فنرهای پاندولی باعث می شوند که سیم پیچ به موقعیت اولیه خود بازگردد.

همچنین هنگامی که از سیم پیچ جریان عبور می کند، این فنرها در برابر حرکت سیم پیچ مقاومت می کنند. هنگامی که جاذبه بین میدان های مغناطیسی آهنربای دائمی و سیم پیچ با نیروی وارد بر فنرهای پاندولی برابر می شود، سیم پیچ از حرکت در جهت آهنربای دائمی باز می ایستد.

با افزایش جریان سیم پیچ، میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف آن بزرگ می شود. هرچه میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ بیشتر باشد، سیم پیچ بیشتر حرکت می کند. از این خاصیت، در اندازه گیری الکتریکی استفاده می شود.

برای اندازه گیری مقدار حرکت سیم پیچ، یک عقربه اشاره گر به سیم پیچ و سپس به صفحه مدرج وصل می شود. با حرکت سیم پیچ، اشاره گر تغییر موقعیت می دهد. با استفاده از اشاره گر، می توان مقدار جریان گذرنده از سیم پیچ را اندازه گیری کرد. این مسئله در شکل زیر نشان داده شده است:

شکل (7)
برای افزایش دقت و راندمان در این دستگاه اندازه گیری دو راه وجود دارد. یکی استفاده از هسته آهنی نرم داخل سیم پیچ است تا میدان های مغناطیسی در داخل سیم پیچ متمرکز شوند. دوم، استفاده از «قطبک انحنا دار» (Curved Pole Pieces) است. این قطبک ها به آهنربا متصل هستند و تضمین می کنند که با افزایش جریان در سیم پیچ، نیروی وارد بر آن نیز زیاد می شود.

شکل زیر، یک دستگاه اندازه گیری به روش سیم پیچ متحرک - آهنربا ساکن (Permanent Magnet Moving Coil) را با جزییات کامل نشان می دهد:

شکل (8)

بیشتر دستگاه های اندازه گیری، از اساس سنجه آهنربا ساکن، سیم پیچ متحرک استفاده می کنند. این دستگاه به افتخار دانشمند فرانسوی، «آرسنوال» (d’Arsonval)، بیشتر به نام «سنجه آرسنوال» (Arsonval Meter Movement) شناخته می شود. شکل زیر، سنجه آرسنوال را نشان می دهد:

شکل (9)