الجلفانومترات والأميترات والفولتميترات ذات الملف المتحرك

أن الملف الحامل للتيار يتعرض لعزم دوران إذا وجد في مجال مغناطيسي وحيث ان العزم الدوراني يتناسب مع التيار المار في  الملف فإن هذا التأثير يمكن استعماله لقياس التيار.

وحتى نتعرف على كيفية الاستفادة من هذا التأثير ، سنشير إلى الشكل (1) حيث يرى ملف حامل للتيار ، موضوع بين قطبي مغناطيس وعندما يكون التيار في الاتجاه المبين ، فإن الملف يسلك سلوك مغناطيس ، قطبه الشمالي في الناحية الخلفية ( اختبر صحة هذه المقولة). وسنشير إلى هذه الحقيقة بمتجه عزم مغناطيسي μ.

الشكل (1)

وحيث أن متجه العزم المغناطيسي يحاول أن يكون بحزاء المجال ، فإنه الملف يدور بحيث يجعل هذا المتجه مصوباً نحو القطب الجنوبي للمغناطيس الدائم. ولكن هذا الدوران يتوقف عند حد معين نظراً لوجود زنبرك مثبت بالملف ليزوده بعزم دوراني مضاد. أي أن الملف سيدور مقداراً يتناسب مع شدة التيار المار به. وعلى هذا يكون مقدار هذا الدوران الذي سيشير إليه مؤثر مثبت بالملف ، مقياساً للتيار المار في الملف.

الجلفانومترات

عادة ما نطلق على الجهاز المرسوم تخطيطاً في الشكل ((1 حركة مقياس ويزود الملف عملياً بقلب من الحديد لتقوية المجال والعزم الدوراني. وكثير من اجهزة القياس بالغة الحساسية ، والمسماة جلفانومترات ، وهي ببساطة حركة كهذه موضوعة في غلاف مناسب. ولهذا يشيع استعمال المصطلحين حركة مقياس وجلفانومتر ليؤديا نفس المعنى.

وتعتمد حساسية حركة المقياس ــ بمعنى مدى الانحراف الحادث عند مرور مقدار معين من التيار ــ على عدة عوامل. ومن الطبيعي أن تكون صلابة زنبرك الاسترجاع من أهم تلك العوامل. فالزنبرك ــ من ناحية ــ لابد أن تكون لديه استجابة معقولة لقياس تيارات صغيرة ، ومن الناحية أخرى لا يجب ان يكون هشاً إذا كان على الجهاز أن يكون متيناً للحمل. كما تعتمد الحساسية على عدد لفات الملف ، فإذا تضاعف عدد اللفات فإن عزم الدوران يتضاعف تبعاً لذلك.

وينحرف الجهاز شديد الحساسية إلى أقصى مدى له ، إذا مر به تيار لا يزيد على كسر من الميكرو أمبير. ولابد لمثل هذا المقياس بالغ الحساسية أن يكون له عدد كبير من لفات السلك بالملف ، وهذا ما يجعل مقاومته تصل إلى100 Ω  بسهولة. وحتى مع هذا فإن جهداً مقداره10^-4 V  بين طرفيه سيجعل تياراً10^-6 A  يمر به. وتنحرف معظم جلفانومترات عموماً لأقصى مدى عنه مرور تيار                 يبلغ1 mA (10^-3 A) بها ، وتكون مقاومتها نحو20 Ω .

الأميترات

ولقياس التيار المار في أحد فروع دائرة ما ، فإن أحد أجهزة القياس ذات الملف المتحرك يدمج في ذلك الفرع. وفي هذه الحالة يسمى الجهاز أميتر. ولا بد لكي يؤدي الجهاز وظيفته على الوجه الصحيح أن يحقق شرطين فمن المهم أولاً ألا يتسبب وجود الجهاز في الدائرة في أي تغير محسوس في التيار المار فيها والمراد قياسه. أي أن مقاومة الجهاز لابد أن تكون أقل من مقاومة الفرع عندما لا يكون الجهاز متصلاً. وفضلاً عن ذلك فإن حركة الجلفانومتر الأساسية لابد ان تؤدي إلى أقصى انحراف عند مرور تيار نحو 1 mA خلاله. فإذا أريد للجهاز أن يقيس تيارات أكبر من هذا وليكن 1A ، فإن معظم هذا التيار لابد أن يتفرع جانباً ولا يسمح سوى لتيار صغير 1 mA أن يمر خلال ملف الجهاز ويتحقق هذان الهدفان إذا وصلت مقاومة صغيرة تسمى مجزئ التيار ( تتصل دائماً ليتفرع إليها التيار) على التوازي مع ملف الجهاز كما هو موضع في الشكل (2) ومقاومة المجزئ يتم اختيارها بحيث تكون أصغر بكثير من مقاومة الملفR_m . ويؤدي هذا إلى الأثر المطلوب ، وهو ان يتفرع معظم التيار ليمر خلال المجزئ. ومن ناحية أخر فإن المقاومة المكافئة للمجموعة المتصلة على التوازي تكون أصغر  من أي من المقاومتين بالمجموعة ــ وهكذا فالجهاز ذو المجزئ إذا وصل بفرع دائرة ما فإن ما يضيفه من مقاومة إلى الفرع يكون أقل من قيمة مقاومة المجزئ نفسه وبهذا لا يكون للتغيير الحادث في الدائرة أثر يذكر.

الشكل (2)

الفولتميترات

ويمكن توصيل جهاز قياس ذي ملف متحرك على التوازي مع عنصر الدائرة R لقياس فرق الجهد عبره ( الشكل ((3) ويسمى الجهاز في هذه الحالة فولتميتر ويكون فرق الجهد عبر الجهاز هو نفسه الموجود عبر عنصر الدائرة. ومرة اخرى ، وحتى لا يسحب ملف الجهاز تياراً أكبر من نحو 1 mA ، فإن معظم التيار لابد من منعه من المرور خلال الملف. وهذا ما يتم عمله بإضافة مقاومة كبيرة.... متصلة على التوالي مع الملف. وهذا من شأنه أيضاً أن يؤكد أن وجود جهاز القياس لا يحدث تغييراً ملموساً في التيار المار في الرفع المحتوى على R مقارنة بالتيار الذي يمر في عدم وجود الجهاز.