Из чего состоит амперметр и принцип действия этого устройства

Для измерения силы постоянного или переменного электрического тока используются амперметры. Графическое обозначение этого прибора на электрических схемах — круг с размещенной внутри буквой «А». Это измерительное устройство определяет силу электрического тока в амперах, миллиамперах или микроамперах. Подключается амперметр последовательно в разрыв цепи.

Физическая величина

Амперметром измеряется физическая величина Ампер.

Ампер определяет силу тока. Силой тока является скорость прохождения заряженных частиц объемом 1 Кулон через 2 параллельных проводника длинной 1 метр. Этот закон был открыт французским физиком Андре-Мари Ампером.

Первое же функциональное устройство для измерения силы тока изобрел Йохан Швейгер в 1820 году. Тогда оно носило название гальванометр.

Амперметр

Амперметр — это прибор, который используется для измерения силы тока. Он представляет собой устройство со шкалой и стрелкой. Внутри устройства располагается металлическая или магнитная рама. Внутри рамы установлена катушка. Принцип работы амперметра следующий:

1. Через катушку проходит электрический ток.
2. Ток создает магнитное поле, которое сдвигает стрелку прибора.

Измерение имеет практически нулевую погрешность, по причине того, что сопротивление амперметра совсем незначительное. Оно не может влиять или изменять параметр проходящего напряжения.

Табло каждого механического амперметра имеет шкалу. Шкала показывает предел измерения амперметра. Подобными устройствами можно измерять от высокой величины 10 Ампер, до самой низкой в единицах до 200 микроампер. При работе необходимо учитывать предел измерений. Его можно расширить путем подключения трансформатора или шунтирующего элемента.

При работе также необходимо знать, для измерения какого тока предназначен амперметр. Они бывают: постоянными и переменными. На шкале каждого устройства есть обозначение, для какого вида напряжения предназначено устройство.

Амперметр постоянного тока используется для замера силы тока в приборах, которые работают через понижающий трансформатор и диодный мост. Часто потребители оснащаются амперметрами для контроля величины нагрузки. В принципиальной схеме очень легко найти амперметр — он обозначается буквой «А», заключенной в круг.

Амперметры переменного тока используются для замера нагрузки бытовых или высоковольтных сетей. Они работают при параллельном подключении трансформатора или шунтирующего резистора с большой величиной сопротивления. Таким образом удается снизить нагрузку на сам измерительный прибор. Далее будут рассмотрены основные типы амперметров.

Класс точности

Это основная характеристика амперметра, которая согласно еще советскому действующему ГОСТ 1845-59, определяет границы возможных погрешностей.

Для всех электроизмерительных приборов, к которым он относится, класс точности (Кл) обозначается в числовом виде по значению, соответствующему предельной допустимой приведенной погрешности δпр, в %.

Все электрические амперметры подразделяются по точности на 8 классов, а затем по группам, которые является важным признаком их классификации:

• Образцовые: 0.05–0.1–0.2;
• лабораторные: 0.5–0.1;
• технические: 1.5–2.0–4.0.

Обратить внимание! Все приборы, у которых погрешность превышает 4%, являются внеклассными.

Образцовые применяют в электроизмерительных процессах для определения класса точности технических и лабораторных амперметров. Лабораторные применяются в научно-технических процессах при электротехнических исследованиях контроля ведения режимов, например на котельных, ГЭС, ТЭЦ и АЭС.

Важно! На панели амперметра класс точности указывается в кружках, квадратах и звездочках. Если он имеет неравномерную шкалу измерения, Кл обозначается ломаной линией.

Разновидности

Описываемый измерительный прибор прошел долгий путь и множество модернизаций. На сегодняшний день существуют аналоговые и цифровые виды этих устройств. Также существуют: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические типы амперметров. Каждый тип имеет свои особенности устройства и работы с ним. Далее будет описан более подробно каждый тип.

Магнитоэлектрический прибор

Особенностью этих приборов является магнитная катушка, которая приходит в движение при воздействии электрического напряжения.

Все подобные устройства используются для измерения силы постоянного тока. Преимуществом является очень высокая чувствительность и точность измерения.

Электромагнитный

Прибор не имеет в своей конструкции вращающейся катушки.

Изменение угла положения стрелки на циферблате происходит за счет магнитного поля, воздействующего на сердечники катушек. Подобные амперметры универсального типа. С их помощью можно замерять силу постоянного и переменного тока. Главным недостатком является наличие погрешности.

Электродинамический

Прибор по конструкции схож с магнитоэлектрическим. Основное отличие заключается в наличие подвижной и неподвижной катушек.

При подключении, магнитные поля двух элементов воздействуют друг на друга, что приводит к изменению положения стрелки. Прибор достаточно точный. Единственный недостаток в том, что на его работу могут влиять посторонние магнитные поля.

Ферродинамический

Этот измерительный прибор считается наиболее точным. Устройство амперметра, включает в себя провод из феррита, металлический сердечник и катушку.

Работает прибор по принципу вращения катушки, за счет образования магнитного поля. Основной особенностью является полная независимость от воздействий посторонних магнитных полей. Обладает высокой чувствительностью.

Электронный

С развитием электроники, амперметры стали выпускать в цифровых вариациях. Наиболее известны 2: простой бытовой мультиметр и тестер с токоизмерительными клещами.

Основным преимуществом подобных приборов является простота и универсальность измерения силы тока. Они не восприимчивы к воздействию внешних магнитных полей, не боятся ударов, мелких повреждений и тряски. Близок к идеальному амперметру.

