இயங்கு சுருள் கால்வனோமீட்டர்

இயங்கு சுருள் கால்வனோமீட்டர்

ஒரு மின்சுற்றின் வழியே பாயும் மின்னோட்டத்தைக் கண்டறியப் பயன்படும் ஒரு கருவி, இயங்கு சுருள் கால்வனோமீட்டராகும்.

தத்துவம்

மின்னோட்டம் பாயும் வளையம் ஒன்றை சீரான காந்தப்புலத்தில் வைக்கும்போது அது ஒரு திருப்புவிசையை உணரும்.

அமைப்பு

இயங்கு சுருள் கால்வனோ மீட்டரில், மெல்லிய காப்பிடப்பட்ட தாமிரக் கம்பியால் சுற்றப்பட்ட செவ்வக வடிவ கம்பிச்சுருள் PQRS ஒன்று உள்ளது. அதிக சுற்றுக்களை உடைய இக்கம்பிச்சுருள் இலேசான உலோகச் சட்டத்தின் மீது நெருக்கமாக சுற்றப்பட்டுள்ளது. படம் 3.59 இல் காட்டியுள்ளவாறு உருளைவடிவ தேனிரும்பு உள்ளகம் ஒன்று கம்பிச்சுருளின் உள்ளே சமச்சீராகப் பொருத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த செவ்வக வடிவ கம்பிச்சுருள் குதிரைலாட காந்தத்தின் இரண்டு முனைகளுக்கு நடுவே தடையின்றி தொங்கவிடப்பட்டுள்ளது.

செவ்வகக் கம்பிச்சுருளின் மேல்முனை பாஸ்பர் வெண்கல இழையினால் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. இதேபோன்று கம்பிச்சுருளின் கீழ்முனை பாஸ்பர் வெண்கலத்தால் செய்யப்பட்ட இழைச் சுருள் வில்லுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. மெல்லிய தொங்கு இழையில் சிறிய சமதள ஆடி ஒன்று பொருத்தப்பட்டுள்ளது. விளக்கு மற்றும் அளவுகோல் அமைப்பின் உதவியுடன் இந்த 

சமதள ஆடியைப் பயன்படுத்தி கம்பிச்சுருளில் ஏற்படும் விலகலை அளவிடலாம். அதன் மறுமுனை ஒரு திருகுமுனையுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. கம்பிச்சுருள் வழியே மின்னோட்டத்தைச் செலுத்த மெல்லிய கம்பி இழை மற்றும் இழைச்சுருள்வில் S ஆகியவை மின்முனைகளுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.

வேலை செய்யும் முறை

l நீளமும் b அகலமும் கொண்ட PQRS செவ்வக கம்பிச்சுருளின் ஒரே ஒரு சுற்றை மட்டும் கருதுவோம். PQ = RS = l மற்றும் QR = SP = b. I என்ற மின்னோட்டம் கம்பிச்சுருள் PQRS வழியே படம் 3.60 இல் காட்டியுள்ளவாறு பாய்கிறது என்க. 

கம்பிச்சுருளின் ஒரு சுற்றுக்கு, விலகு இரட்டை

குதிரைலாட வடிவ காந்தத்தில் அரைக்கோள காந்த முனைகள் உள்ளன. இவை ஓர் ஆரவகை காந்தப்புலத்தைத் (Radial magnetic field) தோற்றுவிக்கும். இந்த ஆரவகை காந்தப்புலத்தினால் QR மற்றும் SP பக்கங்கள் எப்போதும் காந்தப்புலத்திற்கு B இணையாக இருக்கும். மேலும் எவ்வித விசையையும் உணராது. PQ மற்றும் RS பக்கங்கள் எப்பொழுதும் காந்தப்புலத்திற்கு B செங்குத்தாக இருப்பதால் விசையை உணரும். இக்காரணத்தினால் திருப்பு விசை ஏற்படும்.

இங்கு கம்பிச்சுருளின் பரப்பு A = lb. எனவே N சுற்றுகள் கொண்ட கம்பிச்சுருளுக்கு நாம் பெறுவது

இந்த விலகு திருப்புவிசையினால் கம்பிச்சுருள் முறுக்கப்பட்டு, கம்பியில் ஓர் மீட்சி திருப்புவிசை (restoring torque) (மீட்சி இரட்டை என்றும் அழைக்கலாம்) உருவாகும். எனவே மீட்சி இரட்டையின் எண்மதிப்பு, முறுக்குக் கோணம்θ விற்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும். எனவே

இங்கு K என்பது ஓரலகு முறுக்கத்திற்கான மீட்சி இரட்டை அல்லது சுருள்வில்லின் முறுக்குமாறிலி ஆகும்.

சமநிலையில், விலகு இரட்டை மீட்சி இரட்டைக்குச் சமமாகும். எனவே,

இங்கு G = K/NAB என்பது கால்வனோமீட்டர் மாறிலிஅல்லது கால்வனோமீட்டரின் மின்னோட்ட சுருக்கக் கூற்றெண் எனப்படும்.

தொங்கவிடப்பட்ட இயங்கு சுருள் கால்வனோமீட்டர் மிகவும் உணர்திறன் (Sensitivity) வாய்ந்த தாகும். மிக்க கவனத்துடன் இதனைக் கையாள வேண்டும். நாம் பயன்படுத்தும் பெரும்பான்மையான கால்வனோமீட்டர்கள் குறிமுள் வகை கால்வனோ மீட்டர்களாகும்.

