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        一種有自我保護(hù)功能的電流表設(shè)計(jì)

        2021-12-12 05:59:52肖亮松
        中學(xué)物理·高中 2021年12期
        關(guān)鍵詞:電流表

        摘 要:在實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的電流表的基礎(chǔ)上,利用漆包線、干簧管、二極管和蜂鳴器等元件,對(duì)指針式電流表實(shí)現(xiàn)在超量程測(cè)量及極性反接時(shí)的電流表自我保護(hù),同時(shí)還利用發(fā)光二極管和蜂鳴器在超量程自我保護(hù)時(shí)做發(fā)光及鳴響的提示,以此減輕學(xué)生錯(cuò)誤操作對(duì)電流表的損壞,提高電流表的安全性和使用壽命.

        關(guān)鍵詞:電流表;自制器材;過(guò)載保護(hù);反向保護(hù);超量程提醒

        中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1008-4134(2021)23-0043-02

        1 背景

        電流表是物理教學(xué)中常見(jiàn)的演示和實(shí)驗(yàn)儀器.但是在使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題:首先,學(xué)生在使用過(guò)程中,不注重原理分析,錯(cuò)誤選擇量程,導(dǎo)致通電時(shí)電流過(guò)大,容易影響電流表的使用壽命或者被損壞;其次,有些同學(xué)誤將電流表正負(fù)極反接,也容易導(dǎo)致電流表?yè)p壞;最后,現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)所用的指針式電流表,均沒(méi)有過(guò)流保護(hù)裝置,而指針式電表具有性?xún)r(jià)比高、靈敏度高、原理清晰等優(yōu)勢(shì).

        2 設(shè)計(jì)思路

        (1)利用干簧管,實(shí)現(xiàn)電流過(guò)大時(shí)保護(hù)電流表.

        利用漆包線繞在干簧管上改裝干簧管,當(dāng)通過(guò)線圈的電流大于電流表量程時(shí)干簧管簧片閉合,干簧管短接表頭實(shí)現(xiàn)對(duì)表頭的保護(hù).

        (2)利用二極管的單向?qū)щ娦?,將二極管串聯(lián)在電流表中以防止指針?lè)聪蚱D(zhuǎn).

        將二極管串聯(lián)在電流表中,由于二極管具有單向?qū)щ娦裕沟梅聪螂娏鳠o(wú)法通過(guò)表頭.

        (3)加設(shè)發(fā)光二極管和蜂鳴器,超量程時(shí)通過(guò)聲光提醒.

        當(dāng)通過(guò)電路的電流超過(guò)量程時(shí),發(fā)光二極管會(huì)亮起、蜂鳴器會(huì)響起,起到提醒操作者的作用.

        3 制作過(guò)程

        (1)利用漆包線改裝的干簧管.將兩個(gè)干簧管繞在同一個(gè)線圈上,根據(jù)電流表的量程不同,對(duì)應(yīng)的漆包線繞干簧管的匝數(shù)不同,本儀器中的兩組干簧管分別繞有4匝和20匝的漆包線,分別實(shí)現(xiàn)對(duì)0.6A和3A不同量程下的保護(hù)(如圖1).

        (2)設(shè)計(jì)電流表改裝原理圖(如圖2).將兩組自制的漆包線繞干簧管的1、3端分別并聯(lián)在電流表0.6A和3A的電路上,并在量程為0.6A電流表上多串聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān),將兩組干簧管中的干簧管2、4兩端并聯(lián),同時(shí)再并聯(lián)上蜂鳴器和發(fā)光二極管,在干簧管2端串聯(lián)一個(gè)干簧管;最后將一個(gè)二極管串聯(lián)在電流表的負(fù)極(說(shuō)明:原理圖中的蜂鳴器和發(fā)光二極管是兩個(gè)量程下共用的).

        未超過(guò)量程時(shí),電流簡(jiǎn)化如圖2的右圖,等效為電流表負(fù)極串聯(lián)了兩根導(dǎo)線和一個(gè)二極管,不會(huì)影響電流表的正常使用.

