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.
Применение амперметров:
Амперметры применяются в промышленности, в телекоммуникациях, лабораторных исследованиях и в других сферах деятельности для измерений постоянного или переменного электрического тока в диапазоне от единиц мкА до десятков кА. При этом величина измеряемого тока не должна превышать максимального значения шкалы прибора с учетом схемы подключения. В зависимости от предела измерений современные амперметры подразделяются на:
- микроамперметры;
- миллиамперметры;
- амперметры;
- килоамперметры.
Правила безопасной работы
При пользовании прибором нужно соблюдать следующие меры безопасности:
- Прибор нельзя трясти и ронять.
- В случае, когда стрелка прибора зашкаливает, необходимо немедленно разомкнуть цепь.
Схема правильного подключения прибора
Правила подключения:
- Плюсовую клемму прибора соединить с плюсовой клеммой источника тока. Если цепь состоит только из источника тока, устройство в него включать нельзя!
- Амперметр соединяется последовательно. Подключение происходит с тем элементом, силу тока которого нужно измерить.
- Устройство должно быть в горизонтальном положении.
Зная правила подключения и разновидности приборов, можно подобрать наиболее подходящий амперметр для измерения.
Какие бывают амперметры?
В зависимости от типа амперметры делятся на устройства для измерения:
- постоянного тока;
- переменного тока.
Существуют следующие типы амперметров:
- магнитоэлектрические — служат для измерения малых величин постоянного электрического тока;
- электромагнитные — обеспечивают измерение переменного (частота 50 Гц) и постоянного тока;
- электродинамические — выполняют измерение переменного (частота до 200 Гц) и постоянного тока;
- термоэлектрические — предназначены для измерения величины переменного электрического тока высокой частоты;
- ферродинамические — представляют собой самопишущие приборы и применяются в автоматических системах измерения.
В зависимости от вида используемой шкалы эти приборы бывают:
- стрелочные;
- электронные (цифровые).
Классификация вольтметров
По принципу действия измерительного модуля:
Оснащенные электромеханическим исполнительным механизмом. Процесс измерения построен на непосредственной линейной зависимости механического движения от измеряемой величины. Стрелка размещается на рамке-обмотке, которая на свободной оси размещена внутри постоянного магнитного поля.
Когда к рамке прикладывается напряжение – вокруг нее возникает электромагнитное поле.
Головка проворачивается в магнитном поле постоянного магнита.
Оснащенные электронным измерительным инструментом. Специальный блок преобразует приложенное напряжение в импульсный или аналоговый код, который передается на блок отображения. Он в свою очередь может быть цифровым или аналоговым.
По назначению:
- Измерение напряжения (ЭДС) постоянного тока;
- Измерение напряжения (ЭДС) переменного тока;
- Приборы, способные измерять импульсное напряжение;
- Фазочувствительные. Измеряют квадратурную составляющую напряжения первой гармоники. Основное применение – звуковая аппаратура;
- Селективные. Измеряют напряжение в виде синусоиды, в узком диапазоне частот. Настройка измерительной головки на частоту способствует более точному измерению величины;
- Универсальные. Из названия следует, что ими можно измерять напряжение (ЭДС) в любых условиях. Как правило, оснащены наборами гасящих резисторов (шунтов).
По способу исполнения:
Переносные. Поскольку питание для работы прибора не требуется (за исключением электронных систем), эти вольтметры занимают мало места и имеют удобный корпус. Разновидностью прибора является . Несмотря на компактные размеры, точность измерения достаточно высока.
Стационарные. Размещены в мощном корпусе, как правило, имеют крупную шкалу. Имеют возможность механической установки прибора как по горизонтали, так и предела измерения. Имеют более высокую стоимость, но хорошая точность позволяет применять такие приборы даже в лабораториях.
Щитовые. Выглядят, как переносные, устанавливаются в ниши контрольных шкафов.
Важно! Технология рабочей головки позволяет вольтметрам работать постоянно, в режиме 365/24. Для непрерывного мониторинга параметров электроустановок это очень удобно.
