Измерение силы тока при помощи амперметра

Где и как используется

Такие измерительные аппараты широко используются в самых разных областях. Они задействованы в промышленности, строительной сфере, предприятиях, которые занимаются распределением и генерацией электро- и теплоэнергии. Также применяются для научных исследований в лабораториях.

Устройство и его разновидности входят в конструкцию других подобных приборов. В омметре, принцип действия которого основан на законе Ома, (устройстве для определения сопротивления) есть резистор R (ограничивает ток) и чувствительная измерительная головка, через которую проходят миллиамперы. Иначе она называется миллиамперметром.

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).

https://youtube.com/watch?v=ajYs9WhmC2A

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.

Самодельные устройства

Как сделать вольтметр своими руками, для чего он нужен, как устроен, как подключается вольтметр, как пользоваться вольтметром — вот неполный перечень вопросов, которые возникают у начинающих радиолюбителей и простых пользователей. Принцип действия вольтметра или принцип работы вольтметра был рассмотрен ранее при рассмотрении разных его типов и видов.

При совсем небольших затратах можно самостоятельно его изготовить. Основной его частью является стрелочный измерительный прибор. На шкале присутствует обозначение напряжения — латинская буква «V». Конечно, желательно иметь вольтметр с необходимым диапазоном измерения. В левой части шкалы должна быть отметка «О», а в правой — число, которое показывает предельное значение напряжения, измеряемого этим прибором.

Это значение определяется величиной добавочного резистора, находящегося в корпусе готового прибора и током полного отклонения стрелки микроамперметра.

Часто при работе приходится измерять значения напряжений в широком диапазоне. Для обеспечения допустимой точности приходится использовать одну общую шкалу с набором добавочных сопротивлений. Их количество зависит от величин напряжений, которые необходимо измерять при работе.

Использование добавочных сопротивлений дают возможность измерять напряжения, величины которых больше последнего числа шкалы. Для измерения напряжений меньшего значения с достаточной точностью необходимо найти прибор с числом максимального значения шкалы меньшей величины или переделать существующий путём изменения величины добавочного сопротивления в корпусе прибора.

Входное сопротивление стрелочного вольтметра оценивается показателем относительного (удельного) сопротивления. Единица его измерения — кОм/В. То есть для разных значений измеренного напряжения величина входного сопротивления прибора будет разной. Отсюда вывод — наибольшей точности измерения соответствует правая часть шкалы. Внутреннее сопротивление вольтметра здесь имеет большее значение и его подключение оказывает меньшее негативное воздействие на работу схемы. Необходимо выбирать прибор с большей величиной удельного сопротивления.

Если приходится измерять переменное напряжение, то при небольшом усложнении схемы самодельного прибора можно решить и эту задачу. Входное напряжение необходимо выпрямить, сделать его однополярным.

Ток для нормальной работы микроамперметра прибора должен протекать по обмотке рамки прибора только в одном направлении (клеммы прибора имеют маркировку «+» и «-«). Только в этом случае стрелка прибора отклонится. Выпрямление может быть однополупериодным или двухполупериодным. Это зависит от выбранной схемы выпрямителя. При определении реальной величины напряжения показания стрелочного прибора разделить примерно на 3 (выпрямление однополупериодное) или на 1,5 (выпрямление двухполупериодное).

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.

Характеристики приборов

Конструкция амперметра достаточно проста: стрелка с катушкой, находящейся в поле постоянного магнита. Принцип функционирования рассматриваемого устройства крайне прост: во время его включения по катушке будет течь электроток. Под воздействием силы Ампера катушка будет поворачиваться до того момента, пока упругость возвратных пружин не совпадет с силой Ампера.

Вам это будет интересно Трансформатор для сварки

Нормальное функционирование вольтметра возможно при температурных показателях воздуха не более 25 — 30 градусов с влажностью до 80% и атмосферным давлением 650 — 800 мм ртутного столба. Частота питающей электросети составляет 50 Гц и имеет показатели напряжения 220В (частота не более 400 Гц). На показатели замеров значительное воздействие окажет форма кривой переменного напряжения электросети.

