Амперметр в цепи переменного тока

Дабы измерить силу тока в некоторой электрической цепи, есть приборы, именуемые амперметры. Они врубаются в цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметров сильно мало, потому такое измерительное устройство не оказывает влияние на характеристики электрического тока измеряемой цепи. Единицей измерения силы тока является ампер.

Виды амперметров

Точность показаний устройства находится в зависимости от принципа деяния и вида устройства.

Существует два главных вида амперметров:

1. Аналоговые.
2. Цифровые.

1-ый вид в свою очередь делится на следующие устройства:

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

По виду измеряемого тока амперметры делятся:

• Для переменного тока.
• Для неизменного тока.

Есть и другие спец приборы для измерения тока, которые используются в узконаправленных областях, и не распространены так обширно, как вышеперечисленные.

Конструктивные особенности и работа

Шкалы устройств могут градуироваться в разных толиках ампера: микроамперах, миллиамперах и т.д. Соответственно такие приборы именуют микроамперметрами, миллиамперметрами и т.д. Дабы расширить пределы измерений, амперметры включают в цепь с применением трансформатора, или в параллели с шунтом. В данном случае только маленькая часть тока будет протекать через амперметр, а основная часть тока пойдет через шунт.

Для крепления шунта к амперметру используются особые гайки. Воспрещается подключать шунт к амперметру при включенном питании электрической сети. Полярность устройства при подключении также имеет огромное значение. Если спутать полярность, то стрелка устройства будет уходить в другую сторону, а цифровой амперметр, покажет отрицательную величину.

Магнитоэлектрические амперметры

Принцип деяния такового вида устройства основывается на содействии магнитного поля магнита и подвижной катушки, находящейся в корпусе устройства.

Плюсами такового амперметра является низкое потребление электроэнергии при функционировании, высочайшая чувствительность и точность измерений. Все магнитоэлектрические амперметры обустроены равномерной градуировкой шкалы измерений. Это позволяет произвести измерения с высочайшей точностью.

К недочетам магнитоэлектрического амперметра относится его сложность внутренней конструкции, наличие перемещающейся катушки. Таковой устройство не является универсальным, так как он действует только для неизменного тока.

Невзирая на недочеты, магнитоэлектрический вид устройства обширно применяется в разных областях индустрии, в лабораторных критериях.

Электромагнитные

Амперметры с электромагнитным механизмом работы не имеют в собственном устройстве перемещающейся катушки, в отличие от магнитоэлектрических моделей. Устройство их существенно проще. В корпусе находится особое устройство и один либо несколько сердечников, которые установлены на оси.

Электромагнитный амперметр имеет наименьшую чувствительность, по сопоставлению с магнитоэлектрическим устройством. А означает, точность его измерений будет ниже. Преимуществами таких устройств является универсальность работы. Это значит, что они могут определять силу тока как в цепи неизменного, так и переменного тока. Это существенно расширяет его сферу использования.

Электродинамические

Способ работы таких устройств заключается во содействии электрических полей токов, которые проходят по электромагнитным катушкам. Конструкция устройства состоит из подвижной и недвижной катушки. Универсальная работа на любом виде тока является главным достоинством электродинамических амперметров.

Из недочетов стоит выделить огромную чувствительность, так как они реагируют даже на малозначительные магнитные поля, находящиеся в конкретной близости к ним. Подобные поля в состоянии создавать для электродинамических устройств огромные помехи, потому такие амперметры используют исключительно в защищенном экраном месте.

Ферродинамические

Такие приборы, владеют большей эффективностью и точностью измерений. Магнитные поля, находящиеся вблизи с устройством, не оказывают на него приметного воздействия, потому нет необходимости в установке дополнительных защитных экранов.

Конструкция такового амперметра содержит в себе замкнутый ферримагнитный провод, также сердечник и недвижную катушку. Такое устройство позволяет повысить надежность работы устройства. Потому ферродинамические виды амперметров в большинстве случаев применяются в военной индустрии и оборонных учреждениях. К его преимуществам также можно отнести удобство и простоту использования, точность всех измерений, по сопоставлению с ранее рассмотренными видами устройств.

Цифровые

Не считая рассмотренных устройств, существует цифровой вид амперметров. В текущее время все они обширнее применяются в разных сферах производства, также в бытовых критериях. Такая популярность цифровых устройств связана с удобством использования, маленькими размерами и точными измерениями. Вес устройства также очень малозначительный.

Цифровые модификации применяют в разных критериях, он невосприимчив к вибрациям, в отличие от механических аналоговых устройств.