Прибор имеет очень малое внутреннее сопротивление. Причем независимо от конструкции: механический или электронный. Во время измерения неважно, как работает вольтметр, и на каком участке измеряется напряжение. На цепь не будет оказано никакого влияния.
Принцип действия амперметра
В основе работы различных типов амперметров лежат разные принципы действия. Используемые методы измерения электрического тока в основном зависят от сферы применения прибора.
Принцип действия магнитоэлектрического амперметра основан на том, что постоянное магнитное поле и протекающий через обмотки рамки электрический ток вызывают возникновение крутящего момента. Протекание электротока через прибор вызывает движение стрелки. Последняя непосредственно связана с рамкой. Поэтому угол поворота стрелки прямо пропорционален амплитуде измеряемого электрического тока.
Конструкция электродинамического амперметра включает в себя неподвижную и подвижную катушки. Для измерения токов малой величины они соединяются последовательно, большой величины — параллельно. Стрелка крепится к подвижной катушке и двигается в результате взаимодействия между токами, протекающими в неподвижной и подвижной катушке.
В основе конструкции термоэлектрического амперметра лежит магнитоэлектрическое устройство с контактным или бесконтактным преобразователем. Последний представляет собой проводник с приваренной к нему термопарой. Проходя по преобразователю, электроток вызывает его нагревание, которое регистрируется термопарой. Возникающее при этом термическое излучение воздействует на магнитоэлектрическое устройство. Его рамка отклоняется на пропорциональный значению протекающего электрического тока угол.
Работа цифрового амперметра основана на аналого-цифровом преобразовании амплитуды измеряемого тока. Проходя через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), сигнал квантуется по времени, а потом по уровню. Полученная информация преобразуется в цифровой вид и индицируется на табло.
Обозначения приборов
Производители при маркировке изделий указывают определённые обозначения, которые отражают информацию о принципе действия оборудования. Прописная буква в маркировке указывает на тип работы устройства. Основными являются следующие варианты:
- «М» или «К» означают, что прибор модернизированный или контактный;
- «Д» — электродинамическое устройство;
- «Н» означает, что конструкция самопишущая;
- «Р» указывает на преобразователи измерительного типа;
- индукционные устройства обозначаются буквой «И»;
- «Л» — это логометры.
Разнообразные приборы имеют множество вариантов классификации
При выборе конкретного устройства учитывают обозначения в маркировке. Перед первым использованием нового оборудования требуется его настройка, выполняющаяся согласно инструкции.
Как рассчитать шунт для амперметра?
В случаях, когда требуется измерить электрический ток, превышающий максимальное значение шкалы амперметра, необходимо использовать шунт. Его сопротивление рассчитывается по следующей формуле:
Rш=(Rа*Iа)/(Iш-Iа)
При этом:
- Rш — искомое сопротивление шунта (в Омах);
- Rа – внутреннее сопротивление амперметра (в Омах);
- Iа — максимальная величина тока, измеряемая амперметром (в Амперах);
- Iш — ориентировочная величина измеряемого тока (в Амперах).
Применяемость
Тракторы Т-150 К, 158, ДТ-175С, 75 У, Т-130 МГ, ПАЗ-672, ГАЗ-71, 66-01, УАЗ-469РХ, УРАЛ-479
Установка Амперметра
На большинстве автомобилей для контроля за работой системы электроснабжения используется только контрольная лампа заряда, которая не контролирует состояние аккумуляторной батареи, зарядный ток, величину напряжения в бортовой сети и, кроме того, не позволяет определять ряд неисправностей в цепях. Полную информацию о работе генератора и аккумуляторной батареи можно получить, если оснастить автомобиль амперметром
и вольтметром.
Амперметр
обычно подключается в разрыв провода идущего от генератора к аккумулятору. Например на Вазовских машинах между выводам «В+» генератора и «+» аккумуляторной батареи. Подключение
Амперметра
должно производиться проводом подходящего сечения. Так например
амперметр АП-111
необходимо подсоединять проводом сечением не менее 20кв, в противном случае провод будет греться. Сам
Амперметр
в процессе работы тоже может немного нагреваться, т.к. внутри него установлен шунт, на котором, при большом токе тоже выделяется тепло, это не является неисправностью.
