Амперметр. виды. работа. применение. особенности

Амперметры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Чтобы измерить силу тока в некоторой электрической цепи, существуют приборы, называемые амперметры. Они включаются в цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметров очень мало, поэтому такое измерительное устройство не влияет на параметры электрического тока измеряемой цепи. Единицей измерения силы тока является ампер.

Шкалы приборов могут градуироваться в различных долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т.д. Соответственно такие приборы называют микроамперметрами, миллиамперметрами и т.д. Чтобы расширить пределы измерений, амперметры включают в цепь с применением трансформатора, либо в параллели с шунтом. В этом случае только небольшая часть тока будет протекать через амперметр, а основная часть тока пойдет через шунт.

Для крепления шунта к амперметру применяются специальные гайки. Запрещается подключать шунт к амперметру при включенном питании электрической сети. Полярность прибора при подключении также имеет большое значение. Если перепутать полярность, то стрелка прибора будет уходить в другую сторону, а цифровой амперметр, покажет отрицательную величину.

Виды амперметров

Точность показаний прибора зависит от принципа действия и вида устройства.

Существует два основных вида амперметров:

Первый вид в свою очередь делится на следующие устройства:

• Магнитоэлектрические.
• Электромагнитные.
• Электродинамические.
• Ферродинамические.

По виду измеряемого тока амперметры делятся:

• Для переменного тока.
• Для постоянного тока.

Существуют и другие специализированные приборы для измерения тока, которые применяются в узконаправленных областях, и не распространены так широко, как перечисленные выше.

Конструктивные особенности и работа

Магнитоэлектрические амперметры

Принцип действия такого вида прибора основывается на взаимодействии магнитного поля магнита и подвижной катушки, находящейся в корпусе прибора.

Достоинствами такого амперметра является низкое потребление электроэнергии при функционировании, высокая чувствительность и точность измерений. Все магнитоэлектрические амперметры оснащены равномерной градуировкой шкалы измерений. Это позволяет произвести измерения с высокой точностью.

К недостаткам магнитоэлектрического амперметра относится его сложность внутренней конструкции, наличие движущейся катушки. Такой прибор не является универсальным, так как он действует только для постоянного тока.

Несмотря на недостатки, магнитоэлектрический вид прибора широко применяется в различных областях промышленности, в лабораторных условиях.

Электромагнитные

Амперметры с электромагнитным принципом работы не имеют в своем устройстве движущейся катушки, в отличие от магнитоэлектрических моделей. Устройство их значительно проще. В корпусе находится специальное устройство и один или несколько сердечников, которые установлены на оси.

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).

Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.

Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.

Для чего нужно измерять силу тока

Существенное влияние на величину силы тока оказывают напряжение и сопротивление электроцепи, которые измеряются в таких единицах, как вольт (В) и Ом, соответственно. При этом повышение напряжения при неизменном сопротивлении электроцепи вызывает увеличение силы тока, а рост сопротивления цепи при неизменной величине напряжения приводит к ее уменьшению. Сила тока (I), напряжение (U) и сопротивление (R) зависят друг от друга и связаны эмпирическими формулами:

При этом упрощенно принимают, что сила тока величиной в 1 А возникает в проводнике с сопротивлением 1 Ом, если к нему приложено напряжение в 1 В.

Замерив СТ мультиметром, можно:

• уточнить реальную потребляемую мощность конкретного электроприбора;
• найти дефекты электроприбора, если его реальная мощность не соответствует величине, заявленной в документации;
• выяснить электрическую емкость автономных источников питания (аккумуляторных батарей и пр.);
• выявить существование утечки тока в электроцепях и в случае необходимости локализовать дефектный участок;
• проверить зарядное устройство для аккумулятора на предмет соответствия тока зарядки заданному значению и т. д.

Такие измерения проводят при помощи специальных приборов – амперметров. Их разновидностей на отечественном рынке достаточно, чтобы удовлетворить потребности всех покупателей.

Наиболее востребованными, особенно на бытовом уровне, являются небольшие многофункциональные (амперметр + омметр + вольтметр) мультиметры, с помощью которых можно измерить практически все необходимые параметры электрической цепи.

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.

Watch this video on YouTube

Виды амперметров

Классифицировать устройства можно по способу индикации. Наиболее широко распространены аналоговые амперметры – с градуированной шкалой, по которой движется стрелка. Современные приборы имеют цифровой дисплей, на котором отображается значение величины тока.

