Для чего нужен амперметр. Амперметр: виды, сфера использования, советы по выбору

Большинство типов амперметров должны быть соединены последовательно с цепью под напряжением, или вы должны соединить их резисторы (шунты) последовательно. В обоих случаях ток протекает через шунт измерительного прибора.

Амперметр. Назначение, типы амперметров их устройство и принцип работы, как пользоваться и подключать

Амперметр — это электроизмерительный прибор, который измеряет силу электрического тока в любой части цепи. Это значение дается в единицах ампер, отсюда и название «амперметр». На практике значения электрического тока измеряются в различных шкалах, от микроампер (мА) до килоампер (кА).

Амперметр — это то же самое, что и гальванометр, но он приспособлен для измерения тока, а шкала разделена на амперы.

На схемах амперметр показан кружком с буквой А в середине.

Для измерения тока также можно использовать мультиметр. Перед измерением необходимо прочитать инструкцию к конкретному мультиметру, чтобы убедиться, что он правильно настроен и подключен к цепи.

Как работает амперметр?

Существует два типа амперметров: аналоговые амперметры, которые показывают значение, отклоняя стрелку механического устройства, и все более распространенные цифровые приборы, оснащенные сложными электронными схемами.

При построении аналогового амперметра необходимо использовать эффекты электрического тока, зависящие от величины. В основном это связано с генерацией магнитного поля проводником, в котором протекает электрический ток. Чем больше сила тока, тем больше эффект, вызванный этим явлением.

Каждый аналоговый амперметр состоит из подвижной и неподвижной частей. К подвижной части прикреплена стрелка, которая перемещается по шкале и позволяет считывать показания прибора. Чтобы избежать ошибок при считывании показаний из-за эффекта параллакса, необходимо смотреть на дисплей под прямым углом к шкале с помощью зеркала, расположенного рядом со шкалой (см. рис. 1).

Типы амперметров их устройство и принцип работы

Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с протеканием электрического тока через проводник. Некоторые из них перечислены ниже.

Магнитоэлектрический амперметр

На проводник с электрическим током, помещенный в магнитное поле, действует электродинамическая сила, величина которой зависит от абсолютной величины электрического тока, длины проводника и величины магнитной индукции.

Магнитоэлектрический амперметр, основанный на этом явлении, показан на рисунке 2. Вращающаяся катушка, через которую протекает измеряемый ток, отмечена красным цветом. Части катушки, перпендикулярные плоскости рисунка, используются в качестве проводников.

Магнитное поле создается постоянным магнитом, сформированным таким образом, что поле является радиальным. Таким образом, каждая часть взаимодействующего проводника всегда перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, независимо от положения указательной катушки.

Формула для описания силы магнитного взаимодействия, действующей на прямой токоведущий проводник в магнитном поле, имеет вид F = I * L * B (1), где:

L — вектор вдоль проводника с величиной, равной его длине, и направлением — таким же как и направление протекания электрического тока;
B — вектор индукции магнитного поля.

Это интересно: Прибор для измерения psd.

Согласно этой формуле, на токопроводящие проводники перпендикулярно плоскости (см. рис. 2) действует сила, направление которой перпендикулярно как этим проводникам, так и вектору индукции магнитного поля. Эта сила заставляет катушку вращаться. Величина силы находится по формуле (1) F = I * l * B * sin a (2), где:

Где α — угол между направлениями вектора L и вектора индукции магнитного поля B. Как уже упоминалось, этот угол всегда равен 90 0, когда магнитное поле радиально.

Пружина, отмеченная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки таким образом, что устанавливается равновесное положение, зависящее от тока, значение которого можно определить по стрелке над шкалой амперметра.

Таким образом, описанный амперметр показывает направление протекания электрического тока. Его можно использовать только для постоянного или однонаправленного тока. Особенно это касается конструкции гальванометров.

Электродинамический амперметр

Две катушки, по которым течет электрический ток, взаимодействуют друг с другом с помощью магнитного взаимодействия.

Электродинамический амперметр состоит из двух катушек — подвижной и неподвижной (см. рис. 3).

Когда через обе катушки протекает электрический ток, значение которого мы хотим измерить, магнитные поля взаимодействуют, вызывая отклонение подвижной катушки и подключенного к ней указателя (стрелки). Это явление не зависит от направления протекания электрического тока. С помощью электродинамического амперметра можно измерять постоянный и переменный ток, даже быстро меняющиеся токи. Эти приборы очень точные, но и дорогие. В основном они используются в лабораториях в качестве эталонных измерительных приборов.

Особенности прибора

Амперметры отличаются тем, насколько детально отображается шкала с долями ампер:

для измерения в микроамперах – микроамперметры;

для измерения в миллиамперах – миллиамперметры и т.д.

Пределы измерения могут быть расширены, если в цепь к амперметру подключить магнитный усилитель, трансформатор тока или шунт. Если используется шунт, он должен быть выбран таким образом, чтобы импеданс через рабочую катушку и в рабочей катушке составлял 10:1, 100:1 или 1000:1.

