Принцип устройства амперметра

Амперметр — прибор, предназначенный для измерения силы тока в электрической цепи. Подключение измерительного устройства в схему проводится последовательно с участком, который необходимо замерить. Чем ниже внутреннее сопротивление прибора, тем меньше погрешность измерения. Амперметр нельзя подключать как вольтметр, то есть непосредственно к источнику питания, так как произойдет короткое замыкание.

Что это и для чего нужен?

Амперметр – прибор, главным назначением которого является замер силы тока в электросетях. Причем речь идет о токе постоянного и переменного характера. Устройство подключается последовательно к части электроцепи, где осуществляется поверка. Учитывая, что замеряемый ток будет сильно зависеть от сопротивления частей электроцепи, внутреннее сопротивление самого прибора должно быть низким. Это дает возможность существенно уменьшить влияние самого прибора на цепь, что замеряется, и увеличить точность самих показаний.

Обычно шкала прибора содержит такие обозначения, как мкА, мА, а и кА. В зависимости от необходимой точности и измерительного предела и следует выбирать подходящее устройство.

Увеличения силы, которую требуется измерить, можно добиться благодаря включению в электроцепь усилителей магнитного типа, шунтов, а также токовых трансформаторов. Это позволит существенно повысить предел величины измерений.

Виды амперметров

Классифицировать устройства можно по способу индикации. Наиболее широко распространены аналоговые амперметры – с градуированной шкалой, по которой движется стрелка. Современные приборы имеют цифровой дисплей, на котором отображается значение величины тока.

Стрелочные амперметры

Приборы со стрелочной головкой

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Стрелочные амперметры постепенно исчезают. Они отличаются более сложным устройством, чем современные модели, и обладают ограниченной областью применения. Еще один недостаток – меньший срок работы из-за наличия большего количества механических деталей. При этом современные условия иногда требуют измерения меньших величин, чем требуется для отклонения стрелки даже на одно деление. Из-за этого стрелочные приборы приходится модифицировать усилителями сигнала.

Интересно. Долгое время эти приборы не имели аналогов – точность измерений была достаточно высокой. Однако развитие электротехнической промышленности позволило разработать более дешевые в изготовлении приборы.

Принцип действия стрелочной головки

Еще одна сложность при использовании стрелочного амперметра – принцип работы стрелки, отличающийся в разных системах измерения:

• Магнитоэлектрическая. Стрелка поворачивается по линейной шкале, пропорциональной силе тока. Вращающий момент задается током, проходящим через обмотку рамки.
• Электромагнитная. Стрелка закреплена на сердечнике из ферромагнита, который двигается внутри катушки.
• Электродинамическая. Используются две катушки с последовательным либо параллельным соединением. На подвижной – закреплена стрелка, поворачивающаяся от взаимодействия между токами катушек.

Во всех типах прибора используется корректор – специальный винт, соединенный с пружиной. Он необходим для установки стрелки в нулевое положение.

Игнорирование начальной регулировки может привести к неправильному отображению величины измеряемого тока, так как стартовое положение стрелки будет находиться левее нуля.

Приборы с цифровым индикатором

Цифровые устройства вытесняют аналоговые, благодаря ряду отличий:

• простота изготовления – дешевле производить, легче собрать самостоятельно;
• возможность измерения меньших величин;
• отсутствие износа подвижных частей – дольше служат, не требуют замены элементов;
• наглядная и удобная индикация;
• меньший вес.

Цифровой амперметр

Переход к цифровому исполнению позволил шире применять приборы в быту. Они проще в использовании – вертикальное и горизонтальное расположение не влияет на работу. Также они лучше защищены от внешних воздействий, например, механических ударов по корпусу.

Класс точности

Чтобы пользование амперметром было действительно эффективным, следует знать погрешность, с которой он осуществляет измерения. В основные характеристики такого прибора входит понятие «класс точности». Данная величина определяется несколькими погрешностями. А если говорить точнее – их границами. Этот параметр еще часто называют приведенной погрешностью. Согласно этому критерию амперметры, да и другие измерительные устройства, могут быть следующих классов:

• 0,05;
• 0,1;
• 0,2;
• 0,5;
• 1;
• 1,5;
• 2,5;
• 4.

