Для чего нужен амперметр?

Принцип работы

Упрощенная классическая схема амперметра работает следующим образом. Параллельно с постоянным магнитом на оси кронштейна устанавливается стальной якорь со стрелкой. Постоянный магнит, воздействуя на якорь, придает ему магнитные свойства. При этом, расположение якоря проходит вдоль силовых линий, которые также проходят вдоль магнита. Такое положения якоря соответствует нулевому положению стрелки на шкале прибора.

При прохождении тока батареи или генератора по шине, вокруг нее происходит возникновение магнитного потока. Его силовые линии в месте нахождения якоря, перпендикулярны с силовыми линиями в постоянном магните. Создаваемый электрическим током магнитный поток, воздействует на якорь, стремящийся к повороту на 90 градусов. Повернуться относительно исходного положения ему мешает поток, образующийся в постоянном магните.

От того, какой величины и направления электрический ток, проходящий по шине, зависит степень взаимодействия двух магнитных потоков. На такую же величину происходит и отклонение стрелки по шкале, от нулевого деления.

Что такое амперметр и как им проводить измерения?

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.

В данном материале, разберемся, что такое прибор амперметр, каких видов бывают данные устройства, в каких сферах они преимущественно применяются и как использовать полученные показатели. Амперметр относится к категории электроизмерительных приборов, используемых для определения силы постоянного или переменного тока в электроцепи. Его необходимо подсоединять в строгой последовательности, то есть на том участке электроцепи, где нужно взять непосредственные измерения.

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, транформаторов, усилителей магнитного типа.

Приборы для измерения силы тока

Амперметр – это устройство для определения силы как постоянного, так и переменного тока в электрической цепи. Исходя из предназначения приборов для определенных величин тока, различают амперметры, миллиамперметры и микроамперметры.

В зависимости от принципа действия и особенностей применения, различают следующие виды амперметров. Рассмотрим детально их специфику и основные параметры:

• аналоговые амперметры, в которых предусмотрена магнитоэлектрическая система. Они производятся на базе катушки из тонкой проволоки, вращающейся между магнитными полюсами. В процессе прохода тока через катушку она фиксируется под воздействием вращающего момента, значение которого пропорционально величине тока. В устройстве предусмотрена специальная пружина, которая препятствует повороту катушки, а упругость пружины пропорциональна углу вращения. При установлении баланса данные моменты выравниваются, а стрелка устанавливается на значении, пропорциональном величине тока на данный момент.

Преимуществом аналоговых приборов является то, что нет необходимости в обеспечении независимого питания для определения результата, поскольку в процессе измерения используется питание непосредственно электроцепи, которая замеряется. Также плюсом выступает повышенная чувствительность. Среди минусов следует назвать длительное время для фиксации стрелки в устойчивом положении;

• электромагнитные – разработаны в виде механизмов с зафиксированной катушкой, по которой проходит ток. Также предусмотрено несколько сердечников на оси. Приборы предназначены для фиксации измерительными щупами постоянного тока. Элементами устройств являются измеритель и шкала с промаркированными делениями.

Несомненными плюсами такого типа приборов является возможность измерения силы переменного и постоянного тока, а также удобство использования. Недостатками считаются низкая чувствительность, вследствие чего они используются в сферах, где нет необходимости в сверхточных показателях;

• электродинамические приборы – их принцип действия базируется на взаимодействии магнитных полей напряжения, протекающего по зафиксированной и вращающейся катушками. В устройствах применяется одновременное и попеременное включение катушек, использоваться прибор может при повышенных частотах до 200 Гц. Приборы обладают чувствительностью к посторонним магнитным полям, поэтому измерения не отличаются высокой точностью, причем замеры рекомендуется проводить в отдалении от прочих источников магнитного поля;
• ферродинамические – являются одними из наиболее современных и используемых типов амперметров, поскольку практически не реагируют на прочие магнитные поля и отличаются прочностью. Элементами устройства выступают замкнутый магнитопроводник из ферромагнитного материала, сердечник в основании и зафиксированная катушка. Основная сфера использования приборов такого вида – оборона и комплексы обеспечения безопасности, поскольку они обеспечивают высокую точность полученного результата измерений;
• цифровые амперметры – современные модернизированные устройства, имеющие высокую популярность благодаря удобству использования и точности показателей. Благодаря устойчивости цифрового мультиметра к внешним условиям, температуре и изменениям давления, его можно использовать в условиях вибрации и тряски. Также они подлежат использованию в горизонтальном и вертикальном положениях, что не отражается на точности результата.

Полученные данные в цифровом виде позволяют отслеживать и контролировать показатели автоматически даже при отсутствии оператора.