Стрелочные амперметры

Приборы со стрелочной головкой

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Стрелочные амперметры постепенно исчезают. Они отличаются более сложным устройством, чем современные модели, и обладают ограниченной областью применения. Еще один недостаток – меньший срок работы из-за наличия большего количества механических деталей. При этом современные условия иногда требуют измерения меньших величин, чем требуется для отклонения стрелки даже на одно деление. Из-за этого стрелочные приборы приходится модифицировать усилителями сигнала.

Интересно. Долгое время эти приборы не имели аналогов – точность измерений была достаточно высокой. Однако развитие электротехнической промышленности позволило разработать более дешевые в изготовлении приборы.

Принцип действия стрелочной головки

Еще одна сложность при использовании стрелочного амперметра – принцип работы стрелки, отличающийся в разных системах измерения:

1. Магнитоэлектрическая. Стрелка поворачивается по линейной шкале, пропорциональной силе тока. Вращающий момент задается током, проходящим через обмотку рамки.
2. Электромагнитная. Стрелка закреплена на сердечнике из ферромагнита, который двигается внутри катушки.
3. Электродинамическая. Используются две катушки с последовательным либо параллельным соединением. На подвижной – закреплена стрелка, поворачивающаяся от взаимодействия между токами катушек.

Во всех типах прибора используется корректор – специальный винт, соединенный с пружиной. Он необходим для установки стрелки в нулевое положение.

Игнорирование начальной регулировки может привести к неправильному отображению величины измеряемого тока, так как стартовое положение стрелки будет находиться левее нуля.

Приборы с цифровым индикатором

Цифровые устройства вытесняют аналоговые, благодаря ряду отличий:

• простота изготовления – дешевле производить, легче собрать самостоятельно;
• возможность измерения меньших величин;
• отсутствие износа подвижных частей – дольше служат, не требуют замены элементов;
• наглядная и удобная индикация;
• меньший вес.

Цифровой амперметр

Переход к цифровому исполнению позволил шире применять приборы в быту. Они проще в использовании – вертикальное и горизонтальное расположение не влияет на работу. Также они лучше защищены от внешних воздействий, например, механических ударов по корпусу.

Принцип работы

Первый прибор в начале XIX века изобрел Швейгер, но он тогда назывался гальванометром. Рисунок простейшего амперметра выглядит так. На оси кронштейна расположен якорь из стали со стрелкой. Эта конструкция расположена параллельно постоянному магниту, который воздействует на якорь и придает ему магнитные свойства.

Вдоль магнита и стрелки проходят силовые линии, что соответствует нулевому положению на шкале. Как только начнет проходить электрический ток по шине, то произойдет образование магнитного потока. Его силовые линии будут расположены перпендикулярно линиям постоянного магнита.

Разновидности амперметров тока.

Существует два типа устройств, для измерения силы тока, два вида амперметров тока. Тип первый и тип второй.

• Тип первый – аналоговый (он же стрелочный амперметр).
• Тип второй – цифровой.

Тип первый – стрелочный амперметр тока, выглядит он вот таким образом:

Система этого амперметра тока магнитоэлектрическая. А в составе устройства: постоянный магнит, внутри которого вращается катушка из тонкой проволоки. В момент подачи тока катушка направлена на поле при действии момента вращения. Причём величина момента является пропорциональной силе тока. Имеется в устройстве и специальная пружина, которая в момент подачи тока является неким препятствием для вращающейся катушки. Момент упругости пружины в свою очередь пропорционален углу закручивания.

Измерение силы тока происходит таким образом, что при уравновешивании вышеописанных моментов стрелка и показывает искомое значение, равное силе тока, силе воздействия.

Чтобы увеличить предел измерения необходимо параллельно амперметру установить шунт. Резистор, определённой величины, которая рассчитана заранее. Такое устройство названо – резистор шунтирующий.

Для точных измерений с резистором в цепи необходимо придерживаться простых правил. Если в цепи действует измерительный прибор – вольтметр, то входное сопротивление необходимо делать немного больше у самого прибора. В случае работы с амперметром ситуация другая и входное сопротивление прибора следует сделать меньше. В противном случае, если не придерживаться таких правил измерение окажется неверным, и некорректными окажутся показания амперметра. Вся измерительная техника всегда была разработана с учётом неких особенностей и грамотное и правильное использование только залог успешного измерения и результата в целом.