Возможности приспособления оценивают посредством таких параметров и величин:

• Сопротивление рассматриваемого устройства.
• Диапазон замеряемых показателей напряжения.
• Категория точности замеров.
• Диапазон границ частоты напряжения в переменной цепи.

https://youtube.com/watch?v=0fR7iPG36Rk

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.

Производители

В основном аналоговые приборы, включая и амперметры, выпускает больше десятка китайских фирм, например, Shanghai Ruichi Industry. То же самое касается цифровых табло и USB-вольтамперметров, используемых новичками, собирающими электроосвещение, электрогенераторы и прочие поделки.

Если ваша задача – цифровой мультиметр, в состав которого входит и функционал (милли) амперметра, то выбор здесь широк – от брендовых Fluke до малоизвестных китайских фирм, например, Patriot. Популярные DT-модели выпускаются в Китае. Амперметр сетевой – на DIN-рейку – может измерять ток до десятых или сотых долей ампера, в качестве миллиамперметра он также сгодится. DIN-амперметры, сочетающие в себе функции вольтметра, в России представлены марками «Мегеон», «Ресанта» и «Меандр».

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.

Как сделать шунт для амперметра, какие материалы при этом используются

Фабрично изготовленные шунты рассчитываются под готовые приборы, их параметры учитываются еще при вытягивании проволоки.

При создании учитывается даже расстояние от центра проволоки до мест подключения контактов. Несмотря на массивность конструкции, шунт достаточно точный и чувствительный прибор. На погрешность влияет даже разнесение контактов для прибора и контактов для измеряемой цепи.

Важно! Если шунт предназначен для измерения величин от 10 Ампер и выше – он должен выдерживать высокие токи без перегрева. Поэтому заводские шунты массивные, и с хорошим теплоотводом

Это низкоомные приборы. Сопротивление измеряется единицами Ом. Поэтому на рабочую величину влияет даже сечение проводника. При точной подгонке свойств шунта, можно делать на шине пропилы, для изменения удельного сопротивления.

Еще один вариант юстировки фабричного шунта – подбор дополнительных сопротивлений. Такой способ часто практикуют доморощенные «Кулибины».

Шунт для амперметра своими руками можно изготовить из любого материала, обладающего низким сопротивлением и хорошей теплопроводностью. Если измеряемые токи не более 10 ампер – воспользуйтесь обычной стальной скрепкой большого размера.

Сталь противостоит влиянию высоких температур, и неплохо паяется (при необходимости стационарного монтажа). Если у вас есть медь – тоже хороший выбор. Только не переусердствуйте при калибровке. Случайно отпиленный для изменения сечения кусок нет смысла паять обратно.

Индуктивность при протекании больших токов может исказить результат. Лучше применить иной материал, или уложить шунт волнами.

Сфера применения и советы по выбору

Различные виды амперметров широко используются во многих сферах деятельности человека. Отраслями, в которых применяется этот прибор, являются:

• энергетика;
• электротехника;
• радиоэлектроника;
• строительство;
• транспорт;
• научные исследования.

В быту и повседневной жизни амперметр нужен для самостоятельного мелкого ремонта электроприборов. Автолюбители используют его в процессе контроля заряда аккумуляторов.

Если возникла необходимость срочно измерить переменный ток, а под рукой только амперметр постоянного тока, тогда можно выпрямить ток с помощью диодного моста и к нему подключить прибор. Несколько советов перед покупкой прибора:

• если необходима повышенная точность, лучше подойдёт прибор с сопротивлением меньше 0,5 Ом;
• антикоррозийное покрытие контактов продлит их срок службы;
• герметичный корпус препятствует проникновению влаги в рабочий механизм и увеличивает износостойкость и точность;
• для удобства больше всего подойдёт цифровой измеритель.

Соблюдая эти нехитрые правила, можно избежать покупки некачественного прибора и приобрести именно то, что нужно. Правильно выбранное устройство станет незаменимым помощником в работе и прослужит долгие годы.

