Виды, сфера применения, способы подключения

Содержание

История происхождения

По названию устройства можно догадаться о том, кто приложил руку к его созданию. Андре-Мари Ампер – блестящий ученый своего времени, многие годы посвятивший электродинамике. Ему принадлежат многие знаковые открытия в этой области:

взаимодействие магнитного поля и электрического тока;
магнитный эффект катушки с током;
введение в научную терминологию понятия кибернетики и кинематики.

Основная заслуга ученого – не разработка прибора, а подготовка научного плацдарма для самой возможности создания амперметра и вольтметра. Поэтому первые упоминания измерительного устройства датируют 20-ми годами XIX века, когда самому Амперу было уже за 50.

Тогда речь шла о самом простом приборе – гальваноскопе, состоящем из закрученной проволоки и магнитной стрелки. Он позволял уловить относительные показатели по градусу отклонения стрелки.

Гальванометр – прототип амперметра

В течение следующих десятилетий конструкция совершенствовалась. В 1884 году отечественными учеными были разработаны более совершенные приборы, однако патенты были переданы в Германию, ввиду недостаточного развития электротехнического производства. Лишь к тому времени были утверждены названия современных величин. В 1881 г. в отношении тока приняли решение о том, в чем измеряется сила – в Амперах.

Как устроены амперметры сегодня? В корпусе с индикацией располагаются измерительная катушка и постоянные магниты, которые выравнивают ее при подаче электрического тока. Чем сильнее отклонение, тем выше показатель прибора. Существует несколько разновидностей, отличающихся конструкцией и областью применения.

К сведению. Классический вид – прибор со шкалой, деления которой обозначают силу тока в Амперах. В зависимости от величины, движущийся элемент поворачивает стрелку на определенный угол.

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:

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.

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.

Когда был изобретен амперметр?

Первые попытки измерения силы электротока были осуществлены в начале XIX века. В то время к проводнику, через который протекал электрический ток, подносили обычный компас. Судить о величине электротока позволяла величина угла отклонения магнитной стрелки.

Особенности прибора

Приборы классифицируют в зависимости от силы измеряемого тока – амперметры, микро- и миллиамперметры.

Амперметры различаются в зависимости от того, насколько подробно представлена шкала с долями ампера:

Пределы измерений можно расширить, если в цепь к амперметру добавить магнитный усилитель, трансформатор тока или шунт. Если использовать шунт, то нужно выбрать такой, чтобы сопротивление в рабочей катушке и в нем было 10:1, 100:1 или 1000:1.

Шунт крепится к амперметру с помощью специальных гаек.

Отключите питание электросети перед подключением шунта к амперметру.

Подключая оборудования к сети важно учитывать его полярность – если подключить неправильно, прибор будет показывать отрицательные значения.

Конструктивные особенности

Существует несколько видов приборов, которые конструктивно отличаются друг от друга. Служат они для измерения переменного и постоянного тока. По своему принципу действия амперметры бывают:

электромагнитными;
магнитоэлектрическими;
тепловыми;
электродинамическими;
детекторными;
индукционными;
фото- и термоэлектрическими.

Из всех видов наиболее точными считаются электромагнитные и магнитоэлектрические приборы. Основу магнитоэлектрических устройств составляет постоянный магнит. При прохождении тока через обмотку рамки, между ним и магнитом создается крутящий момент.

С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале амперметра и показывает значение силы тока. В электродинамическом приборе основными деталями считаются подвижная и неподвижная катушки. Они могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно.

Проходящие через них токи взаимодействуют между собой, и подвижная катушка, соединенная со стрелкой, отклоняется. Если с помощью амперметра измеряется большая сила тока, то его соединяют через трансформатор.

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 — 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).

Усиление полной шкалы амперметра

Величина силы отталкивания и, следовательно, амплитуда движения иглы зависит от величины тока, протекающего через катушку. Ранее сообщалось, что объем любого инструмента может быть расширен. В случае амперметра для этой цели используется устройство под названием «шунт».