Насколько внимательно отнесётесь к режиму работы устройств мультиметров, настолько правильными окажутся опыты и текущие измерения. Пренебрегая законами и правилами эксплуатации приборов и техники можно не только выяснить неверные результаты измерений, но и испортить устройство, вывести его из строя.

По сей день пользуются аналоговыми амперметрами тока. И это не случайно, их плюсов так много, что люди ещё не скоро смогут от них отказаться. И смогут ли отказаться вообще? Плюсы прибора под названием аналоговый амперметр:

– не нуждаются в независимом питании;

– удобны в отображении информации;

– имеется винтик, на большинстве моделей, который корректирует точность измерения.

Минус тоже есть, но он всего один и очень невзрачный:

– небольшая инертность стрелок может заставить несколько секунд ожидать результаты измерений.

Тип второй – амперметр тока цифровой. В его составе значатся:

– АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Именно он преобразует силу тока в данные цифровые, что в дальнейшем можно видеть на дисплее устройства. Дисплей современного ЖК вида.

Огромное отличие таких видов амперметров только в том, что нет стрелки и нет инертности. Результаты измерения можно видеть сразу на дисплее. Разные виды амперметров тока выводят информацию на экран с различной скоростью. Современные виды к тому же и малогабаритны.

Имеются и минусы таких новичков:

– наличие собственного источника питания должно быть непременно.

Деление на этом амперметров не закончилось. Существуют также виды, которые измеряют силу тока переменного напряжения и измеряющие силу тока постоянного напряжения. Но это не значит, что при отсутствии амперметра для измерения переменного тока Вы не сможете её измерить. Измерить можно, и поможет вот такая схема:

Поможет не собирать каждый раз подобную систему мультиметр. Устройство сочетает в себе сразу несколько функций и может измерить силу тока и постоянного и переменного.

Вот схема для измерения силы тока амперметром:

И теперь чтобы верно измерить силу тока, необходимо, только узнать какая сила тока. Переменное или постоянное напряжение. Нагрузкой же может стать абсолютно любой предмет (лампочка, компьютер, сотовый телефон).

Схема амперметра переменного тока

Если сравнивать амперметр постоянного и переменного тока, то последний основан на электромагнитной системе. Приборы используются чаще в сети частотой 50-60 Герц.

Амперметр переменного тока имеет один или два сердечника, которые соединены со стрелкой. Основное преимущество — универсальность прибора, которая позволяет измерять силу не только переменного, но и постоянного тока в электроцепи.

Однако сопротивление таких амперметров больше, чем у других моделей, поэтому погрешность измерений будет высокой. Измеритель столкнется с проблемой снятия показаний с прибора, так как шкала не линейная.

Если нужно измерить переменный ток немалой силы, часто применяют токовый трансформатор. Как и токовые клещи с бесконтактным замером, это делается для того, чтобы на порядок снизить ток в обмотках. К примеру, если в сети величина 1000 А, то во вторичной обмотке проводника будет не более 0,5А.

Токовый трансформатор

Важно! Прибор не включается при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора. Если это произойдет, то есть риск сжечь амперметр

Это может быть опасно и для персонала.

Корпус устройства часто заземляют, также как и вторичную обмотку трансформатора, чтобы в экстренном случае, люди были в безопасности.

Вам это будет интересно Особенности вихревых токов Фуки

Магнитное поле катушки с током взаимодействует с полем магнита. При этом стрелка отклоняется на ту или иную величину, которая показывает разницу этих значений.

Устройство, включенное в цепь с переменным током, не будет показывать правильную величину, а также прибор может сгореть.

Обычно такая проблема решается выпрямительными схемами. Она позволит измерить любой переменный ток с частотами до 10 килогерц. Происходит это только в случае синусоидальной формы тока.

3.9. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено
косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:

Можно использовать омметр — прибор непосредственного отсчета.
Существуют две схемы омметра: а) последовательная; б) параллельная (рис. 3.9.1).

Уравнение шкалы последовательной схемы намерения:

где г — сопротивление цепи гальванометра. При
угол поворота подвижной части прибора определяется величиной измеряемого
сопротивления Rx. Поэтому шкала прибора может быть непосредственно проградуирована
в Омах. Ключ K используется для установки стрелки прибора в нулевое
положение. Омметры параллельного типа удобнее применять для измерения
небольших сопротивлений
Измерение сопротивлений можно также осуществлять логометрами. На рис.
3.9.2 приведена принципиальная схема логометра.