Устройства, что относятся к первым 4 классам называют прецизионными или точными. Их показания будут иметь максимальную точность. А вот приборы, что относятся к другим четырем группам, называют техническими. Если же случилось так, что пометки на устройстве нет, то оно считается внеклассным. Это значит, что его погрешность в измерениях будет даже больше 4%.

В случае с амперметрами классы точности предназначены для понимания границ абсолютной погрешности прибора. И это не будет гарантией, что в показания не будут внесены коррективы из-за других факторов, среди которых можно назвать частоту переменного тока, действие магнитных полей или температурных перепадов. Отдельно следует сказать, что маркировка амперметров в вопросе классов точности осуществляется согласно ГОСТ.

Обзор видов

Теперь немного расскажем о категориях амперметров, ведь от этого, а также принципа работы будет зависеть точность полученных результатов. Как уже говорилось, есть 2 основные группы устройств:

• цифровые;
• аналоговые.

Модели из последней категории могут быть:

• электродинамические;
• электромагнитные;
• магнитоэлектрические;
• ферродинамические.

Кроме того, рассматриваемые устройства подразделяются по типу замеряемого тока на:

• предназначенные для постоянного;
• для переменного тока.

Кроме того, есть и иные спецприборы для токозамеров, что применяются в определенных узких сферах и не столь часто, что упомянутые выше. Скажем об упомянутых устройствах чуть подробнее. Аналоговый чаще всего бывает стрелочный. О нем уже говорилось выше. Как говорилось выше и о цифровых аналогах, которые преобразуют входной сигнал в информацию на табло при помощи специального аналого-цифрового преобразователя.

Иногда такой прибор еще называют электронным.

Цифровые устройства все более активно используются в различных сферах жизни. Они довольно невелики, удобны в использовании и отличаются точными измерениями. Кроме того, они мобильны, по причине небольшой массы. Они невосприимчивы к механическим ударам и вибрациям. Они еще и невосприимчивы к расположению в различных плоскостях. Еще одна категория устройств, о которой нужно сказать – магнитоэлектрические. Принцип действия этой категории основан на взаимодействии поля магнита и движущейся катушки, что располагается в корпусе.

Преимуществами будет малое потребление электрической энергии при работе, высочайшая точность и чувствительность замеров. Такие устройства имеют специальную равномерную градуировку измерительной шкалы. Они предназначены для проведения замеров, где требуется максимально возможная точность. Минусами таких амперметров будет сложность конструкции и наличие катушки, что движется. Такой прибор также может использоваться лишь с током постоянного типа. Несмотря на эти минусы, магнитоэлектрические устройства применяются в разных промышленных сферах.

Второй тип – электромагнитный. Эти аналоги не оснащены перемещающейся катушкой, в отличие от вышеупомянутых устройств. Они сделаны намного проще. В корпусе обычно расположено специальное устройство, а также один либо пара сердечников, смонтированных на оси. Чувствительность таких амперметров будет несколько меньше, чем у вышеупомянутых приборов. Естественно, что и измерительная точность окажется ниже. Если говорить о сильных сторонах этой категории устройств, то следует назвать главной их универсальность. Они могут применяться, как в электрических цепях с различным типом тока. А это позволяет существенно увеличить сферу его использования.

Третья категория – электродинамические. Они работают благодаря взаимодействию токовых полей, проходящих по катушкам. В конструкции этих устройств присутствуют как неподвижные, так и подвижные части. Они универсальны, ведь могут применяться для замеров как постоянного, так и переменного тока. Минусом можно назвать очень высокую чувствительность, из-за чего на них воздействуют даже на слабые магнитные поля, если они располагаются рядом.

А они могут стать причиной помех. Потому электродинамические амперметры применяются лишь в экранированных местах.

Ферродинамические амперметры – следующая категория. Их эффективность и точность измерений является наиболее высокой среди всех существующих категорий. Магнитные поля, что располагаются неподалеку от прибора, какого-то особого влияния оказывать не будут, из-за чего нет смысла устанавливать какие-то защитные экраны. Такой амперметр будет состоять из трех элементов:

• неподвижной катушки;
• провода ферромагнитного типа;
• сердечника.

Подобная конструкция дает возможность существенно увеличить надежность работы прибора. По этой причине ферродинамические амперметры обычно применяются в оборонной и военной сферах. Плюсами такого амперметра еще будут простота применения, а также удобство применения, высокая измерительная точность.