Это позволяет ему проходить только через движущуюся катушку прибора, то ток, который он может терпеть. Шунт формируется сопротивлением давления омического значения ниже, чем показание движущейся катушки прибора, что позволяет пропустить другую часть тока, не допускаемого.

Для того чтобы по показанию вольтметра определить напряжение на зажимах приемника энергии или генератора, необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра так, чтобы напряжение на приемнике (генераторе) было равно напряжению на вольтметре. Сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии (или генератора) с тем, чтобы его включение не влияло на измеряемое напряжение (на режим работы цепи).

Класс точности

Чтобы пользование амперметром было действительно эффективным, следует знать погрешность, с которой он осуществляет измерения. В основные характеристики такого прибора входит понятие «класс точности». Данная величина определяется несколькими погрешностями. А если говорить точнее – их границами. Этот параметр еще часто называют приведенной погрешностью. Согласно этому критерию амперметры, да и другие измерительные устройства, могут быть следующих классов:

0,05;
0,1;
0,2;
0,5;
1,5;
2,5;

Устройства, что относятся к первым 4 классам называют прецизионными или точными. Их показания будут иметь максимальную точность. А вот приборы, что относятся к другим четырем группам, называют техническими. Если же случилось так, что пометки на устройстве нет, то оно считается внеклассным. Это значит, что его погрешность в измерениях будет даже больше 4%.

В случае с амперметрами классы точности предназначены для понимания границ абсолютной погрешности прибора. И это не будет гарантией, что в показания не будут внесены коррективы из-за других факторов, среди которых можно назвать частоту переменного тока, действие магнитных полей или температурных перепадов. Отдельно следует сказать, что маркировка амперметров в вопросе классов точности осуществляется согласно ГОСТ.

Какие бывают амперметры?

По своему действию амперметры делятся на:

• электромагнитные амперметры. Используются для сетей с переменным током, чаще всего в цепях промышленного назначения. Электромагнитным амперметром можно пользоваться для замеров в цепях с большой силой тока.

• магнитоэлектрические амперметры. Применяют для измерения тока очень маленьких значений в цепях с постоянным током.

• тепловые амперметры. Используются для измерения переменного тока с высокой частотой.

• электродинамические амперметры (используется в основном как контрольный измеритель для проверки приборов). Они сильно реагируют на сторонние магнитные поля и перегрузки.

• ферродинамические амперметры – это надежные приборы, которые обладают высокой прочностью и мало подвергаются воздействию магнитных полей, возникающих не в приборе. Данные амперметры устанавливают в автоматические контролирующие системы.

• термоэлектрические амперметры. Используются для измерения переменного тока с высокой частотой. Внутри прибора установлен нагревательный элемент с термопарой. Из-за проходящего тока нагревается проводник, и термопара фиксирует величину. Из-за возникающего тепла отклоняется рамка со стрелкой на определенный угол.

• цифровые амперметры – это современная модель, сочетающая преимущества аналоговых приборов. Удобны в работе, просты в использовании, небольшие в размерах и обладают высокой точностью получаемых результатов измерений. Кроме того, цифровые приборы можно использовать в разнообразных условиях: он не боится тряски, вибрации и пр. воздействий.

Наиболее чувствительными и точными, являются электродинамические и магнитоэлектрические амперметры.

По конструкции амперметры делятся:

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

Электромагнитный амперметр

Сам по себе гальванометр работает как нечто среднее между милливольтметром и микроамперметром. Включать его в цепь без нагрузки и балластных сопротивлений нельзя – обмотка катушек не рассчитана на значительную силу тока, что нужна силовым электроустановкам и потребителям, подключённым к ним: с большой долей вероятности его обмотка сгорит. Аналоговый гальванометр устроен следующим образом. В поле постоянных магнитов вращается катушка, по которой в момент подключения прибора начинает идти ток. Вырабатывая собственное магнитное поле, катушка поворачивается на определённый угол – пропорционально пропускаемому через неё току. А поворачиваться её заставляет вращательный момент, образующийся при взаимодействии поля постоянного магнита и поля катушки.

