Термин «электрический ток» известен каждому человеку, независимо от образования и рода занятий. Многие знают, что силу тока можно измерить, что единица измерения называется «ампер», и что для замеров требуется прибор, называемый амперметром.
- Что измеряет амперметр, где применяется
- Сфера применения амперметров
- Принцип работы амперметра в зависимости от типа прибора
- Стрелочные приборы
- Магнитоэлектрические
- Электромагнитные
- Электродинамические
- Ферродинамические
- Термоэлектрические
- Цифровой амперметр
- Правила использования
- Схемы подключения амперметра в электрическую цепь
- Расшифровка показаний амперметра
- Минимальный и максимальный предел измерения амперметра (на какую силу тока рассчитан)
Что измеряет амперметр, где применяется
Электрический ток определяется, как скорость переноса заряда через единицу сечения проводника. Измерить эту величину непосредственно и оценить ее количественно сложно. Не менее сложно и неудобно напрямую измерять ток через силу взаимодействия проводников (так вводится понятие единицы измерения в 1 ампер).
Но при прохождении по проводнику электрический ток оказывает различные виды воздействия:
- термическое;
- электрохимическое;
- электромагнитное;
- другие виды воздействия.
Эти воздействия измерить уже проще, поэтому для измерения тока количественно оценивается его воздействие. На этом принципе и построено действие амперметров.
Термин «амперметр» состоит из названия единицы измерения силы тока «ампер» и греческого слова «метрео» — измерять.
Сфера применения амперметров
Амперметры применяются там, где надо измерить силу тока в цепи, а это очень широкая область использования. Контроль потребления электроэнергии промышленным или бытовым объектом, мониторинг корректной работы электроустановок по электрическим параметрам, задание режима заряда возобновляемых электрохимических источников энергии – это всего лишь малая часть сферы назначения приборов для измерения тока. Полный же список составить вряд ли возможно – он будет огромен.
Принцип работы амперметра в зависимости от типа прибора
Все амперметры можно разделить на две большие категории:
- Цифровые.
- Стрелочные (часто не совсем верно называемые аналоговыми).
Все они предназначены для одной цели, но выполняют свои функции различными способами.
Стрелочные приборы
Хотя все стрелочные измерители тока внешне похожи, внутри этого класса амперметров существует внутренняя классификация. Она производится по конструкции системы измерения и определяет сферу применения каждого вида прибора.
Магнитоэлектрические
Этот тип измерителей тока используется со времени ранних этапов развития электротехники. В основе принципа его действия лежит механическое воздействие электрического тока, которое порождается электромагнитным воздействием. В таком приборе измеряемый ток проходит через подвижную катушку, при этом возникает магнитное поле. Магнитное поле катушки взаимодействует с полем постоянного магнита так, что возникает вращающий момент, заставляющий катушку повернуться против действия пружины. Чем больше ток, тем на больший угол повернется катушка, тем на больший угол отклонится стрелка, расположенная с катушкой на одной оси.
Электромагнитные
Электромагнитный амперметр имеет тот же принцип действия (взаимодействие поля измеряемого тока и поля постоянного магнита), но имеет «вывернутое» относительно предыдущего прибора строение. Ток, который надо измерить, проходит через неподвижную катушку, а на оси со стрелкой установлен постоянный магнит.
Такие измерители выпускают, большей частью, для использования в цепях постоянного тока.
Электродинамические
Принцип действия амперметра этой конструкции аналогичен магнитоэлектрическому (электромагнитному) прибору, но второе магнитное поле создается не громоздким и тяжелым постоянным магнитом, а другой катушкой (неподвижной), через которую протекает тот же измеряемый ток.
Ферродинамические
Аналогичный принцип используется в приборах ферродинамической системы. Принципиальное отличие – наличие сердечника из магнитомягкого материала. Неподвижная катушка располагается на полюсе сердечника, а подвижная – в зазоре. За счет этого магнитное поле концентрируется и достигается большая чувствительность механической системы.
Такие амперметры хорошо переносят тряску, поэтому их применяют, например, в авиации или на железнодорожном транспорте.
Термоэлектрические
Для измерения высокочастотных токов описанные выше приборы непригодны. Они имеют слишком большие собственные индуктивности из-за наличия катушек. В этой области применяют термоэлектрические измерители. Их принцип действия основан на преобразовании ВЧ-тока в постоянный ток. Преобразованный ток измеряется обычным амперметром (магнитоэлектрическим, электродинамическим и т.п.).
Измеряемый ток проходит по нагревателю, который при этом выделяет тепло, количество которого зависит от проходящего тока. Тепловая энергия повышает температуру спая термопары, в которой возникает постоянная ЭДС, создающая ток в цепи. Этот ток измеряется обычным прибором (магнитоэлектрической, электродинамической или другой системы).