கால்வனோமீட்டரின் தகுதியொப்பெண்

கால்வனோமீட்டர்அளவுகோலின் ஒரு பிரிவுக்கான விலகலை ஏற்படுத்தும் மின்னோட்டத்தின் அளவே, கால்வனோ மீட்டரின் தகுதியொப்பெண் என வரையறுக்கப்படுகிறது.

கால்வனோமீட்டரின் உணர்திறன்

ஒரு கால்வனோமீட்டர் வழியே செலுத்தப்படும் மிகக்குறைந்த மின்னோட்டத்திற்கு அல்லது அதன் முனைகளுக்கிடைய அளிக்கப்படும் மிகக்குறைந்த மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு, மிக அதிக அளவு விலக்கத்தை ஏற்படுத்தினால், அந்த கால்வனோமீட்டரை உணர்திறன் வாய்ந்தது எனக் கூறலாம்.

மின்னோட்ட உணர்திறன்

கால்வனோ மீட்டர் வழியே பாயும் ஓரலகு மின்னோட்டத்திற்கு ஏற்படும் விலகலே அதன் மின்னோட்ட உணர்திறன் எனப்படும்.

கால்வனோ மீட்டரின் மின்னோட்ட உணர்திறனை பின்வரும் வழிமுறைகளில் அதிகரிக்கலாம்.

(1) சுற்றுகளின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பதனால் (N)

(2) காந்தப்புலம் Bயை அதிகரிப்பதனால்

(3) கம்பிச் சுருளின் பரப்பு Aயை அதிகரிப்பதனால்

(4) கம்பிச்சுருளைத் தொங்கவிடப் பயன்படும் இழையின் ஓரலகு முறுக்கத்திற்கான இரட்டையை K குறைப்பதன் மூலம் மின்னோட்ட உணர்திறனை அதிகரிக்கலாம்.

இங்கு பாஸ்பர் வெண்கல இழை கம்பிச்சுருளை தொங்கவிடப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஏனெனில் இதன் ஓரலகு முறுக்கத்திற்கான இரட்டையின் மதிப்பு மிகக் குறைவானதாகும்.

மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன்

கால்வனோமீட்டரின் முனைகளுக்கிடையே அளிக்கப்படும் ஓரலகு மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கான விலகலே, அதன் மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன் எனப்படும்.

இங்கு Rg என்பது கால்வனோமீட்டரின் மின்தடையாகும்.

எடுத்துக்காட்டு 3.25

ஒரு இயங்கு சுருள் கால்வனோமீட்டர் ஒன்றின் கம்பிச்சுருளின் சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை ஐந்து. ஒவ்வொரு சுற்றின் நிகர பரப்பும் 2 x 10^-2 m². இக்கம்பிச்சுருள் 4 × 10^-2Wb m^-2 வலிமை கொண்ட காந்தப்புலம் ஒன்றினுள் 4 x 10^-9 Nm deg^-1 முறுக்கு மாறிலி K கொண்ட இழையினால் தொங்கவிடப்பட்டுள்ளது.

(அ) கால்வனோமீட்டரின் மின்னோட்ட உணர்திறன் டிகிரி /மைக்ரோ-ஆம்பியரில்காண்க.

(ஆ) 50 பிரிவுகள் கொண்ட அளவுகோலின் முழு விலக்கத்திற்கான மின்னழுத்தம் 25 mV என்ற நிபந்தனையில் அதன் மின்னழுத்த உணர்திறனைக் காண்க.

(இ) கால்வனோமீட்டரின் மின்தடையைக் காண்க.

தீர்வு

கம்பிச் சுருளின் சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை = 5

ஒவ்வொரு சுற்றும் 2 x 10^-2 m² பரப்பு கொண்டது.

காந்தப்புலத்தின் வலிமை = 4 x 10^-2 Wb m^-2

கம்பிச்சுருளைத் தொங்கவிடப் பயன்படும் இழையின் முறுக்கு மாறிலி K = 4 x 10^-9 N m deg^-1

(அ) மின்னோட்ட உணர்திறன்

பிரிவுகள் /ஆம்பியர் அல்லது ஆம்பியர் ஒன்றுக்கு 10⁶ பிரிவுகள்

1μA = 1 மைக்ரோ ஆம்பியர் = 10^-6 ஆம்பியர்

எனவே,

I_s = 10⁶

I_s = 1_{பிரிவு}  (μA)^-1

(ஆ) மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன்

(இ) கால்வனோ மீட்டரின் மின்தடை

எடுத்துக்காட்டு 3.26

கால்வனோமீட்டரின் மின்னோட்ட உணர்திறனை 50% அதிகரிக்கும்போது, அதன் மின்தடை, தொடக்க மின்தடையைப் போன்று இருமடங்காகிறது. இந்த நிபந்தனையில் கால்வனோமீட்டரின் மின்னழுத்த உணர்திறன் மாறுமா? அவ்வாறு மாற்றமடைந்தால் எவ்வளவு மாற்றமடையும்?

தீர்வு

ஆம், மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன் மாற்றமடையும். மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன்

V_s=I_s/R கால்வனோ மீட்டரின் மின்தடைஇருமடங்காக்கப்பட்டால், புதிய மின்தடை R' = 2R மின்னோட்ட உணர்திறனில் ஏற்பட்ட அதிகரிப்பு

புதிய மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன்

எனவே, மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறன் குறையும். மின்னழுத்த வேறுபாட்டு உணர்திறனின் சதவிகிதக் குறைவு