Вместе с катушкой поворачивается и стрелка, жёстко закреплённая на ней. Вся эта конструкция закреплена на неподвижной оси, расположенной в центре магнитного зазора. Плоская пружина, прикреплённая одним концом к жёсткой основе (каркасу) прибора, а другой – к оси со стрелкой, при выключении гальванометра из электрической цепи заставляет стрелку вернуться в исходное положение.

Помимо возвращающей пружины, на противовесе стрелки находится балансир – металлическая нить из мягкого и достаточно эластичного металла (например, платины), уравновешивающая стрелку и не дающая её концу задевать за шкалу – алюминиевую пластину с проградуированными делениями, закреплённую в качестве плоской рамки на лицевой части внутренностей гальванометра. В ряде случаев, чтобы не тратить дорогую платину, на противовес стрелки напаивается капля какого-нибудь легкоплавкого сплава (точно в миллиграммах или в сотнях микрограммов). Если балансир порвётся – результаты измерений будут неточными и прерывистыми либо вообще никакими. Правила обращения с гальванометрическим амперметром строго-настрого запрещают его бросать, подвергать жёсткой вибрации и сильным ударам – измерительные головки ломаются очень легко.

Наконец, стрелочный амперметр обладает плоским винтом, немного сдвигающим пружину стрелки в обе стороны. Благодаря повороту этого винта стрелка может находиться не строго на нуле шкалы, а в околонулевой точке. На сколько делений будет нарушен ноль – на столько же амперметр и «приврёт», сняв показание измеряемого тока. Завод-изготовитель после опробования гальванометра самостоятельно калибрует ноль – по шкале. Пользователь сам подстроит точность нуля на глаз с помощью плоской отвёртки – когда обнаружит, что стрелочный ноль сбился и не совпадает со шкальным.

Подпорки из проволоки с резиновыми прокладками, находящиеся по концам шкалы, удерживают стрелку на околонулевой и максимальной позиции, когда гальванометр «зашкаливает» или подключён «задом наперёд». Они не дают пружине перекрутиться, а концу стрелки – биться о края визуального измерительного поля, если измеряемый параметр по невнимательности пользователя окажется в разы больше, чем реальный, который способен отобразить сам прибор.

Магнитоэлектрические

Измерительный блок приборов данной категории состоит из двух основных компонентов. Между полюсами постоянного магнита размещают индукционную катушку. При прохождении через обмотки тока она поворачивается. Присоединив стрелку и шкалу, фиксируют эти движения для получения результатов измерений. Встроенными пружинами ограничивают амплитуду отклонений, возвращают движущиеся компоненты в исходное положение. Встроенным поводком регулируют натяжение. Грузиками компенсируют силу тяжести.

Преимуществами такого инженерного решения являются:

высокая точность;
хорошая чувствительность;
отсутствие дополнительных источников питания;
демократичная стоимость.

На заметку. Главный недостаток – механические части. Сложность конструкции подразумевает ухудшение надежности. Следует помнить о негативном влиянии ударов и других внешних воздействий. Такой прибор подходит для измерения постоянного тока.

Цифровой

Цифровой амперметр (в идеале – мультиметр) лишён гальванометрической измерительной головки. Вместо гальванометра используется целая система: датчики подаваемого на измерение тока, АЦП, процессор с ПЗУ и оперативной памятью, дисплей с контроллером вывода значений снимаемых показаний. Для записи показаний на внешний носитель может прилагаться microUSB-порт или Wi-Fi/Bluetooth-радиомодуль – это позволяет подключить амперметр или мультиметр к ПК, смартфону или планшету, и использовать специальное приложение для работы с ним.

Термоэлектрический

Создан для цепей быстропеременного тока с частотой в сотни и тысячи герц. Основа такого амперметра – магнитоэлектрическая головка. Он состоит из отрезка проводника, к которому подсоединена термопара. Ток, нагревающий проводник, приводит к выделению тепла, улавливаемого термопарой. Теплоизлучение отклоняет рамку со стрелкой на расчётный угол, линейно зависящий от величины проходного тока.