Еще одна категория рассматриваемых приборов – термоэлектрические. Их используют исключительно для электроцепей с высокой токовой частотой. В корпусе этой группы приборов имеется специальный механизм магнитоэлектрического типа, состоящий из проводки с припаянной термопарой. Когда ток проходит здесь, то осуществляется нагревание проводных жил. Чем больше будет сила тока, тем нагрев будет сильнее. Именно по этому моменту специальная система осуществляется перевод нагревания в токовый показатель.

Тут необходимо еще назвать, что по конструкции и методике транспортировки амперметр может быть:

• щитовой, что может крепиться на DIN-рейку в специальном шкафу;
• переносной;
• стационарный.

Кроме того, они бывают разные и по фазам. Чаще всего на рынке можно встретить однофазный или трехфазный амперметр. Последний, кстати, используется довольно редко. Также в последнее время часто стали продаваться устройства, которые могут заряжаться через специальный порт USB, что позволяет при необходимости найти для них быстро зарядку. Ведь подойдет даже блок питания от мобильного телефона.

Советы по выбору

Немного следует сказать об особенностях, которые позволят выбрать максимально эффективное устройство для определенных нужд. Например, чтобы измерения были максимально точны, следует выбирать устройство с сопротивлением до полуома. Кроме того, будет отлично, если у прибора зажимы контактов будет иметь специальный антикоррозийный слой – так он прослужит дольше. Кроме того, корпус должен быть выполнен из максимально качественных материалов, не иметь повреждений и деформаций, по возможности быть герметичным, чтобы влага не попадала внутрь. Это продлит срок службы устройства и окажет существенное влияние на точность показаний.

Лучше всего приобретать цифровые устройства, которые не имеют таких недостатков, как стрелочные. Еще один совет состоит в том, что ни в коем случае нельзя подключать амперметр в сеть напрямую при отсутствии нагрузки. Иначе он просто сломается. Кроме того, во время проведения измерений нельзя прикасаться к токоведущим частям устройства, которые не имеют изоляции, из-за вероятности удара током. Если имеется механический амперметр, то он полностью должен соответствовать по характеристикам сети, для которой его будут использовать.

Подобные приборы ни в коем случае нельзя бросать или трясти. Это может негативно сказаться на точности данных.

Что такое амперметр и как им проводить измерения?

• Что такое амперметр и как им проводить измерения?
• Схемы подключения амперметра
• Сфера применения амперметров
• Принцип работы амперметра
• Магнитоэлектрические амперметры
• Электромагнитные амперметры
• Термоэлектрические амперметры
• Электродинамические амперметры
• Ферродинамические
• Разновидности амперметров тока

Измерительные приборы предназначены для проверки точности показателей оборудования, осуществления контроля и управления технологическими процессами. С их помощью можно подтвердить или опровергнуть научные доводы, оптимизировать работу электронных устройств и достигнуть максимальной эффективности их функционирования. Амперметр представляет собой прибор для определения силы электрического тока.

Измеряемый ток определяется величиной сопротивления составляющих частей цепи, вследствие чего сопротивление самого амперметра должно иметь максимально низкие значения. Благодаря этому снижается воздействие измерительного прибора на объект измерения, что позволяет получить максимально точные результаты измерений амперметром с минимальной погрешностью.

Показатели амперметра отображаются в мкА, мА, А и кА, поэтому прибор нужно выбирать, исходя из необходимой точности и рамок измерений. Повысить измеряемую силу тока можно при помощи добавления в электроцепь шунтов, трансформаторов, усилителей магнитного типа.

История происхождения

По названию устройства можно догадаться о том, кто приложил руку к его созданию. Андре-Мари Ампер – блестящий ученый своего времени, многие годы посвятивший электродинамике. Ему принадлежат многие знаковые открытия в этой области:

• взаимодействие магнитного поля и электрического тока;
• магнитный эффект катушки с током;
• введение в научную терминологию понятия кибернетики и кинематики.

Основная заслуга ученого – не разработка прибора, а подготовка научного плацдарма для самой возможности создания амперметра и вольтметра. Поэтому первые упоминания измерительного устройства датируют 20-ми годами XIX века, когда самому Амперу было уже за 50.

Тогда речь шла о самом простом приборе – гальваноскопе, состоящем из закрученной проволоки и магнитной стрелки. Он позволял уловить относительные показатели по градусу отклонения стрелки.