Цифровые приборы, не страшатся малозначительных механических ударов, которые вероятны от работающего вблизи оборудования. Размещение в вертикальной либо горизонтальной плоскости устройства не имеет воздействия на его работоспособность, так же как изменение температуры и давления. Потому таковой устройство используют в критериях наружной среды.

Измерение переменного и неизменного тока

Все рассмотренные приборы в состоянии определять неизменный ток. Но время от времени нужна измерить силу переменного тока. Если у вас для этого нет отдельного амперметра, то можно собрать простую схему.

Есть и особые приборы, измеряющие переменный ток. Хорошим выбором устройства будет мультиметр, в каком имеется возможность измерения переменного тока.

Дабы выполнить правильное измерение, нужно найти вид тока, другими словами, переменный ток в сети, либо неизменный. В неприятном случае измерение будет неверным.

Общий принцип деяния амперметра

Если рассматривать традиционный механизм работы амперметра, то его действие заключается в следующем.

На оси кронштейна вкупе с неизменным магнитом размещен металлической якорь с закрепленной на нем стрелкой. Воздействуя на якорь, неизменный магнит передает ему магнитные характеристики. В данном случае позиция якоря находится вдоль силовых линий, проходящих вдоль магнита.

Такая позиция якоря определяет нулевое размещение стрелки по градуированной шкале. При протекании тока от генератора либо другого источника по шине, около нее появляется магнитный поток. Силовые полосы этого потока в точке расположения якоря ориентированы под прямым углом к силовым линиям магнита.

Магнитный поток, образованный электрическим током, действует на якорь, который стремится оборотиться на 90 градусов. В этом ему мешает магнитный поток, образованный в неизменном магните. Сила взаимодействия 2-ух потоков находится в зависимости от направления и величины электрического тока, протекающего по шине. На данную величину и происходит отклонение стрелки устройства от нуля.

Сфера использования

Цифровые и аналоговые амперметры, применяются в разных отраслях индустрии и народного хозяйства. В особенности обширно они используются в энергетической отрасли индустрии, радиоэлектронике, электротехнике. Также их могут применять в строительстве, в авто и другом транспорте, в научных целях.

В бытовых критериях устройство также нередко применяется обыкновенными людьми. Амперметр полезно иметь с собой в автомобиле, на случай выявления дефектов электрического оборудования в пути.

Аналоговые приборы до сего времени также используются в разных областях жизни. Их преимуществом будет то, что для работы не нужна подключение питания, так как они пользуются электричеством от измеряемой цепи. Также их удобство состоит в отображении данных. Многим людям привычнее глядеть за стрелкой. Некоторые устройства обустроены регулировочным винтом, который позволяет точно настроить стрелку на нулевое значение. Инертность работы устройства негативно оказывает влияние на его применяемость, так как для стрелки нужно время для нахождения устойчивой позиции.

Как избрать

Для более четких измерений следует выбирать устройство сопротивлением до 0,5 Ом. Лучше, если зажимы контактов будут покрыты особым противокоррозийным слоем.

Корпус должен быть высококачественного производства, без повреждений, лучше герметичного выполнения, для предотвращения проникания воды. Это продлит его срок службы и повысит точность показаний.

Более удачный вид амперметра – это цифровой. Хотя в текущее время более пользующимися популярностью являются мультиметры, в состав которых также заходит функция измерения тока.

Воспрещается подключение амперметра в сеть впрямую без нагрузки, во избежание выхода его из строя. При измерениях нельзя дотрагиваться к неизолированным токоведущим элементам устройства, так как вероятен удар электрическим током. При работе с амперметром следует соблюдать осторожность и бдительность.

Схемы амперметров с линейной шкалой для измерения переменного тока

Применив синхронное выпрямление переменного тока, создатель линеаризовал шкалу шунтового амперметра магнитоэлектрического типа без какого-нибудь усилителя В статье предлагаются варианты схем с однополупериодным и кольцевым синхронным выпрямителем, используемым обычно в кольцевых модуляторах.

Шкала амперметра переменного тока, построенного с внедрением магнитоэлектрического стрелочного устройства с шунтом и обычного выпрямителя, обычно нелинейна. Это связано с тем что при уменьшении напряжения ниже некоторого порога (0,2. 0,6 В) выпрямительные характеристики германиевых и кремниевых диодов резко ухудшаются.

В итоге нужна наращивать падение напряжения на шунте или использовать линейные выпрямители на базе усилителей переменного напряжения. Но увеличение падения напряжения на шунте безизбежно приводит к потерям мощности и росту выходного сопротивления источника питания. К тому же этот метод только уменьшает нелинейность, но не избавляет ее стопроцентно.