Для этой схемы имеем:

Отклонение подвижной части логометра:

Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника
питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.

Прозвонка проводов с помощью мультиметра

Процесс оценки целостности проводников или p-n-переходов полупроводников среди специалистов обозначается коротко – прозвонка. Метод прозвонки позволяет определить места повреждения электропроводки, получая звуковой сигнал при замыкании цепи и отсутствие сигнала при выявленном обрыве.

Для производства работ следует:

1. Обесточить электрическую цепь.
2. Становить ручку переключателя в положение прозвонка, которое обозначено на панели знаком диода.
3. Проверить работоспособность мультиметра, закоротив щупы: наличие сигнала означает, что прибор к работе готов.
4. Последовательно проверять небольшие участки цепи до выявления обрыва.

Виды приборов

Приборы классифицируются по роду тока, принципу действия, классу точности.

Род тока

Переменный

Устройство амперметра, подключаемое последовательно в электрическую цепь, пропускает через себя полный рабочий ток. При этом сопротивление амперметра должно быть достаточно низкое. Этот фактор заложен в основу принципа действия электрического измерителя.

Важно! Амперметр нельзя подключать параллельно в цепь, только последовательно. Ибо весь электроток потечет через него, в результате чего прибор может перегореть

В идеале прибор должен иметь нулевые сопротивление и падение напряжения, тогда потери мощности в электроустройстве будут равны нулю. Но такие идеальные условия практически недостижимы. Фактически, чем меньше импеданс, тем лучше совместимость устройств.

Постоянный

В низковольтных цепях с аккумуляторной батареей токи обычно измеряются высокочувствительными мини-устройствами – гальванометрами. Гальванометр – это устройство, используемое для обнаружения тока в цепи. При этом само устройство работает как электропривод. Оно производит вращательное движение указателя в ответ на электроток, протекающий через катушки в постоянном магнитном поле.

Принцип действия

Магнитоэлектрические

Такой прибор не универсален, поскольку используется только для измерения постоянного тока. Область применения магнитоэлектрических приборов широко распространяется на сферы промышленности и образования (в качестве компонентов лабораторных установок).

Электромагнитные

Схема электромагнитных измерителей несложная. В корпусе могут находиться несколько сердечников (либо один), установленных на оси. В отличие от магнитоэлектрических моделей:

• С их помощью измеряются как постоянный, так и переменный ток. Это делает электроустройства универсальными и значительно расширяет сферу их применения;
• Низкозатратное энергопотребление при функционировании;
• Высокая чувствительность и точность измерений.

Электродинамические

Электродинамический амперметр устроен несколько более сложным образом, нежели предыдущие электроустройства. В нем есть две катушки: одна – неподвижная, а вторая – подвижная.

Приборы этого типа могут быть использованы для измерения как постоянного, так и переменного тока. Другим преимуществом является отсутствие ошибки гистерезиса. Основными недостатками являются низкий коэффициент вращающего момента, высокие потери на трение, выше, чем в других измерительных приборах.

Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Электроизмерительные приборы: амперметр, вольтметр, омметр Также они применяются в бытовой сфере среди владельцев автомобилей для проведения самостоятельных измерений автомобильных приборов. Спрашивайте, я на связи!

Виды амперметров

Классифицировать устройства можно по способу индикации. Наиболее широко распространены аналоговые амперметры – с градуированной шкалой, по которой движется стрелка. Современные приборы имеют цифровой дисплей, на котором отображается значение величины тока.

Стрелочные амперметры

Приборы со стрелочной головкой

Томас Эдисон: изобретения

Стрелочные амперметры постепенно исчезают. Они отличаются более сложным устройством, чем современные модели, и обладают ограниченной областью применения. Еще один недостаток – меньший срок работы из-за наличия большего количества механических деталей. При этом современные условия иногда требуют измерения меньших величин, чем требуется для отклонения стрелки даже на одно деление. Из-за этого стрелочные приборы приходится модифицировать усилителями сигнала.

Интересно. Долгое время эти приборы не имели аналогов – точность измерений была достаточно высокой. Однако развитие электротехнической промышленности позволило разработать более дешевые в изготовлении приборы.

