در وسایل الکتریکی، اندازه‌گیری پارامترهایی مانند جریان الکتریکی بسیار مهم است. گالوانومتر وسیله‌ای است که به منظور آشکارسازی جریان‌های الکتریکی طراحی شده است. همچنین، از این وسیله برای اندازه‌گیری مقدار جریان نیز استفاده میشود. به طور معمول، جریان و شدت آن توسط حرکت سوزن مغناطیسی یا سیم‌پیچ در میدان مغناطیسی، نشان داده میشود. نکته‌های مهمی در مورد گالوانومتر وجود دارند که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم:
- از این وسیله برای آشکارسازی، اندازه‌گیری مقدار و تعیین جهت جریان الکتریکی استفاده میشود.
- گالوانومتر در حضور میدان مغناطیسی کار می‌کند.
- این وسیله، تنها می‌تواند جریان در مدار مستقیم را اندازه بگیرد.
- دقت اندازه‌گیری آن کوچک است.
- به طور سری در مدار قرار می‌گیرد.
- حساسیت گالوانومتر در مقایسه با آمپرمتر بیشتر است.
- جهت جریان در مدار را نشان می‌دهد.
- گالوانومتر وسیله‌ای مکانیکی است.
- مقاومت این وسیله در حدود ۱۰ تا ۱۰۰ اهم است.
به طور حتم، با وسیله‌ای به نام آمپرمتر یا آمپرسنج در مدار آشنا هستید. در ادامه، آمپرمتر را به اختصار توضیح می‌دهیم و تفاوت‌های اصلی آن با گالوانومتر را بیان می‌کنیم.
آمپرمتر چیست ؟
آمپرمتر وسیله‌ای برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی مستقیم یا متناوب در مدار است. این وسیله، جریان را با استفاده از سیم‌پیچ‌هایی با مقاومت و راکتانس القایی بسیار کوچک، اندازه می‌گیرد. نکته‌های مهمی در مورد آمپرمتر وجود دارند که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم:
- از این وسیله برای اندازه‌گیری مقدار جریان الکتریکی استفاده میشود.
- این وسیله در حضور میدان مغناطیسی یا بدون حضور آن، کار می‌کند.
- آمپرمتر هر دو جریان مستقیم و متناوب را اندازه می‌گیرد.
- این وسیله در مدار الکتریکی و به صورت سری قرار می‌گیرد.
- حساسیت آمپرمتر در مقایسه با گالوانومتر کم است.
آمپرمتر وسیله‌ای مکانیکی یا الکترونیکی است. مقاومت آمپرمتر ایده‌آل برابر صفر است.
تفاوت گالوانومتر و آمپرمتر
تفاوت اصلی بین آمپرمتر و گالوانومتر آن است که آمپرمتر تنها بزرگی جریان را نشان می‌دهد، اما گالوانومتر بزرگی و جهت جریان الکتریکی را نشان خواهد داد.
گالوانومتر را می‌توان با اتصال موازی مقاومتی در مدار الکتریکی، به آمپرمتر تبدیل کرد. همچنین، اگر مقاومت به صورت سری به گالوانومتر متصل شود، از آن می‌توان به عنوان ولت‌متر استفاده کرد. از آمپر متر برای اندازه‌گیری بزرگی جریان الکتریکی استفاده میشود.
اکنون می‌دانیم گالوانومتر چیست و با تفاوت‌های اصلی آن با آمپرمتر آشنا شدیم. در ادامه، در مورد نحوه عملکرد این وسیله توضیح می‌دهیم.
گالوانومتر چگونه کار می کند ؟
فرض کنید گالوانومتر دلخواهی را در مدار الکتریکی ساده‌ای قرار داده‌ایم. با برقراری جریان در مدار، عقربه گالوانومتر حرکت می‌کند. با افزایش مقدار جریان عبوری از گالوانومتر، عقربه گالوانومتر انحراف بیشتری خواهد داشت.
حساسیت سیم پیچ متحرک گالوانومتر
تعریف کلی از حساسیت تجربه شده توسط یک سیم پیچ متحرک گالوانومتر به عنوان نسبت تغییر انحراف گالوانومتر به تغییر جریان در سیم پیچ آورده شده است.