На что смотреть при выборе

Приобретая подобный товар, следует обратить внимание на:

1. Диапазон входного значения напряжения. Насколько чувствителен аппарат зависит от типа внутренней начинки. Диапазон колеблется от мельчайших значений до тысяч вольт.
2. Габариты. Чем компактнее гаджет, тем удобнее им работать, ибо габаритные варианты и весят больше, и занимают место в сумке.
3. Максимальное заявленное отклонение — оно же погрешность. Чем значение меньше, тем точнее вольтметр измеряет показатель.
4. Эргономика. Варианты подороже снабжены чехлом или крючком для подвешивания — подобное здорово упрощает эксплуатацию.

Типы амперметров

Исходя из вида отсчетного устройства амперметры делятся на приборы с:

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

По принципу действия амперметры разделяются

1. Электромагнитные – предназначены для использования в цепях постоянного, переменного тока. Обычно используются в привычных электроустановках переменного тока с частотой 50 Гц.
2. Магнитоэлектрические — предназначены для фиксации силы тока малых значений постоянного тока. Они имеют магнитоэлектрическое измерительное устройство и шкалу с проградуированными делениями.
3. Термоэлектрические приборы 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 Петрович

   Профессор электротехники СПбГПУ

   Задать вопрос

   Протекающий по проводку ток вызывает его нагрев, который фиксируется термопарой. Формирующееся излучение своим влиянием вызывает отклонение рамки на угол, который пропорционален силе тока.

4. Ферродинамические приборы — 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.
5. Электродинамические устройства 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.
6. 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.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Кроме того, цифровые приборы можно использовать в разнообразных условиях: он не боится тряски, вибрации и пр. воздействий.

Рассмотрим несколько амперметров разных производителей и разных типов:

Амперметры Ам-2 DigiTOP

Технические характеристики:

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

Орлов Анатолий Владимирович

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Задать вопрос

Работоспособность и долговечность бытовой электротехники зависят от качества получаемой электроэнергии. Как правило, к выходу из строя электронной техники, будь то холодильники, телевизоры или стиральные машины, приводит повышение напряжения выше допустимых пределов. Наиболее опасно длительное повышение напряжения выше допустимой отметки. При этом выходят из строя блоки питания электронной техники, перегреваются обмотки электродвигателей, нередко происходит возгорание.

Амперметр лабораторный Э537

Данный прибор (амперметр Э537) предназначается для точного измерения силы тока в цепях переменного и постоянного тока.

Класс точности 0,5.

Диапазоны измерения 0,5 / 1 A;

Масса 1,2 кг.

Технические характеристики амперметра Э537

1. Конечное значение диапазона измерений 0,5 А/1 А
2. Класс точности 0,5
3. Область нормальных частот (Гц) 45 — 100 Гц
4. Область рабочих частот (Гц) 100 — 1500 Гц
5. Габаритные размеры 140 х 195 х 105 мм

Амперметр СА3020

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);

1. Границы замеряемых токов от 0,01 Iн до 1,5 Iн;
2. Диапазон частот по замеряемым токам от 45 до 850 Герц;
3. Границы базовой допускаемой существующей погрешности ±0,2% к оптимальному значению параметров замеряемой силы тока;
4. Напряжение по питанию — сеть переменного тока напряжением (85-260) Вольт и частотой (47-65) Герц или постоянное напряжение (120 — 300) Вольт;
5. Потребляемая устройством мощность не больше чем 4 ВА;
6. Размерные габариты 144x72x190 мм;
7. Масса не больше чем 0,55 кг;
8. 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.

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:

аналоговые амперметры, в которых предусмотрена магнитоэлектрическая система. Они производятся на базе катушки из тонкой проволоки, вращающейся между магнитными полюсами. В процессе прохода тока через катушку она фиксируется под воздействием вращающего момента, значение которого пропорционально величине тока. В устройстве предусмотрена специальная пружина, которая препятствует повороту катушки, а упругость пружины пропорциональна углу вращения. При установлении баланса данные моменты выравниваются, а стрелка устанавливается на значении, пропорциональном величине тока на данный момент.

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.

электромагнитные – разработаны в виде механизмов с зафиксированной катушкой, по которой проходит ток. Также предусмотрено несколько сердечников на оси. Приборы предназначены для фиксации измерительными щупами постоянного тока. Элементами устройств являются измеритель и шкала с промаркированными делениями.

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.