Разбираясь в вопросе, для чего нужен прибор амперметр, следует отметить, что его ключевой и единственной функцией является измерение силы постоянного и переменного тока на конкретном участке электрической цепи. На основании полученных данных можно делать научные выводы, а на практике приборы применяются для повышения эффективности и производительности различных устройств на основании полученных данных.

Амперметры широко используются на промышленных предприятиях, осуществляющих выработку и распределение электро- и тепловой энергии. Также предназначение прибора немаловажно в сферах:

• электролаборатории;
• автомобилестроительная отрасль;
• точные науки;
• строительная сфера.

Также приборы широко используются в быту. К примеру, специалисты, занимающиеся ремонтом автомобилей, замеряют при помощи амперметра значения электропотребления различных устройств.

Принцип действия

Устройство современного амперметра предполагает наличие нескольких катушек, среди которых есть подвижная и зафиксированная в одном положении. Соединяются они последовательно или по параллельной схеме. При прохождении через катушки происходит взаимодействие токов, в итоге подвижная катушка отклоняется. Включая прибор амперметр в электроцепь, осуществляется последовательное соединение амперметра с током. В цепях с повышенной силой тока или высоким напряжением, подключается прибор через трансформатор для стабилизации напряжения.

Принцип действия классического аналогового амперметра заключается в том, что параллельно с постоянным магнитом на оси фиксируется стальной элемент со стрелкой. От магнита свойства передаются на данный якорь, причем местоположение и якоря, и магнита, находится на пути прохождения силовых линий. При данном расположении якоря на шкале отображается положение стрелки прибора на нулевом значении.

Когда ток батареи или генератора начинает проходить по шине, вокруг нее появляется магнитный поток. А силовые линии на месте крепления якоря на оси перпендикулярны направлению силовых линий в постоянном магните. От электротока и под воздействием магнитного потока якорь пытается выполнить разворот на 90 градусов, однако этому препятствует поток в магните. От значения и направления тока в шине зависит уровень взаимодействия двух разнонаправленных магнитных потоков. Непосредственно на эту величину стрелка отклоняется от нуля на шкале амперметра.

Принцип функционирования цифрового амперметра заключается в том, что аналого-цифровой элемент преобразует значение силы тока в цифровые показатели, которые отображаются на дисплее прибора. Выдача результата определяется частотой процессора, передающего данные на экран.

Как подключить амперметр

Амперметр необходимо подключать в строгой последовательности – он располагается между источником электропитания и нагрузкой. Для проведения правильных измерений необходимо четко знать тип напряжения в источнике электропитания – постоянный или переменный ток. Использовать необходимо только соответствующий для конкретного типа тока прибор.

Разъясним детально, как необходимо подключить амперметр, чтобы получить точные и корректные показатели тока:

• требуется выбрать необходимый шунт, максимальный ток которого ниже тока, который нужно замерять;
• затем амперметр подключается к шунтам специальными гайками, расположенными на самом амперметре;
• подключение амперметра осуществляется только после обесточивания измеряемого прибора посредством разрыва электрической цепи;
• включите амперметр в цепь с шунтом;
• соедините элементы правильно, чтобы обеспечить четкое соблюдение полярности для корректного отображения данных;
• подключите электропитание, после чего можно считывать результаты на амперметре.

В качестве мер предосторожности отметим, что ни при каких обстоятельствах не следует подключать амперметр в розетку без какой-либо нагрузки. Поскольку устройство обладает небольшим входным сопротивлением, при подключении без нагрузки он просто сгорит.

Сферы применения амперметров включает как крупные промышленные предприятия по выработке и распределению электроэнергии, так и строительство, автомобилестроение, наука. Также они применяются в бытовой сфере среди владельцев автомобилей для проведения самостоятельных измерений автомобильных приборов.

Токовые клещи — амперметр для бесконтактного измерения больших токов.Схема включения амперметра

Амперме́тр (от ампер + μετρέω «измеряю») — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения. Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания): это приведёт к короткому замыканию!

Бесконтактное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется токоизмерительные клещи (на фото).

Общая характеристика

Основная статья: Системы измерительных приборов

По конструкции амперметры делятся:

• со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
• со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
• с цифровым индикатором.

Приборы со стрелочной головкой

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором

Дополнительные сведения: Цифровой мультиметр

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия стрелочной измерительной головки

Дополнительные сведения: Системы измерительных приборов

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

• В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки прямо пропорционален силе тока, поэтому шкала магнитоэлектрического прибора линейна. Направление поворота стрелки зависит от направления протекающего через рамку тока, поэтому магнитоэлектрические амперметры непригодны для непосредственного измерения силы переменного тока (стрелка будет дрожать возле нулевого значения), и требуют правильной полярности подключения в цепи постоянного тока (иначе стрелка будет отклоняться левее нуля).

• В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.

• В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.