Правда, использование усилителей позволяет фактически на сто процентов убрать нелинейность, но сильно усложняет измеритель.

Между тем линейность обычных из мерительных выпрямителей на полупроводниковых диодиках можно существенно сделать лучше без особенного усложнения, если применять синхронное выпрямление.

Однополупериодный синхронный выпрямитель для амперметра

На рис 1 приведена схема однополупериодного синхронного выпрямителя для амперметра с линеаризованной шкалой. В положительный полупериод переменного напряжения (плюс на верхних концах обмоток II и III) открываются диоды VD1 и VD2 подключая микроамперметр к шунту Rш. В отрицательный полупериод диоды закрыты.

В открытом состоянии диоды имеют маленькое дифференциальное сопротивление, и нелинейность этого сопротивления невелика, потому шкала выходит фактически линейной.

Рис. 1. Схема амперметра с трасформатором.

При использовании микроампер метров со шкалой 50 .200 мкА с наибольшим падением напряжения на рамке менее 150 мВ малое напряжение на обмотке III может составлять 1,5. 2 В для германиевых и 2. 2,5 В для кремниевых диодов (при наименьшем напряжении его непостоянность приметно сказывается на показаниях амперметра).

Наибольшее напряжение ограничивается очень допустимым оборотным напряжением применяемых диодов Малый ток диодов должен в 10.. 20 раз превосходить наибольший ток микроамперметра. Дополнительную обмотку можно сделать без помощи других, намотав несколько витков узкого изолированного про вода на катушку трансформатора, если его конструкция позволяет это выполнить.

Резисторы R3 и R4 служат для подстройки нуля амперметра, сдвиг которого появляется за счет тока диодика VD2, протекающего через шунт, и разброса характеристик диодов.

Синфазность подключения обмоток II и III принципиальна при сравнимо низком напряжении обмотки III (наименее 2 В), так как при противофазном включении этих обмоток (в данном случае полярность подключения микроамперметра необходимо поменять) в приборе возникает нелинейность шкалы (стоимость деления в конце шкалы плавненько возрастает), что, кстати, время от времени возможно окажется полезным. Но при напряжении на обмотке III выше 4 ..5 В эта нелинейность фактически не видна и на фазу включения обмоток можно не заострять внимания

Для защиты микроамперметра от случайных перегрузок параллельно его выводам полезно включить кремниевый диодик Д220 КД522 либо КД521 в прямом направлении, за ранее убедившись, что он не оказывает влияние на показания микроамперметра в конце шкалы.

Двухполупериодный выпрямитель для амперметра

Добавлением еще 2-ух диодов и 1-го резистора синхронный выпрямитель можно конвертировать в двухполупериодный (рис 2). В качестве источника, открывающего диоды, тут применена рабочая обмотка трансформатора

Преимущество двухполупериодной схемы выпрямления перед однополупериодной заключается в том, что требуемое падение напряжения на Вш приблизительно вдвое меньше при одинаковом токе полного отличия микроамперметра.

Рис. 2. Схема двухполупериодного выпрямителя для амперметра.

Так, если в однополупериодном выпрямителе с диодиками Д220 для полного отличия стрелки микроамперметра на 200 мкА (с сопротивлением рамки около 670 Ом) требовалось падение напряжения на Rш, около 0,4 В, то в двухполупериодном это напряжение не превышало 0,2 В.

Приведенная схема является модификацией обыденного кольцевого модулятора При увеличении напряжения на R„, до 0,4 В (амплитудное значение) для германиевых и 1,2 В для кремниевых диодов через диоды VD1 VD3 и VD2, VD4 начинает протекать сквозной ток нагрузки. Потому резисторы R3-R5 служат не только лишь для балансировки моста Они ограничивают ток через диоды при перегрузке.

Исходя из этих суждений, в двухполупериодном выпрямителе лучше применять кремниевые диоды и рассчитывать амперметр на наибольшее падение напряжения на Rш, менее 0,5. 0,6 В.

На случаи перегрузки либо КЗ можно принять дополнительные меры по ограничению тока через диоды. Это может быть повышение сопротивления резисторов R3- R5, гасящего резистора и шунтирующих диодов либо стабилитронов.

Получение открывающего напряжения конкретно от сети 220 В

Для открывания диодов измерительного моста амперметра с линейной шкалой не непременно применять трансформатор. На рисунке 3 показан метод получения открывающего напряжения конкретно от сети 220 В, стабилитрон VD1 ограничивает и выравнивает это напряжение. Диодик VD2 уменьшает нагрев гасящего резистора R5.