Электродинамический

Его назначение – измерять ток в быстропеременных электроустановках, работающих на повышенной (до 200 Гц) частоте. Для электродинамических амперметров подойдёт помещение или отсек, где полностью отсутствуют лишние электромагнитные поля. Однако они высокоточны и применяются для регулярной поверки замерителей всех остальных типов.

Ферродинамический

Каркас ферродинамического замерителя исполнен из ферромагнетика, железного сердечника и статичной катушки. Он обладает классом точности, присущим электродинамическому амперметру, но нечувствителен к электромагнитным помехам (паразитным полям).

Типы амперметров

Исходя из вида отсчетного устройства амперметры делятся на приборы с:

со стрелочным указателем
со световым указателем;
с пишущим устройством;
электронные устройства.

Электромагнитные– предназначены для использования в цепях постоянного, переменного тока. Обычно используются в привычных электроустановках переменного тока с частотой 50 Гц.
Магнитоэлектрические— предназначены для фиксации силы тока малых значений постоянного тока. Они имеют магнитоэлектрическое измерительное устройство и шкалу с проградуированными делениями.
Термоэлектрическиеприборы предназначены для измерения силы тока в цепях высоких частот. В состав таких приборов входят магнитоэлектрический механизм, выполненный в виде проводника, к которому приваривается термопара.Васильев Дмитрий ПетровичПрофессор электротехники СПбГПУЗадать вопрос Протекающий по проводку ток вызывает его нагрев, который фиксируется термопарой. Формирующееся излучение своим влиянием вызывает отклонение рамки на угол, который пропорционален силе тока.
Ферродинамическиеприборы — состоят из замкнутого магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала, сердечника и неподвижной катушки. Характеризуются высокой точностью измерения, надёжностью конструкции и низкой чувствительностью к воздействию электромагнитных полей.
Электродинамическиеустройства предназначены для замеров величины силы тока в цепях постоянного / переменного токов повышенных частот (до 200 Гц). Они чувствительны к перегрузкам и внешним электромагнитным полям. Но из-за высокой точности замеров их используют в роли контрольных приборов для поверки действующих амперметров.
Цифровые амперметры – современная модель приборов, сочетающая преимущества аналоговых приборов. На сегодня такие устройства завоевывали лидирующие позиции. Это объясняется удобством в работе, легкостью использования, небольшими размерами и высокой точностью получаемых результатов измерений.

Количество входов 1
Измеряемый переменный ток 1 …50 А
Погрешность измерения 1%
Дискретность индикации 0,1 А
напряжение питания -100…-400 В, 50 (+1) Гц Габаритные размеры 90x51x64 мм

Цифровое устройство амперметр базовой модели выпускается в нескольких типовых модификациях в зависимости от базового значения параметров замеряемого тока. При заказе данной модели цифрового амперметра, требуется заявить, с каким базовым параметром силы тока Вам придётся работать: 1 А, 2 А или 5 А.

Базовые параметры замеряемого тока, Iн-1 Ампер (СА3020-1), 2 Ампер (СА3020-2) или 5 Ампер (СА3020-5);

Границы замеряемых токов от 0,01 Iн до 1,5 Iн;
Диапазон частот по замеряемым токам от 45 до 850 Герц;
Границы базовой допускаемой существующей погрешности ±0,2% к оптимальному значению параметров замеряемой силы тока;
Напряжение по питанию — сеть переменного тока напряжением (85-260) Вольт и частотой (47-65) Герц или постоянное напряжение (120 — 300) Вольт;
Потребляемая устройством мощность не больше чем 4 ВА;
Размерные габариты 144x72x190 мм;
Масса не больше чем 0,55 кг;
Мощность, потребляемая измерительной цепью амперметров серии 3020, не превышает: для СА3020-1 – 0,12 ВA; для СА3020-2 – 0,25 ВA; для СА3020-5 – 0,6 ВA.

