Амперметр - прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале - 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.
Поэтому, в отличие от амперметра, вольтметр всегда имеет высокое сопротивление. Чем выше сопротивление вольтметра, тем лучше. Сопротивление большинства вольтметров составляет тысячи и десятки тысяч Ом. Вольтметры с сопротивлением сотен омов имеют низкое качество. Когда источник: ток имеет высокое внутреннее сопротивление и внешнее сопротивление схемы также велико, вольтметр с сопротивлением в тысячи и десятки тысяч Ом не может использоваться измерил его. На практике часто необходимо увеличить пределы показаний вольтметра для измерения напряжений, превышающих значения, для которых предусмотрен вольтметр.
Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».
Пределы показаний вольтметра увеличены с помощью дополнительных резисторов, соединенных последовательно с вольтметром. Для этой цели необходимо увеличить пределы своих указаний в десять раз. В этом случае дополнительное сопротивление должно быть таким, чтобы вольтметр 300 В возвращался от всего напряжения 300 В, а остальные 270 В взяты из дополнительного сопротивления.
Поскольку 270 В составляет девять раз 30 В, дополнительное сопротивление должно быть в девять раз больше сопротивления вольтметра. Используя несколько дополнительных резисторов, вольтметр обычно можно использовать для измерения ряда гораздо больших напряжений. Пределы индикации вольтметра не могут быть снижены, т.е. вольтметр не может быть более чувствительным. Дополнительные вольтметровые резисторы изготовлены из тонкой реостатной проволоки. Дюйм Самый простой случай может, конечно, использовать химические сопротивления.
Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!
Общая характеристика
По конструкции амперметры делятся:
- со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
- со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
- с цифровым индикатором.
Приборы со стрелочной головкой
Дополнительные сопротивления размещаются внутри или снаружи машины. Следует иметь в виду, что между конструкцией вольтметра и миллиампертом нет принципиальной разницы. Любой миллиамперметр можно преобразовать в вольтметр, подключив к нему последовательно дополнительное сопротивление. Желательно, чтобы миллиамперметр предназначен для измерения слабого тока. В этом случае вольтметр будет иметь высокое сопротивление. Таким образом, любой миллиампер с шунтами или дополнительными резисторами может служить универсальным вольтметром для измерения различных токов и напряжений.
Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.
Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.
Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными - силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.
Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.
Приборы с цифровым индикатором
В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.
Принцип действия стрелочной измерительной головки
Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:
- В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.
- В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.
- В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.
Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.
Включение амперметра в электрическую цепь
В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах - через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано - чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000В) - в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока - магнитные усилители.
§ 72. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ
АМПЕРМЕТРА
Для измерения силы тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор проходит весь ток, протекающий в цепи.
При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают. По этой причине амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи. Пусть в электрическую цепь включен источник электрической энергии, напряжение которого U = 10 в. Сопротивление потребителя r п =20 ом. В этой цепи, согласно закону Ома, ток
Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует измерить ток, имеет сопротивление
r а =30 ом. Тогда при включении прибора в цепь в ней установится ток
Таким образом, если включить в цепь прибор с большим сопротивлением, то нарушится ее электрический режим и сила тока будет измерена с ошибкой на 0,3 а.
Этот пример подтверждает, что желательно измерять силу тока в цепи таким прибором, у которого собственное сопротивление наименьшее. Присоединять амперметр к полюсам источника тока без нагрузки нельзя. Это объясняется тем, что по обмотке амперметра, имеющей малое сопротивление, в данном случае пройдет большой ток и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке. По обмотке и отдельным элементам электроизмерительных приборов некоторых систем во избежание возможности их порчи нельзя пропустить сколько-нибудь значительный ток. В частности, это относится к спиральным пружинам и подвижной катушке магнитоэлектрического прибора.
Если такой измерительный прибор нужно приспособить для измерения значительной силы тока - расширить пределы измерения амперметра, та он снабжается шунтом.
Шунт - это относительно малое, но точно известное сопротивление (r ш), присоединяемое параллельно измерительному механизму. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 84. При таком включении шунта из n частей тока, протекающего в цепи, через прибор проходит лишь одна его часть, а через шунт - остальные n-1 частей.
Это происходит потому, что сопротивление шунта меньше сопротивления амперметра n - 1 раз. Число n показывает, во сколько раз нужно увеличить предел измерения амперметра. Таким образом, шунт служит для расширения пределов измерения прибора.
Пусть амперметр позволяет измерять силу тока Iа = 5 а, а в данном случае необходимо этим прибором измерить силу тока I=30 а. Значит, нужно увеличить предел измерения прибора в
раз. Сопротивление шунта,
который надо присоединить параллельно амперметру, чтобы
обеспечить такое расширение предела измерения, можно определить по формуле:
Если сопротивление амперметра r а = 0,15 ом, то сопротивление шунта
После присоединения шунта к прибору каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указана на ней. В нашем случае, если стрелка прибора с шунтом установится на делении 5, это значит, что в цепи протекает ток I=5xn = = 5x6= 30 а.
Шунт должен иметь четыре зажима, это необходимо для устранения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготовляют из манганина - сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.
