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        一種有自我保護功能的電流表設計

        2021-12-12 05:59:52肖亮松
        中學物理·高中 2021年12期
        關鍵詞:電流表

        摘 要:在實驗室常見的電流表的基礎上,利用漆包線、干簧管、二極管和蜂鳴器等元件,對指針式電流表實現在超量程測量及極性反接時的電流表自我保護,同時還利用發(fā)光二極管和蜂鳴器在超量程自我保護時做發(fā)光及鳴響的提示,以此減輕學生錯誤操作對電流表的損壞,提高電流表的安全性和使用壽命.

        關鍵詞:電流表;自制器材;過載保護;反向保護;超量程提醒

        中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:B 文章編號:1008-4134(2021)23-0043-02

        1 背景

        電流表是物理教學中常見的演示和實驗儀器.但是在使用過程中存在以下問題:首先,學生在使用過程中,不注重原理分析,錯誤選擇量程,導致通電時電流過大,容易影響電流表的使用壽命或者被損壞;其次,有些同學誤將電流表正負極反接,也容易導致電流表損壞;最后,現在實驗所用的指針式電流表,均沒有過流保護裝置,而指針式電表具有性價比高、靈敏度高、原理清晰等優(yōu)勢.

        2 設計思路

        (1)利用干簧管,實現電流過大時保護電流表.

        利用漆包線繞在干簧管上改裝干簧管,當通過線圈的電流大于電流表量程時干簧管簧片閉合,干簧管短接表頭實現對表頭的保護.

        (2)利用二極管的單向導電性,將二極管串聯(lián)在電流表中以防止指針反向偏轉.

        將二極管串聯(lián)在電流表中,由于二極管具有單向導電性,使得反向電流無法通過表頭.

        (3)加設發(fā)光二極管和蜂鳴器,超量程時通過聲光提醒.

        當通過電路的電流超過量程時,發(fā)光二極管會亮起、蜂鳴器會響起,起到提醒操作者的作用.

        3 制作過程

        (1)利用漆包線改裝的干簧管.將兩個干簧管繞在同一個線圈上,根據電流表的量程不同,對應的漆包線繞干簧管的匝數不同,本儀器中的兩組干簧管分別繞有4匝和20匝的漆包線,分別實現對0.6A和3A不同量程下的保護(如圖1).

        (2)設計電流表改裝原理圖(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)一個開關,將兩組干簧管中的干簧管2、4兩端并聯(lián),同時再并聯(lián)上蜂鳴器和發(fā)光二極管,在干簧管2端串聯(lián)一個干簧管;最后將一個二極管串聯(lián)在電流表的負極(說明:原理圖中的蜂鳴器和發(fā)光二極管是兩個量程下共用的).

        未超過量程時,電流簡化如圖2的右圖,等效為電流表負極串聯(lián)了兩根導線和一個二極管,不會影響電流表的正常使用.

        當電流表測量電流超過量程時(以0.6A為例),線圈中磁場使得干簧管1、2閉合,干簧管1與電流表并聯(lián),通過分流保護表頭,干簧管2啟動蜂鳴器和LED燈,提醒使用者斷開電流表.

        (3)按照電路圖進行實物連接,檢驗電路圖,并通過焊錫改裝電流表.

        將兩組改裝過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)一個開關,再將兩組干簧管中的干簧管2、4兩端并聯(lián),同時并聯(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)了一個開關;最后在電流表的負極接線柱處串聯(lián)一個二極管,如圖3所示.

        4 檢測

        使用一個新電路檢驗改裝好的電流表,通過滑動變阻器改變電路中的電流,再通過串聯(lián)在電路中的萬用表測電流,檢驗改裝完成的電流表測量的準確性及是否達到設計要求.

        (1)當流過電路的電流未超過0.6A量程時,比對萬用表示數,電流表準確測量電路電流(如圖4).

        (2)當流過電路的電流超過0.6A時,電流表不會偏轉過大,實現對電表的自我保護功能,同時二極管會發(fā)光,蜂鳴器會響起(如圖5).

        (3)當流過電路的電流未超過3.0A量程時,比對萬用表示數,電流表準確測量電路電流(如圖6).

        (4)當流過電路的電流超過3.0A時,電流表不會偏轉過大,實現對電表的自我保護功能,同時二極管會發(fā)光,蜂鳴器會響起(如圖7).

        電流超3.0A時電流表實現保護功能,此時實際電流為4.75A,流過電流表的電流保持在2.40A.

        電表精準度為2.5%在量程范圍內,電流表正常使用.

        5 結束語

        設計改進的電流表通過自制線圈繞干簧管實現電流過大時的保護,制作方便,成效明顯;利用簡單的元件實現超量程和極性反接時的保護,成本低.利用發(fā)光二極管和蜂鳴器實現在超量程時的提醒功能,全方位對電流表進行保護.

        參考文獻:

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

        (收稿日期:2021-08-16)

        基金項目:廣東省教育科學規(guī)劃課題“基于多載體問題情境創(chuàng)設課程系列的研究”(項目編號:2020YQJK305).

        作者簡介:肖亮松(1988-),男,廣東汕頭人,本科,中學一級教師,研究方向:課程改革與教學資源開發(fā).

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