Сфера применения амперметров

Приборы для измерения тока нашли применение в различных сферах. Их активно используют на крупных предприятиях, связанных с генерацией и распределением электрической, тепловой энергии.

Где применяются амперметры:электротехнике – энергетикеавтомобилестроенииточных наукахстроительствеэлектролабораториях

Но не только средние и крупные предприятия используют этот прибор: они востребованы и среди обычных людей. Практически любой опытный автоэлектрик имеет в арсенале подобное устройство, позволяющее проводить замеры показателей электропотребления приборов, узлов автомобилей и пр.

Способы подключения амперметра

Основная особенность прибора заключается в том, что он должен обладать маленьким сопротивлением. Это нужно для обеспечения незначительного падения напряжения на нем. Для идеального замера прибор должен иметь нулевое внутреннее сопротивление, но это недостижимо. Подключение амперметра в цепь производится последовательно, в отличие от вольтметра.

Если подключить его параллельно источнику питания, ток пойдет фактически короткозамкнутым путем и может повредить прибор. Схема подсоединения амперметра Схема подключения амперметра может быть прямой и косвенной. При прямой схеме прибор непосредственно подключается в цепь между источником питания и нагрузкой. Косвенная схема реализуется двумя способами:

Установка шунта параллельно амперметру, когда почти весь ток пропускается через шунт, обладающий небольшим сопротивлением, а на катушку прибора попадает незначительная его часть. Соотношение между токами и сопротивлениями шунта и прибора: Iш/Iпр = Rпр/Rш.

Таким образом, применяя откалиброванные шунты можно расширить диапазон измеряемых токов; Использование измерительных трансформаторов. Применяется для фиксации токов больших величин на электрооборудовании высокого напряжения. Ток в силовых электроцепях преобразуется посредством трансформаторов в маленькие величины (обычно это 5 А).

К выводам вторичной обмотки подключаются измерительные приборы. Важно! Выводы вторичной обмотки всегда замыкаются на резистор, а работа в разомкнутой цепи запрещается из-за того, что она может оказаться под фазным напряжением силовой цепи.

Последовательность подключения амперметра с шунтом Схемы с трансформаторами тока применяются на энергопредприятиях. Для подключения амперметров в низковольтных цепях электрики-любители, как правило, используют схему с шунтами. Схема подсоединения амперметра с шунтом Последовательность шагов по сборке схемы:

Многие амперметры комплектуются откалиброванными шунтами. Необходимо знать приблизительный диапазон токов измерения.
Зная ток, выбирается соответствующий шунт;
Закрепить шунт на контактных выводах амперметра;
Обесточить устройство, предназначенное для контроля тока;
Разомкнуть питающую электроцепь и включить в нее последовательно с нагрузкой (лампой, резистором и т. д.) амперметр с закрепленным на нем шунтирующим элементом, учитывая полярность прибора (для аналоговых устройств) и источника;
Подать напряжение и снять данные;
Вновь отключить питающий источник, отсоединить амперметр и восстановить нормальную схему;

Цена одного деления прибора определяется, исходя из значения тока, указанного на шунте. В мультиметре шунты уже встроены в прибор. Нужно только поставить переключатель в нужный диапазон измерений. Делается это при снятом питании.

Если амперметр включается в цепь для определения зарядного тока между ЗУ и аккумулятором, то «плюс» ЗУ соединяется с «плюсом» амперметра, а «минус» амперметра с «плюсом» аккумулятора. Подсоединение цифрового вольтамперметра

Магнитоэлектрические амперметры используются только в цепях постоянного тока. В поле постоянного магнита перемещается катушка измерительного прибора, связанная со стрелкой. Магнитное поле катушки, по которой проходит ток, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, и стрелка отклоняется на соответствующий угол в ту или иную сторону.