Для информации! Идеальный амперметр — амперметр с нулевым собственным сопротивлением.

Все описанные приборы используются и по сей день, в приборостроении, лабораториях, промышленности и отдельными энтузиастами.

Как работает

Далее приведен разбор принципа работы амперметра и вольтметра, так как они схожи между собой.

Если рассматривать упрощенную классическую схему амперметра, можно выделить следующий принцип, по которому он работает. Стальной якорь со стрелкой устанавливается параллельно с постоянным магнитом, тем самым якорь получается магнитные свойства. Якорь расположен вдоль силовых линий. Это положение соответствует нулевой отметке на шкале определение прибора.

Когда ток проходит по шине, возникает магнитный поток. Силовые линии потока перпендикулярны силам в постоянном магните. Магнитный поток, действует на якорь, стремящийся повернуться на 90 градусов, однако повороту мешает поток постоянного магнита. Разница в магнитных потоках формирует отклонение стрелки на величину силы тока.

Проверка

Точность показаний любого измерительного прибора зависит от калибровки. На аналоговых устройствах ставился штамп, который подтверждал проверку в лаборатории. На современных цифровых мультиметрах с режимом замера силы тока, таких штампов нет, и проверку они не проходили. Многие начинающие электрики не знают, как проверить амперметр. Для проверки точности измерения необходимо:

1. Тестируемый прибор подключить параллельно с эталонным. Желательно, чтобы это был механический амперметр.
2. В цепь подключить переменный резистор.
3. К переменному резистору подключить резистор с мощным сопротивлением.
4. Подключить схему к источнику питания.
5. При помощи переменного резистора «R2» установить порог напряжения таким образом, чтобы стрелка механического прибора встала точно на середине своей шкалы.
6. Включить мультиметр на измерение силы тока.
7. Сопоставить результаты.
8. Переменным резистором регулировать отклонение стрелки механического прибора в сторону максимума.
9. При отклонении на каждое следующее значение, сравнить результаты теста.

Таким образом можно проверить точность цифрового мультиметра при измерении силы тока. Для увеличения нагрузки, можно добавить в схему несколько ламп накаливания. Далее будет дано подробное описание, как пользоваться амперметром.

Измерение напряжения. Вольтметр.

Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:

Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:

Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример:

Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление R_3 . Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе R_2:\medspace U_2 = R_2\medspace I_2 . Давайте определим, какой результат при таком включении выдаст нам вольтметр:

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

Таким образом: U_В = \frac . То есть показания вольтметра будут в n раз меньше, чем величина напряжения, которое мы измеряли. Так что, используя данный метод, возможно значительно увеличить пределы измерения вольтметра.

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями!

Мнение эксперта

It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике

Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Как подключить амперметр Сила тока I скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шёл ток. Спрашивайте, я на связи!

Подключение

Далее рассмотрим 2 варианта замера силы тока: для цепи с переменным и постоянным напряжением. Перед тем как подключить измерительное устройство, нужно вспомнить, что любой амперметр имеет очень низкое собственное сопротивление. Измерять силу тока без нагрузки со стороны стороннего элемента нельзя. Это особенно важно при работе с переменным напряжением. Все инструкции будут даны на примере цифрового мультиметра в режиме замера силы тока.

Переменный ток

Для того чтобы замерить силу переменного тока необходимо:

1. Перевести переключатель мультиметра в режим замера силы переменного тока.
2. Выбрать наибольшую величину.
3. Красный измерительный щуп подключить в гнездо «10–20 А», в зависимости от типа прибора.
4. Черный щуп вставить в гнездо «COM».
5. К трансформатору подключить провод питания (запрещено включать в розетку).
6. К клемме «+» от трансформатора подключить один контакт контрольной лампы.
7. Второй контакт от лампы соединить с красным измерительным щупом тестера.
8. Черный измерительный щуп соединить со второй клеммой трансформатора.
9. Подать на трансформатор напряжение.

Амперметр покажет значение потребления контрольной лампой в амперах. Подключать измерительные щупы без лампы строго запрещено.

Переменный ток также можно измерить при помощи токоизмерительных клещей. Для этого необходимо:

1. Вынуть из гнезд контрольные щупы.
2. Перевести тестер в режим замера силы тока.
3. Обхватить клещами жилу провода.

Амперметр выдаст значение потребления.

Постоянный ток

Для замера постоянного тока также используется параллельное подключение тестера. Далее необходимо:

1. Перевести прибор в режим замера силы постоянного напряжения.
2. Красный измерительный щуп вставить в гнездо «mA».
3. Черный оставить в гнезде «COM».
4. Выбрать наибольший параметр замера в миллиамперах.
5. Вход «минус» измеряемого прибора подключить к клемме «минус» аккумулятора.
6. Вход «+» прибора подключить к черному измерительному щупу.
7. Красный измерительный щуп соединить с клеммой «+» аккумулятора.

Таким образом можно узнать пороговое потребление прибора или устройства, работающего от постоянного напряжения.

Правила безопасной работы

При пользовании прибором нужно соблюдать следующие меры безопасности:

1. Прибор нельзя трясти и ронять.
2. В случае, когда стрелка прибора зашкаливает, необходимо немедленно разомкнуть цепь.

1. Плюсовую клемму прибора соединить с плюсовой клеммой источника тока. Если цепь состоит только из источника тока, устройство в него включать нельзя!
2. Амперметр соединяется последовательно. Подключение происходит с тем элементом, силу тока которого нужно измерить.
3. Устройство должно быть в горизонтальном положении.

Зная правила подключения и разновидности приборов, можно подобрать наиболее подходящий амперметр для измерения.