Цифровой амперметр
В цифровых приборах принцип измерения тока иной. Движущихся частей в них нет, замер происходит не по результату взаимодействия полей. Измеряемый ток проходит по резистору, называемому шунтом. Шунт также включается в разрыв цепи. Его сопротивление невелико – единицы или даже доли ом. При протекании тока на резисторе падает определенное напряжение. Это напряжение пропорционально току и зависит от сопротивления шунта. Замеренное напряжение пересчитывается в ток по формуле I=U/R и выдается на дисплей в готовом к считыванию виде.
Правила использования
Чтобы достоверно измерить силу тока, надо уметь правильно включить амперметр в цепь и верно считать показания.
Схемы подключения амперметра в электрическую цепь
В общем случае амперметр подключается в измеряемую цепь последовательно с нагрузкой (в разрыв цепи). Так как сопротивление рамки стрелочного измерителя или шунта цифрового прибора невелико, то подключение амперметра практически не изменяет характеристик цепи и не влияет на величину тока (хотя в некоторых случаях наличие измерителя надо учитывать). Такое включение амперметра называется прямым или непосредственным.
Нельзя включать амперметр параллельно источнику питания, пытаясь «измерить силу тока в сети». Это приведет к короткому замыканию.
Если сила тока в измеряемой цепи велика или напряжение в сети достигает величин, при которых требования к изоляции прибора становятся несоразмерными, применяется включение амперметра через трансформатор тока.
Такое подключение называется косвенным и применимо только в цепях переменного тока.
В этом случае первичная обмотка трансформатора включается в разрыв цепи, а параллельно вторичной подключается амперметр. Показания прибора считываются с учетом коэффициента трансформации трансформатора. Например, трансформатор имеет Ктр=200/5=40, амперметр показывает 2 ампера. Значит, фактический ток в цепи составляет 2*40=80 ампер.
Стрелочные амперметры постоянного тока включаются в соответствии с полярностью, указанной на зажимах. Если перепутать терминалы, стрелка будет отклоняться влево от нуля (в сторону ограничителя). Для цифровых приборов и стрелочных измерителей с нулем посередине шкалы это правило менее значимо, но его тоже лучше соблюдать. В противном случае на дисплее будет отображаться ток противоположной полярности.
Для наглядности видеоурок.
Расшифровка показаний амперметра
Цифровые амперметры обычно выдают измеренную величину в удобном для восприятия виде. Достаточно считать результат с дисплея. У стрелочных приборов бывает несколько сложнее.
Сначала надо определить, на какую величину указывает стрелка. Потом надо посмотреть на единицу измерения. У некоторых приборов шкала проградуирована в кратных и дольных единицах (килоамперах, миллиамперах, микроамперах и т.д.). У других на шкале указан множитель, на который надо умножить показания амперметра.
Например, у прибора на рисунке указан множитель x10. Если стрелка указывает, например, на значение 5.5, то фактический ток составляет 5.5×10=55 ампер.
Минимальный и максимальный предел измерения амперметра (на какую силу тока рассчитан)
У стрелочного амперметра наибольшая величина измеряемого тока нанесена на шкалу – это крайнее правое деление шкалы. Его надо умножить на единицу измерения, расположенную в центре шкалы. Наименьшим пределом измерения считается значение самого маленького деления. Следовательно, минимальные достоверные показания не могут быть меньше одного наименьшего деления.
У цифровых приборов максимальный предел измерения амперметра обычно наносится на лицевую панель прибора, рядом с дисплеем. Если ее там нет, надо обратиться к технической документации на измеритель. За минимальное достоверное значение принимается две единицы самого младшего разряда (считается, что наименьшая погрешность таких устройств не может составлять меньше одной цифры младшего разряда).
Для реализации такого способа прибор подключается к резистору параллельно. Часть тока ответвляется на шунт, часть идет через прибор.
Чтобы «растянуть» верхний предел измерения в n раз, шунт подбирается по формуле:
Rш=Ra/(n-1), где:
- Rш – сопротивление шунта, Ом;
- Ra – сопротивление прибора, Ом.
Например, имеется амперметр с пределом измерения 5 ампер с сопротивлением катушки 1 Ом. Требуется измерять ток величиной до 15 ампер. Значит, надо добавить шунтовой резистор сопротивлением Rш=1/(15/5-1)=1/(3-1)=1/2=0,5 Ом.
Измерение такого важного параметра электрической цепи, как сила тока, требует не только владения базовыми основами электротехники, но и знанием устройства приборов для замеров, областей их применения и ограничений сферы использования. Также важно умение правильно подключить амперметр и считать его показания. В противном случае результаты, полученные с помощью даже самых лучших устройств, будут далеки от достоверности.