Если такой прибор включить в цепь переменного тока, и попытаться провести измерения, то ничего не выйдет, ведь стрелка просто будет колебаться с частотой тока возле нулевого положения, и прибор может сгореть. Решается проблема применением схемы выпрямления. Выпрямительная система позволит измерить переменный ток частотой до 10кГц, при условии, что форма тока — синус.

Аналоговые амперметры по сей день не потеряли популярность. Им не нужно питание от батареек, измеряемая цепь дает им питание. Стрелка наглядно отображает показания. Но стрелочные приборы имеют недостаток — они довольно инертны.

Цифровые амперметры содержат аналого-цифровой преобразователь, и на ЖК-дисплее отображаются просто готовые цифры, показывающие результат измерений. Цифровые приборы лишены инертности, обладают высокой частотой опроса схемы, и наиболее современные дорогие амперметры могут выдавать до 1000 результатов измерения за одну секунду. Минус один — нужен дополнительный источник питания такому прибору.

Отличия приборов для постоянного и переменного тока

Амперметрами называются приборы для измерения силы тока, величины тока. Данные приборы всегда включаются последовательно в цепь, измерение тока в которой требуется произвести. Амперметры, в отличие от вольтметров, обладают при включении в цепь чрезвычайно малым сопротивлением, чтобы процесс измерения минимально влиял бы на показания. Итак, амперметры служат для измерения величин токов.

При измерении значительных токов, через рабочую катушку прибора протекал бы недопустимо большой ток, что потребовало бы усложнять конструкцию, по этой причине, для возможности безопасного измерения больших токов прибегают к шунтированию рабочей катушки прибора, чтобы через саму катушку протекал не весть измеряемый ток, а только малая его часть. То есть измеряемый постоянный ток разделяют на ток шунта и ток рабочей катушки измерительного прибора, при этом шунт пропускает через себя почти весь ток измеряемой цепи.

Шунт подбирают таким образом, чтобы соотношение токов в нем и в рабочей катушке получалось 10 к 1, 100 к 1 или 1000 к 1, то есть соотношением сопротивлений шунта и измерительной цепи добиваются приемлемого режима работы измерительного прибора.

Амперметры для измерения небольших токов градуируются в миллиамперах, и называются миллиамперметрами, также есть и микроамперметры.

Если нужно измерить ток переменный, да еще и немалый, как это делают при помощи токовых клещей, то здесь в схему добавляется измерительный трансформатор тока. Трансформатор тока имеет вторичную обмотку из множества витков, нагруженную резистором, а первичной обмоткой выступает один виток провода, просто пропущенного через окно сердечника трансформатора тока. По сути получается, что амперметр подключается ко вторичной обмотке токового трансформатора.

Когда изготавливают трансформатор тока для амперметра переменного тока, рассчитывают витки и резистор вторичной обмотки так, чтобы если измеряемый ток составляет 1000 ампер, то ток вторичной обмотки не превышал бы 0,5 ампер. Шкалу прибора градуируют на наибольший измеряемый ток, текущий в обмеряемом проводе, то есть на максимальный ток первичной обмотки токового трансформатора прибора.

Амперметр переменного тока никогда не включают в работу при разомкнутой вторичной обмотке токового трансформатора, поскольку в этом случае наведенная ЭДС попросту сожжет прибор, и амперметр станет опасным для персонала.

Применение в амперметрах трансформаторов тока позволяет безопасно проводить измерения в цепях высокого напряжения, поскольку вторичная обмотка, соединенная непосредственно с измерительным прибором, всегда надежно изолируется. Часто корпус прибора для пущей безопасности заземляют, как и вторичную обмотку измерительного токового трансформатора, чтобы даже в случае пробоя изоляции между обмотками, персонал остался в безопасности.

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. 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

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.

Чем амперметр отличается от вольтметра

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Главные особенности понятны из специфических названий. На первой картинке показано, как подключается амперметр (последовательно). Это необходимо для пропускания тока и соответствующего измерения его величины. Подсоединение вольтметра делают параллельно. В таком варианте прибор будет показывать разницу потенциалов между двумя точками, напряжение на определенном резисторе или другом элементе электрической схемы.