Рис. 3. Схема — метод получения открывающего напряжения конкретно от сети 220 В.

Такую схему питания целенаправлено применять и в случае питания от трансформатора, если его выходное напряжение превосходит несколько 10-ов вольт При использовании в схожем случае двухполупериодного выпрямителя диодик VD2 нужно исключить, а последовательно со стабилитроном VD1 включить встречно очередной (такого же типа) либо применять двуханодный стабилитрон

При расчете частей однополупериодного выпрямителя и проведении измерений необходимо держать в голове об особенностях измерения несинусоидального тока либо напряжения, беря во внимание коэффициент формы.

При изготовлении многопредельного амперметра с пределами измеряемого тока наименее 0 2 0 4 А нужно учесть следующую особенность этих мостовых схем. Ток, открывающий диодик VD1 на рис 1 (либо VD1, VD2 на рис 2), замыкается конкретно на источник питания, а ток диодика VD2 (либо VD3 VD4 на рис. 2) проходит через резистор Rш, и делает на нем падение напряжения, которое, как указывалось выше, компенсируется подстройкой резистора R4

Когда сопротивление резистора Rш менее 0,1. 0 20м, падение напряжения на нем от тока диодика VD2 (1 . 2 мА) не превосходит 0,1 .0,4 мВ. При наивысшем падении напряжения на шунте 100 ..200 мВ его можно не учесть. Если же на наименьшем пределе измерения сопротивление имеет большее значение, то нужно принимать конструктивные меры по поддержанию нуля при переключении пределов измерения.

Если питание моста делается от дополнительной обмотки то на наименьшем пределе можно составить шунт из 2-ух половин и подключить вывод обмотки питания моста к средней точке шунта Может быть также применять дополнительную секцию безразрывного переключателя, дабы при переключении пределов ток в цепи питания отдельных плеч измерительного моста не прерывался.

При изготовлении амперметров по приведенным схемам нужно принять меры к увеличению температурной стабильности показаний устройства, которая в главном определяется равенством температур диодов измерительного моста.

Для этого целенаправлено применять диодные сборки в одном корпусе или расположить диоды вблизи вместе и обеспечить неплохой термический контакт, залив их компаундом.

Амперметр — что же все-таки это такое и устройство устройства

После открытия электрического тока появилась необходимость в его измерении. Невзирая на то, что 1-ые макеты устройств не отличались точностью, принцип их работы не изменялся уже несколько веков. Сейчас для замеров применяют амперметр – это устройство, измеряющий силу электрического тока.

Традиционный амперметр что такое

История происхождения

По наименованию устройства можно додуматься о том, кто приложил руку к его созданию. Андре-Мари Ампер – блестящий ученый собственного 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 награда ученого – не разработка устройства, а подготовка научного плацдарма для самой способности сотворения амперметра и вольтметра. Потому 1-ые упоминания измерительного устройства датируют 20-ми годами XIX века, когда самому Амперу было уже за 50.

Тогда речь шла о самом ординарном приборе – гальваноскопе, состоящем из закрученной проволоки и магнитной стрелки. Он позволял выудить относительные характеристики по градусу отличия стрелки.

Гальванометр – макет амперметра

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

Как устроены амперметры сейчас? В корпусе с индикацией размещаются измерительная катушка и неизменные магниты, которые сглаживают ее при подаче электрического тока. Чем посильнее отклонение, тем выше показатель устройства. Существует несколько разновидностей, отличающихся устройством и областью использования.

К сведению. Традиционный вид – устройство со шкалой, деления которой обозначают силу тока в Амперах. Зависимо от величины, перемещающийся элемент поворачивает стрелку на определенный угол.

Виды амперметров

Систематизировать устройства можно по методу индикации. Более обширно распространены аналоговые амперметры – с градуированной шкалой, по которой движется стрелка. Современные приборы имеют цифровой экран, на котором отображается значение величины тока.

Стрелочные амперметры

Приборы со стрелочной головкой

Стрелочные амперметры равномерно исчезают. Они отличаются более сложным устройством, чем современные модели, и владеют ограниченной областью использования. Очередной недочет – наименьший срок работы из-за наличия большего количества механических деталей. При всем этом современные условия время от времени требуют измерения наименьших величин, чем нужна для отличия стрелки даже на одно деление. Тем самым стрелочные приборы приходится видоизменять усилителями сигнала.