Вольтметр подключется гораздо проще, в любом месте где есть «+». Соответственно один контакт подключается к корпусу другой удобнее подключить к клемме замка зажигания где появляется «+» при включении зажигания. На рисунке показана типичная принципиальная схема подключения Амперметра
и вольтметра
Схема подключения амперметpa
и вольтметpa:
1 — аккумуляторная батарея
2 — генератор
3 — монтажный блок
4 — выключатель зажигания
5 — контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи, расположенная в комбинации приборов
6 — амперметр
Правила того, как подключить амперметр, следует знать каждому. Так, например, подобные знания нередко используются при составлении заданий экспериментальных туров олимпиад школьников или же лабораторных работ.
Начнем с принципа работы амперметра. То, что он измеряет силу тока, очевидно просто из названия. Это происходит следующим образом: электрический ток, двигающийся по цепи, проходит и по прибору. При этом создается вращающий момент, который становится причиной отклонения динамической (подвижной) части на некоторый угол. Подобное отклонение прямо пропорционально силе тока. Далее это отображается визуально, например, движением стрелки или выводом числа.
Вспомним понятия параллельного и последовательного подключения. Если нужно измерить силу тока на каком-нибудь приемнике, то значение ее должно совпадать с тем, что проходит через амперметр. Это характерно конкретно для последовательного соединения.
Однако способ присоединения – не единственное важное условие того, как подключить амперметр. Не меньшее значение имеет сопротивление амперметра
Если оно вдруг окажется выше, чем сопротивление приемника, при подключении прибора система работы цепи нарушится, и значение тока, действующего на приемник, изменится.
При подключении в разрыв не имеет значения, подключать «плюсом» к источнику питания или прибору. Главное, чтобы последовательно, а не параллельно.
Видов амперметров существует несколько. Среди них аналоговый и цифровой. С из помощью можно измерять и постоянный, и переменный ток. Однако для любого их них правила подключения амперметра сохраняются без изменений. Стоит только проверить, какой ток измеряет конкретный прибор. Это указано на самом устройстве. Если ток постоянный, указано «=», если переменный – «~». Это необходимо сделать обязательно, в противном случае амперметр работать не будет.
Кроме того, при работе с электричеством надо следовать правилам безопасности. При контакте с оголенными проводами и небрежном отношении есть вероятность если получить не электрический ожог, то весьма неприятные ощущения. Особенно это касается реальных установок, потому что в школьной лаборатории, как правило, цепь работает от батарейки, и сила тока не слишком высокая.
Таким образом, характерной особенностью амперметра является его последовательное подключение. Это ограничивает количество способов, как подключить амперметр.
Внутреннее сопротивление амперметра
Для корректной работы величина внутреннего сопротивления амперметра должна быть на порядок меньше значения сопротивления цепи. В некоторых случаях такая информация отсутствует. Тогда следует измерить внутреннее сопротивление используемого амперметра. Для этого к источнику питания последовательно подключаются нагрузочное сопротивление и амперметр, а параллельно последнему включается чувствительный вольтметр. После включения схемы снимаются показания приборов. Величина внутреннего сопротивления амперметра определяется, как отношение показаний чувствительного вольтметра и амперметра.
Измерение напряжения.
Прибор, предназначенный для измерения напряжения называется вольтметр, и, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся с чем это связано:
Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:
Итак, величина тока составила бы 1 А, а соответственно напряжение на резисторе 2 было бы равно 20 В. С этим все понятно, а теперь мы хотим измерить это напряжение вольтметром и включаем его параллельно с
. Если бы сопротивление вольтметра было бы бесконечно большим, то через него просто не потек бы ток (), и прибор не оказал бы никакого воздействия на исходную цепь. Но поскольку имеет конечную величину и не равно бесконечности, то через вольтметр потечет ток и, в связи с этим напряжение на резисторе уже не будет таким, каким бы оно было при отсутствии измерительного прибора. Вот поэтому идеальным был бы такой вольтметр, через который не проходил бы ток.
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