Шунт подключается к амперметру с помощью специальных гаек.

Перед подключением шунта к амперметру отключите питание.

При подключении прибора к сети убедитесь в правильности полярности — при неправильном подключении прибор будет показывать отрицательные значения.

Принцип действия

На валу рычага находится стальной якорь и постоянный магнит. Стрелка находится на нуле, когда на якорь действует только постоянный магнит.

Если прибор подключен к электрической цепи, магнитный поток тока, протекающего в стержне, также действует на якорь, заставляя стрелку отклоняться на 90°. Чем больше сила тока, тем больше отклоняется стрелка — именно это и измеряет амперметр.

Это интересно: Токоизмерительные клещи: критерии выбора и обзор лучших моделей.

Устройство и принцип работы

Конструкция амперметра рассмотрена на примере электродинамического амперметра, так как она может сильно отличаться от модели к модели. Одним из элементов, составляющих амперметр, является подвижная катушка и неподвижная катушка, которые могут быть соединены параллельно или последовательно. Протекающие через них токи взаимодействуют, вызывая отклонение подвижной части. К ней подсоединяется стрелка прибора, указывающая на величину тока. При включении цепей этот прибор подключается последовательно с нагрузкой. Если известно, что сила тока слишком велика или напряжение слишком высокое, соединение осуществляется через трансформатор.

Принцип работы заключается в следующем. Рядом с постоянным магнитом на валу якоря установлен стальной якорь со стрелкой. Этот магнит воздействует на якорь и тем самым придает ему определенные магнитные свойства. Положение самого якоря перемещается вдоль силовых линий, которые также перемещаются вдоль магнита. Это положение якоря соответствует значению 0 на шкале. Когда через якорь проходит ток батареи или генератора, создается магнитный поток. Магнитный поток в области якоря перпендикулярен магнитному потоку постоянного магнита.

Магнитный поток, создаваемый током, воздействует на якорь, который пытается повернуться на 90 градусов. Однако по отношению к своему начальному положению он не может этого сделать из-за потока, создаваемого в соленоиде постоянного тока. Степень взаимодействия двух магнитных токов зависит от типа, величины и направления тока, протекающего через стержень распределителя. От этого, конечно, зависит и то, насколько стрелка на шкале будет удаляться от нуля.

В случае цифро-аналогового преобразования аналого-цифровой преобразователь преобразует текущее значение в цифровое показание, которое отображается на экране.

Выходной сигнал зависит от частоты процессора, отвечающего за передачу соответствующих данных на дисплей.

Класс точности

Чтобы амперметр был действительно эффективным, необходимо знать, с какой точностью он измеряет. Одной из основных характеристик такого прибора является понятие «класс точности». Это значение определяется различными погрешностями. Точнее, их пределами. Это часто называют уменьшенной погрешностью. По этому критерию амперметры и другие измерительные приборы можно разделить на следующие классы:

Приборы, относящиеся к первым 4 категориям, называются прецизионными или точными приборами. Их показания будут максимально точными. Приборы, относящиеся к остальным четырем категориям, называются техническими приборами. Если на приборе нет маркировки, считается, что он не принадлежит к данной категории. Это означает, что он имеет погрешность измерения более 4 %.

Для амперметров классы точности предназначены для определения пределов абсолютной погрешности прибора. Это не гарантирует, что измерения не корректируются другими факторами, такими как частота переменного тока, магнитные поля или колебания температуры. Независимо от этого, следует отметить, что амперметры маркируются в соответствии с ГОСТом по классам точности.

Это интересно: Как проверить напряжение в розетке мультиметром.

Виды амперметров

Все амперметры классифицируются как электромагнитные, магнитоэлектрические, тепловые, электродинамические, детекторные, индуктивные, фотоэлектрические и термоэлектрические. Все они предназначены для измерения постоянного или переменного тока. Электродинамические и магнитоэлектрические амперметры являются наиболее чувствительными и точными среди них.

Во время работы магнитоэлектрического амперметра возникает вращающий момент за счет взаимодействия между полем в постоянном магните и током, протекающим через обмотку рамки. Стрелка, движущаяся вдоль шкалы, связана с этой рамкой. Стрелка поворачивается на угол, пропорциональный силе тока.

Устройство амперметра

Электродинамический амперметр состоит из подвижной катушки и неподвижной катушки, соединенных последовательно или параллельно. Токи, протекающие через катушки, взаимодействуют друг с другом и вызывают отклонение подвижной катушки, к которой подключен индикатор. В электрической цепи амперметр подключается последовательно с нагрузкой. Если ток или напряжение большие, то подключение осуществляется через трансформатор.

Упрощенная классическая схема амперметра работает следующим образом. Стальной якорь со стрелкой помещается параллельно постоянному магниту на валу якоря. Постоянный магнит воздействует на якорь и намагничивает его. Таким образом, положение якоря перемещается вдоль силовых линий, которые также перемещаются вдоль магнита. Это положение якоря соответствует нулевому положению стрелки на шкале.