Любопытно. Длительное время эти приборы не имели аналогов – точность измерений была довольно высочайшей. Но развитие электротехнической индустрии позволило создать более дешевенькие в изготовлении приборы.

Принцип деяния стрелочной головки

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

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

Во всех типах устройства применяется корректор – особый винт, соединенный с пружиной. Он нужен для установки стрелки в нулевое положение.

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

Приборы с цифровым индикатором

Цифровые устройства теснят аналоговые, благодаря ряду различий:

• простота производства – дешевле создавать, легче собрать без помощи других;
• возможность измерения наименьших величин;
• отсутствие износа подвижных частей – подольше служат, не требуют замены частей;
• приятная и комфортная индикация;
• наименьший вес.

Цифровой амперметр

Переход к цифровому выполнению дозволил обширнее использовать приборы в быту. Они проще в использовании – вертикальное и горизонтальное размещение не оказывает влияние на работу. Также они лучше защищены от наружных воздействий, к примеру, механических ударов по корпусу.

Включение амперметра в цепь

Существует два основных правила применения устройства:

1. Подключать последовательно с элементом цепи, на котором нужно измерить силу тока.
2. Соблюдать полярность.

Схема включения амперметра в цепь

Амперметры со стрелкой – это приборы для измерения с ограниченным спектром. В случае превышения наибольшего значения шкалы при включении в цепь применяют шунт.

Устройство амперметра

В базе устройства амперметра, также как миллиамперметра – взаимодействие между 2-мя элементами при прохождении электрического тока. Зависимо от того, что определяет амперметр, применяются свои варианты устройств. Застыл сил различного типа тока подразумевает особенное строение и чувствительность. Существует несколько категорий:

1. Магнитоэлектрические. В базе лежит подвижная катушка, закрепленная на оси между 2-мя магнитными полюсами.
2. В электромагнитных амперметрах применяется сердечник, отодвигаемый на пропорциональное силе тока расстояние.
3. Термоэлектрические. Главный элемент – термопара, припаянная к проводке. Величина нагрева по мере подачи тока разной величины трансформируется в показатель его силы, после этого выводится на экран.
4. Электродинамические. Подвижная и недвижная катушки. В быту малоприменимы из-за высочайшей чувствительности к магнитным полям. Используются для четких измерений или в демо целях.
5. Ферродинамические. Самые четкие и дорогие из механических устройств. Благодаря замкнутому проводу, не реагируют на наружные магнитные поля.
6. Цифровой. Применяется интегратор, модифицирующий величину тока в цифровой эквивалент. От его типа и опции зависит то, как работают амперметры. Различают несколько классов точности по погрешности измерений.

Невзирая на разницу в конструкции, в базе всех механических устройств лежит общий принцип деяния.

Принцип деяния

Метод измерения основывается на работе нескольких частей:

1. На оси между неизменными магнитами размещается якорь со стрелкой.
2. Благодаря воздействию магнитов, металлической якорь находится вдоль силовых линий, в нулевой позиции.
3. При подаче тока возникает магнитный поток с силовыми линиями, перпендикулярными магнитам.
4. Вследствие этого воздействия якорь стремится оборотиться под прямым углом, чему мешает основное магнитное поле.
5. Итоговое отклонение стрелки – итог взаимодействия 2-ух потоков.

Механизм работы амперметра

Благодаря обычному механизму работы амперметра, механические устройства длительное время отличались только материалом производства частей.

Как подключить амперметр

Для правильного подключения нужно изучить схемы амперметра в различных типах цепей. Для различного тока есть свои типы устройства – различают амперметры переменного тока и неизменного. Дабы подключить амперметр неизменного тока, нужно учесть спектр измерения, определив наибольший уровень тока.

Главное – не подключать устройство параллельно. В данном случае велика возможность того, что оно перегорит. Это связано с низким значением внутреннего сопротивления амперметра.

Внутреннее сопротивление амперметра

Оно должно быть меньше сопротивления самой цепи. Рассчитывается показатель после замеров вольтметром, который подключают параллельно амперметру. Потом показания второго делят на показания первого, результатом будет внутреннее сопротивление. Маленькое значение нужно для того, дабы падение напряжения на приборе не оказывало влияние на точность измерений.

Этот устройство – один из самых обычных и распространенных. О том, как воспользоваться амперметрами, говорят еще на уроках физики, потому особенных заморочек при эксплуатации появиться не должно, в особенности с приходом цифровых амперметров, которые существенно упростили аспекты работы с устройством и расширили область его использования.

Видео: переделка амперметра постоянного тока в переменный