        當(dāng)電流表測(cè)量電流超過(guò)量程時(shí)(以0.6A為例),線圈中磁場(chǎng)使得干簧管1、2閉合,干簧管1與電流表并聯(lián),通過(guò)分流保護(hù)表頭,干簧管2啟動(dòng)蜂鳴器和LED燈,提醒使用者斷開(kāi)電流表.

        (3)按照電路圖進(jìn)行實(shí)物連接,檢驗(yàn)電路圖,并通過(guò)焊錫改裝電流表.

        將兩組改裝過(guò)的漆包線繞干簧管中的干簧管1、3端,分別并聯(lián)在0.6A與3A之間,利用焊接的方式使其固定,并在0.6A處多串聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān),再將兩組干簧管中的干簧管2、4兩端并聯(lián),同時(shí)并聯(lián)上蜂鳴器和發(fā)光二極管,為了使3.0A量程正常使用下發(fā)光二極管和蜂鳴器不工作,在干簧管2處串聯(lián)了一個(gè)開(kāi)關(guān);最后在電流表的負(fù)極接線柱處串聯(lián)一個(gè)二極管,如圖3所示.

        4 檢測(cè)

        使用一個(gè)新電路檢驗(yàn)改裝好的電流表,通過(guò)滑動(dòng)變阻器改變電路中的電流,再通過(guò)串聯(lián)在電路中的萬(wàn)用表測(cè)電流,檢驗(yàn)改裝完成的電流表測(cè)量的準(zhǔn)確性及是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求.

        (1)當(dāng)流過(guò)電路的電流未超過(guò)0.6A量程時(shí),比對(duì)萬(wàn)用表示數(shù),電流表準(zhǔn)確測(cè)量電路電流(如圖4).

        (2)當(dāng)流過(guò)電路的電流超過(guò)0.6A時(shí),電流表不會(huì)偏轉(zhuǎn)過(guò)大,實(shí)現(xiàn)對(duì)電表的自我保護(hù)功能,同時(shí)二極管會(huì)發(fā)光,蜂鳴器會(huì)響起(如圖5).

        (3)當(dāng)流過(guò)電路的電流未超過(guò)3.0A量程時(shí),比對(duì)萬(wàn)用表示數(shù),電流表準(zhǔn)確測(cè)量電路電流(如圖6).

        (4)當(dāng)流過(guò)電路的電流超過(guò)3.0A時(shí),電流表不會(huì)偏轉(zhuǎn)過(guò)大,實(shí)現(xiàn)對(duì)電表的自我保護(hù)功能,同時(shí)二極管會(huì)發(fā)光,蜂鳴器會(huì)響起(如圖7).

        電流超3.0A時(shí)電流表實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能,此時(shí)實(shí)際電流為4.75A,流過(guò)電流表的電流保持在2.40A.

        電表精準(zhǔn)度為2.5%在量程范圍內(nèi),電流表正常使用.

        5 結(jié)束語(yǔ)

        設(shè)計(jì)改進(jìn)的電流表通過(guò)自制線圈繞干簧管實(shí)現(xiàn)電流過(guò)大時(shí)的保護(hù),制作方便,成效明顯;利用簡(jiǎn)單的元件實(shí)現(xiàn)超量程和極性反接時(shí)的保護(hù),成本低.利用發(fā)光二極管和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)在超量程時(shí)的提醒功能,全方位對(duì)電流表進(jìn)行保護(hù).

        參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018.

        (收稿日期:2021-08-16)

        基金項(xiàng)目:廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于多載體問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)課程系列的研究”(項(xiàng)目編號(hào):2020YQJK305).

        作者簡(jiǎn)介:肖亮松(1988-),男,廣東汕頭人,本科,中學(xué)一級(jí)教師,研究方向:課程改革與教學(xué)資源開(kāi)發(fā).

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