S = dθ / dI
اگر دستگاه انحراف بیشتری را نسبت به مقدار کمی جریان نشان دهد، حساسیت گالوانومتر بیشتر است. حساسیت دو نوع است: حساسیت جریان و حساسیت ولتاژ.
حساسیت جریان:
انحراف θ در واحد جریان I به عنوان حساسیت جریان θ / I شناخته می شود:
θ / I = nAB / k
حساسیت ولتاژ:
انحراف θ در واحد ولتاژ به عنوان حساسیت ولتاژ θ / ولت شناخته می شود. هر دو طرف معادله را بر V تقسیم می کنیم θ = (nAB / k) I ؛
(θ / V = (nAB / V k) I = (nAB / k) (I / V) = (nAB / k) (1 / R
R مخفف مقاومت موثر در مدار است.
همچنین حساسیت ولتاژ = حساسیت جریان / مقاومت سیم پیچ. بنابراین با این شرط که R ثابت بماند؛ حساسیت ولتاژ متناسب با حساسیت جریان است.
شکل یک گالوانومتر:
این نسبت جریان انحراف در مقیاس کامل و تعداد درجه بندی ها در مقیاس ابزار است. همچنین معکوس از حساسیت جریان یک گالوانومتر است.
حساسیت گالوانومتر:
مفهوم حساسیت گالوانومتر بر موارد زیر مرتبط است:
- تعداد دورهای سیم پیچ
- مساحت سیم پیچ
- قدرت میدان مغناطیسی B
- مقدار زوج در واحد پیچش k / nAB
همانطور که می دانیم حساسیت ولتاژ (θ / V = (nAB / k) (1 / R؛ حساسیت ولتاژمقدار کلی حساسیت ولتاژ بدون تغییر باقی می ماند.
کاربرد های گالوانومتر
گالوانومتر با سیم پیچ متحرک ابزاری کاملاً حساس است که به کمک آن می توان وجود جریان را در هر مدار تشخیص داد. اگر گالوانومتر در مدار پل ویستون( wheatstone’s bridge) متصل باشد، عقربه دستگاه در گالوانومتر انحراف صفر را نشان می دهد، یعنی هیچ جریانی از دستگاه عبور نمی کند. عقربه دستگاه باتوجه به جهت جریان به سمت چپ یا راست منحرف می شود.
از گالوانومتر می توان برای اندازه گیری های زیر استفاده کرد؛
الف) مقدار جریان در مدار بوسیله اتصال موازی گالوانومتر با مقاومت کم.
ب) ولتاژ در مدار بوسیله اتصال سری گالوانومتر با مقاومت زیاد.
تبدیل گالوانومتر به آمپرمتر
گالوانومتر با اتصال موازی با مقاومت کم که مقاومت شنت نامیده می شود به آمپرمتر تبدیل می شود. مقاومت مناسب در برابر شنت بسته به دامنه آمپرمتر انتخاب می شود.
در مدار داده شده :
- RG – مقاومت گالوانومتر
- G- سیم پیچ گالوانومتر
- I – کل جریان عبوری از مدار
- IG – کل جریان عبوری از گالوانومتر که مربوط به قرائت در مقیاس کامل است
- Rs – مقدار مقاومت در برابر شنت
هنگامی که جریان IG از گالوانومتر عبور می کند، جریان از طریق مقاومت شنت توسط IS = I – IG داده می شود. ولتاژ های گالوانومتر و مقاومت شنت به دلیل نوع اتصال آنها برابر است.
بنابراین RG .IG = (I- IG) .Rs
مقدار S را می توان با استفاده از معادله فوق بدست آورد.
تبدیل گالوانومتر به ولت متر
اگر گالوانومتر بصورت سری با مقاومت بالا متصل شود به ولت متر تبدیل می شود. بسته به دامنه ولت متر، مقاومت زیاد مناسب انتخاب می شود.
در مدار داده شده:
- RG = مقاومت گالوانومتر
- R = مقدار مقاومت بالا
- G = سیم پیچ گالوانومتر
- I = کل جریان عبوری از مدار
- IG = کل جریان عبوری از گالوانومتر که مربوط به انحراف در مقیاس کامل است.
- V = افت ولتاژ در اتصال سری گالوانومتر و مقاومت زیاد.