Принцип действия стрелочной головки

Еще одна сложность при использовании стрелочного амперметра – принцип работы стрелки, отличающийся в разных системах измерения:

1. Магнитоэлектрическая. Стрелка поворачивается по линейной шкале, пропорциональной силе тока. Вращающий момент задается током, проходящим через обмотку рамки.
2. Электромагнитная. Стрелка закреплена на сердечнике из ферромагнита, который двигается внутри катушки.
3. Электродинамическая. Используются две катушки с последовательным либо параллельным соединением. На подвижной – закреплена стрелка, поворачивающаяся от взаимодействия между токами катушек.

Во всех типах прибора используется корректор – специальный винт, соединенный с пружиной. Он необходим для установки стрелки в нулевое положение.

Игнорирование начальной регулировки может привести к неправильному отображению величины измеряемого тока, так как стартовое положение стрелки будет находиться левее нуля.

Приборы с цифровым индикатором

Цифровые устройства вытесняют аналоговые, благодаря ряду отличий:

• простота изготовления – дешевле производить, легче собрать самостоятельно;
• возможность измерения меньших величин;
• отсутствие износа подвижных частей – дольше служат, не требуют замены элементов;
• наглядная и удобная индикация;
• меньший вес.

Цифровой амперметр

Переход к цифровому исполнению позволил шире применять приборы в быту. Они проще в использовании – вертикальное и горизонтальное расположение не влияет на работу. Также они лучше защищены от внешних воздействий, например, механических ударов по корпусу.

Применение приборов

Электромагнитные типы устройств обычно применяются в электрическом оборудовании, работающего в сетях переменного тока с частотой 50 Гц. Магнитоэлектрические приборы фиксируют малые значения силы постоянного тока. Все амперметры по отсчетным устройствам бывают:

• со стрелочным указателем;
• с записывающим механизмом;
• электронные;
• с цифровым показанием.

Для измерения силы тока в электрических сетях высоких частот применяются термоэлектрические устройства, в которых роль датчика играет термопара. Она фиксирует степень нагрева проводника, при протекании по нему тока. Рамка реагирует на температуру, которая пропорциональна силе тока. Электродинамические приборы используются для замера силы тока в цепях частотой до 200 Гц. Отличаются чувствительностью к перегрузкам и посторонним электромагнитным волнам. Благодаря точности замеров, применяются в качестве контрольных приборов для проверки остальных устройств для измерения силы тока.

К бесконтактным устройствам относятся клещи для измерения тока. Устроены они из головки трансформатора. С их помощью могут определяться значения в любых участках электрической цепи. Для этого следует клещами охватить замеряемый кабель или провод.

Измерение переменного тока

Часто возникают ситуации, когда необходимо проверить электрическую сеть здания. Таковой является и обычная электрическая сеть в многоквартирных домах. Зная о том, как замерить силу тока мультиметром в переменной сети, можно делать мелкий ремонт проводки дома.

Электрическую розетку также нельзя проверять без нагрузки. Лучшей нагрузкой для переменной сети будет лампа накаливания. Для измерений нужно выполнить следующие действия:

1. Установить красный щуп в гнездо прибора, маркированное надписью, А (NA), черный оставить в положенном ему месте;
2. Выбрать режим измерения переменного тока и уровень сигнала;
3. Последовательно с измерительным прибором присоединить к розетке нагрузку;
4. На экране прибора отобразится действующее значение тока, а лампа начнет светиться.

По предложенной методике можно делать проверки любой переменной цепи, включающей трансформаторы, индуктивности, асинхронные и синхронные двигатели.

Проверенные мультиметры

Со своим многолетним стажем в области электроники, я поменял много мультиметров. Хочу остановиться именно на двух марках, которые меня очень сильно радовали и до сих пор радуют в моем нелегком деле.

Мультиметры DT9205

Большой дисплей, удобный функционал, функция автоматического выключения, недорогая стоимость. Если вы полистаете страницы моего сайта, то увидите, что я использовал именно эти модели мультиметров в своей практике. Они очень удобные и долговечные. Да, они имеют большие габариты, но это того стоит. Такой мультиметр очень удобно лежит в руке.

Вот ссылка на Алиэкспресс. Старайтесь брать именно такой, какой на фото выше. Его стоимость в диапазоне 700-800 рублей.

Мультиметры Mastech

Как вы видели, у меня есть вот такой мультиметр от этой фирмы. Не могу не нарадоваться).

Посмотреть его можете также на Алиэкспрессе по этой ссылке. Встречаются множество подделок, так что будьте бдительны.