Как определить цену деления амперметра

Разнообразие приборов создает естественные затруднения в ходе проведения измерений. Следующий пример поможет разобраться с методикой правильного определения значений на стрелочном индикаторе. В любом случае начинают с буквенного обозначения на циферблате:

«А» – это амперы, пересчет не нужен;
«mA» – миллиамперы, итоговое значение вычисляют умножением на 0,001.

Как считывают показания Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220в

Этим прибором измеряют силу тока до 4 ампер включительно. Перевод значений не нужен, потому что есть отметка «А». Чтобы узнать цену одного деления, вычитают из большего меньшее значение соседних цифр. Далее делят на количество пустых промежутков между рисками.

Справка. «РИСКА – линия (штрих), нанесённая … на шкалу измерительного прибора». Большая политехническая энциклопедия под редакцией Рязанцева, вып. 2011 г.

В приведенном примере:

(3-2)/5=0,2 А.

В описании к прибору можно найти допустимую производителем погрешность. Эту величину, как правило, указывают в процентах.

Как работают амперметр и вольтметр

Учимся легко считать потребляемую мощность электроприбора

Рассмотренные выше конструкции пригодны для создания одного и другого прибора. Разница – не только в схеме подключения. Отличаются разметка и сопротивление индукционной катушки. Встроенным резистором ограничивают силу тока/ мощность в амперметре/ вольтметре, соответственно.

В первом варианте он выполняет функции шунта. Параллельное подсоединение с минимальным электрическим сопротивлением обеспечивает прохождение большей части тока именно по этой цепи. Этим защищают индуктивный элемент от повреждений.

Во втором – подбирают сопротивление, во много раз превосходящее соответствующий показатель катушки. Другой особенностью является выбор материала резистора с минимальным изменением рабочих параметров при росте (уменьшении) температуры.

Как подключают амперметр в электрическую цепь

Подсоединить прибор в разрыв цепи несложно. Для безопасности эту процедуру выполняют после отключения источника питания. Предварительно надо убедиться, что максимальный ток не превышает возможности амперметра. Данные шкалы дублированы в сопроводительной технической документации.

После подачи питающего напряжения снимают показания. Следует дождаться прекращения колебаний стрелки. Если она перемещается в обратную сторону, меняют полярность подключения. При чрезмерно большом токе используют дополнительное шунтирование.

Последовательность подключения

Чтобы получить правильные результаты замеров, нужно знать особенности подключения оборудования к цепи и соблюдать технику безопасности.

Прямое подключение амперметра к источнику питания вызовет короткое замыкание!

Перед подключением нужно подобрать соответствующий трансформатор или шунт
Установить правильный предел измерений. Рассчитать максимальный ток, который может быть в цепи можно по закону Ома или мощности потребителя.
Установить режим, в котором будет работать амперметр.
Подключить устройство к трансформатору или шунту.
Подать питание.
Цифровые амперметры сразу покажут результаты замеров, аналоговые – спустя некоторое время после включения.

Переградуировка прибора

Новую градуировку обновлённого стрелочного амперметра под новый шунт нужно произвести следующим образом.

Снимите переднюю часть корпуса (смотровое окно прибора) вместе со стеклом.
Подключите одну из лампочек известного номинала последовательно с амперметром к батарее или сетевому адаптеру питания. Так, на лампочках накаливания указывается ток в амперах и напряжение в вольтах. Если вы подключаете светодиодную панель или фару, на которой, например, указано напряжение 12 В и мощность в 24 Вт – вашим рабочим током будет 2 А (мощность, делённая на напряжение источника питания).
Отметьте, на какой угол отклонилась стрелка прибора, точкой с числом (в данном случае это 2).
Идеальный вариант – включите параллельно друг с другом одинаковые лампочки или фары, увеличивая их число каждый раз на одну. Так можно «прометить» всю шкалу амперметра. Этот способ хорош для переменного тока – шкала амперметра получается нелинейной за счёт влияния частоты тока и падения части напряжения на диодах. Разметка «на глаз» или с использованием транспортира (или по уже имеющейся «линейке» прибора), как часто делают при постоянном токе, не подойдёт. Лучше перестраховаться и сделать точнее.
Закончив разметку, соберите прибор и проверьте, надёжно ли держится крепление шунта, хорош ли электрический контакт между ним и амперметром. Если габариты амперметра позволяют, шунт часто заливают эпоксидным клеем, а затем получившийся элемент (в виде бруска) приклеивают к задней стенке измерительной головки.