Гальванометр – прототип амперметра

В течение следующих десятилетий конструкция совершенствовалась. В 1884 году отечественными учеными были разработаны более совершенные приборы, однако патенты были переданы в Германию, ввиду недостаточного развития электротехнического производства. Лишь к тому времени были утверждены названия современных величин. В 1881 г. в отношении тока приняли решение о том, в чем измеряется сила – в Амперах.

Как устроены амперметры сегодня? В корпусе с индикацией располагаются измерительная катушка и постоянные магниты, которые выравнивают ее при подаче электрического тока. Чем сильнее отклонение, тем выше показатель прибора. Существует несколько разновидностей, отличающихся конструкцией и областью применения.

К сведению. Классический вид – прибор со шкалой, деления которой обозначают силу тока в Амперах. В зависимости от величины, движущийся элемент поворачивает стрелку на определенный угол.

Конструктивные особенности

Существует несколько видов приборов, которые конструктивно отличаются друг от друга. Служат они для измерения переменного и постоянного тока. По своему принципу действия амперметры бывают:

• электромагнитными;
• магнитоэлектрическими;
• тепловыми;
• электродинамическими;
• детекторными;
• индукционными;
• фото- и термоэлектрическими.

Из всех видов наиболее точными считаются электромагнитные и магнитоэлектрические приборы. Основу магнитоэлектрических устройств составляет постоянный магнит. При прохождении тока через обмотку рамки, между ним и магнитом создается крутящий момент.

С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале амперметра и показывает значение силы тока. В электродинамическом приборе основными деталями считаются подвижная и неподвижная катушки. Они могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно.

Проходящие через них токи взаимодействуют между собой, и подвижная катушка, соединенная со стрелкой, отклоняется. Если с помощью амперметра измеряется большая сила тока, то его соединяют через трансформатор.

Схемы подключения амперметра

Схема косвенного включения амперметра через шунт и трансформатор тока

Принцип работы

Первый прибор в начале XIX века изобрел Швейгер, но он тогда назывался гальванометром. Рисунок простейшего амперметра выглядит так. На оси кронштейна расположен якорь из стали со стрелкой. Эта конструкция расположена параллельно постоянному магниту, который воздействует на якорь и придает ему магнитные свойства.

Вдоль магнита и стрелки проходят силовые линии, что соответствует нулевому положению на шкале. Как только начнет проходить электрический ток по шине, то произойдет образование магнитного потока. Его силовые линии будут расположены перпендикулярно линиям постоянного магнита.

Под таким воздействием якорь будет стараться повернуться на 90°, а магнитный поток воспрепятствует его возвращению в исходное положение. От величины и направления тока, который проходит по шине, зависит взаимодействие магнитных потоков. Соответственно этой величине стрелка отклонится от нуля по шкале.

Популярные модели

Как отечественными, так и зарубежными производителями выпускается довольно большое количество приборов, разнообразной классификации. Особенно ценятся цифровые устройства, которые нужны для измерения показаний. К ним относятся:

• А-05 (DC-2) — прибор устроен с внешним шунтом 75 мВ для измерения показаний в цепях постоянного напряжения. В зависимости от используемого трансформатора, амперметр используется в сетях с током от 100 до 1 тыс. А. Единицей измерения является ампер, замеры которого получают с погрешностью 1%, если класс точности шунта не менее 0,5. Потребляемая мощность не более 5 Вт.
• ВАР-М01−083 AC 20−450 В УХЛ4 — универсальный прибор, применяемый как вольтметр, так и амперметр. Устройство может использоваться в качестве основного и дополнительного оборудования. Питается за счет проверяемой электрической цепи. Прибор обладает функцией сохранения в памяти минимального и максимального значения. Управление осуществляется одной кнопкой, переключением которой можно вызвать все функции.
• ТДМ SQ 1102−0060 400А/5А — недорогой стрелочный прибор, применяемый в однофазных сетях. Корпус выполнен из негорючего пластика и имеет полную совместимость со многими маркировками трансформаторов. Средний срок службы составляет около 12 лет.
• АМ-1 — стационарный измерительный прибор, устанавливаемый на DIN-рейку. В комплект входит дополнительный трансформатор. Погрешность измерения составляет не более 0,5 А.