Амперметр с новым шунтом готов к работе. Можно подключить щупы или токовые клещи.

Примеры

Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.

На участке цепи имеются три параллельно включенных резистора (см. рис. Значения сопротивлений резисторов: R1 = 5 Ом; R2 = 25 Ом; R3 = 50 Ом. Требуется рассчитать силу тока для каждого резистора и на всём участке, если на нем поддерживается постоянное напряжение 100 В.

Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R

I1 = U/R1 =100/5 = 20 А;
I2 = U/R2 =100/25 ≈ 4 А;
I3 = U/R3 =100/50 = 2 А.

Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:

Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3. 85 (Ом)

Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.

Сила тока на сопротивлениях: I1 =20 А; I2 = 4А; I3 = 2 А.
Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.

Мощность электрочайника 2 кВт. Чайник работает от городской сети под напряжением 220 В. Сколько электричества потребляет этот электроприбор?

Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.

2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.

Вычислить силу тока в цепи, если известно, что сопротивление составляет 5 Ом, ЭДС источника питания 6 В, а его внутреннее сопротивление составляет 1 Ом.

Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)

I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.

Ответ: сила тока 1 А.

Сколько энергии потребляет электроплита за 2 часа работы, если сопротивление нагревательного элемента 40 Ом?

За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.

Напряжение сети известно – оно составляет 220 В. Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U2/R)*t или

A = ((220 В)2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч

Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.

Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.

Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.

Советы по выбору

Немного следует сказать об особенностях, которые позволят выбрать максимально эффективное устройство для определенных нужд. Например, чтобы измерения были максимально точны, следует выбирать устройство с сопротивлением до полуома. Кроме того, будет отлично, если у прибора зажимы контактов будет иметь специальный антикоррозийный слой – так он прослужит дольше. Кроме того, корпус должен быть выполнен из максимально качественных материалов, не иметь повреждений и деформаций, по возможности быть герметичным, чтобы влага не попадала внутрь. Это продлит срок службы устройства и окажет существенное влияние на точность показаний.

Лучше всего приобретать цифровые устройства, которые не имеют таких недостатков, как стрелочные. Еще один совет состоит в том, что ни в коем случае нельзя подключать амперметр в сеть напрямую при отсутствии нагрузки. Иначе он просто сломается. Кроме того, во время проведения измерений нельзя прикасаться к токоведущим частям устройства, которые не имеют изоляции, из-за вероятности удара током. Если имеется механический амперметр, то он полностью должен соответствовать по характеристикам сети, для которой его будут использовать.

Подобные приборы ни в коем случае нельзя бросать или трясти. Это может негативно сказаться на точности данных.

Отличия приборов для постоянного и переменного тока

Установка шунта

Требования к параметрам прибора

Установка прибора

Материал по теме: Что такое реле контроля.

Способы подключения амперметра

Многие амперметры комплектуются откалиброванными шунтами. Необходимо знать приблизительный диапазон токов измерения.
Зная ток, выбирается соответствующий шунт;
Закрепить шунт на контактных выводах амперметра;
Обесточить устройство, предназначенное для контроля тока;
Разомкнуть питающую электроцепь и включить в нее последовательно с нагрузкой (лампой, резистором и т. д.) амперметр с закрепленным на нем шунтирующим элементом, учитывая полярность прибора (для аналоговых устройств) и источника;
Подать напряжение и снять данные;
Вновь отключить питающий источник, отсоединить амперметр и восстановить нормальную схему;

Интересно почитать: что такое клистроны.