Вам это будет интересно Физика и последствия поражения электрическим током

Стоит отметить еще модели амперметров АМ-3, IEK Э 47−1500/5 А, ACS 712 30 А RD и др. Чтобы избежать больших погрешностей, следует выбирать устройства с сопротивлением до 0,5 Ом. Корпус устройств должен быть герметичным и состоять из негорючего материала. Клеммы обычно покрывают антикоррозийным слоем, назначение которых считается обеспечение более прочного контакта.

Как пользоваться?

Теперь поговорим о том, какие нужно совершить действия, чтобы правильно воспользоваться амперметром и осуществить измерение показаний. Его следует подключать только между источником электричества и нагрузкой. Кроме того, следует точно знать, какой тип напряжения присутствует в источнике электропитания. Применять нужно только соответствующий амперметр под него, в противном случае он сломается. Если говорить именно об алгоритме действий, то он будет выглядеть так:

• сначала выбираем нужный шунт, максимальный ток которого будет меньше, чем замеряемая величина;
• амперметр следует подключить к шунтам при помощи специальных гаек, что располагаются на самом устройстве;
• подключение прибора следует делать лишь после того, как прибор, что будет измеряться, обесточат;
• теперь нужно включить амперметр в электроцепь с шунтом;
• следует правильно соединить элементы, дабы была полностью соблюдена полярность, чтобы данные отображались правильно;
• включаем электропитание, и проверяем результаты замеров на амперметре.

Следует добавить, что перед началом проведения всех измерений, необходимо проверить исправность амперметра по причине того, что его условия хранения могут быть неправильными. Вследствие это может повыситься погрешность измерений, либо устройство может просто поломаться. Кроме того, ни в коем разе не следует подключаться амперметр в розетку при отсутствии какой-либо нагрузки.

Из-за того, что у него имеется крайне маленькое входное сопротивление, в случае такого подключения он просто поломается.

Процесс измерения

На практике амперметр используется гораздо реже, но иногда все-таки существует необходимость сделать замеры тока. Обычно такая процедура применяется для определения мощности электрического прибора, если нет соответствующих обозначений. Очень важно, что при измерении тока величина напряжения, приложенного к электрической цепи, не имеет значения. Замер прибором можно проводить, разорвав цепь в любом месте.

Источником может быть простая батарейка на 1,5 В, аккумулятор на 12 В или однофазная сеть 220 В. Перед началом измерений пользователи подготавливают оборудование, переводя ручки настройки в соответствующее начальное положение. Если примерное значение тока неизвестно, то переключатели устанавливаются на максимальное значение.

Когда все будет подготовлено, в одну из розеток подключается электрический прибор, а в другую провода амперметра. Если это бытовая сеть, то на измерительном устройстве следует выставить переменный ток и максимальное его значение. При измерении стрелочными приборами часто допускаются ошибки, так как сам процесс с ними проводить не очень удобно.

В этом случае гораздо удобнее использовать цифровые измерительные устройства. Очень популярны мультиметры M890G, в которых есть два диапазона для измерений как переменного, так и постоянного тока. Опытные электрики обычно примерно знают параметры электрической сети, поэтому они сразу устанавливают переключатели в нужное положение.

Если они не знают значения измеряемого тока, то устанавливают на мультиметре предельное значение равное 10 А. Далее, прибор перенастраивается на меньшее значение, соответствующее току сети.

Следует помнить, что переключение осуществляется при обесточивании проверяемой электрической цепи. Используя универсальный прибор, который выполняет задание вольтметра и амперметра, косвенно измеряют сопротивление подключенного прибора. Для этого дополнительно проводят расчеты, связанные с законом Ома.

Вам это будет интересно Принцип работы электронных и механических реле времени

Ферродинамические

Очень надежные приборы, которые обладают высокой прочностью и мало подвергаются воздействию магнитных полей, возникающих не в приборе. Такого рода амперметры устанавливают в автоматические контролирующие системы как самописцы.

Бывает так, что шкалы прибора недостаточно и необходимо увеличить значения, которые стоит замерить. Чтобы этого достичь используется шунтирование (проводник с высоким сопротивлением присоединяется параллельно прибору). Например, чтобы установить значение силы в сто ампер, а прибор рассчитан всего на десять, то присоединяют шунт, у которого значение сопротивления в девять раз ниже, чем у прибора.

На схемах принципиальных амперметры всегда обозначаются подобным образом:

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...