Схема подключения амперметра может быть прямой или косвенной. При прямой схеме устройство подключается непосредственно к цепи между источником питания и нагрузкой, в то время как косвенная схема позволяет производить измерения без разрыва электрической цепи, что может быть полезно в ряде ситуаций.
Амперметр. Назначение, типы амперметров их устройство и принцип работы, как пользоваться и подключать
Амперметр представляет собой электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения силы электрического тока в цепи. Значение силы тока указывается в амперах (А), что и стало основой для названия данного прибора. В повседневной практике значения электрического тока могут варьироваться в широком диапазоне — от микроампер (мкА) до килоампер (кА), что делает амперметры универсальными инструментами для работы в различных электрических и электронных системах.
Стоит отметить, что амперметр по сути является разновидностью гальванометра, но его основная функция заключается именно в измерении силы тока, в то время как шкала прибора информирует о значениях в амперах, что делает его специализированным инструментом для более точных измерений.
На схемах амперметр обозначается кругом с буквой «A» в центре, что служит удобным визуальным индикатором для пользователей.
Кроме того, для измерения силы тока может использоваться также мультиметр. Прежде чем приступить к измерениям, важно внимательно ознакомиться с инструкцией, предоставленной производителем, чтобы правильно настроить мультиметр и подключить его к электрической цепи, учитывая все особенности.
Теперь давайте рассмотрим, как строится работа амперметра.
Существует два основных типа амперметров: аналоговые и цифровые. Аналоговые амперметры отображают значение тока путем отклонения стрелки механического устройства, в то время как цифровые амперметры, благодаря сложным электронным схемам, предоставляют своим пользователям более современные и точные данные о величине тока.
В процессе создания аналоговых амперметров важно использовать явления, напрямую зависящие от величины протекающего электрического тока. В большинстве случаев это основано на генерации магнитного поля проводником, по которому течет ток. Чем выше сила тока, тем более выражен эффект, о котором идет речь.
Каждый аналоговый амперметр включает в себя подвижную и неподвижную части. К подвижной части прикреплена стрелка, которая передвигается по шкале прибора, позволяя считывать показания. Чтобы избежать ошибок при визуализации данных из-за параллакса — эффекта искажения показаний, необходимо рассматривать стрелку под прямым углом к шкале, используя зеркало, размещенное рядом со шкалой (см. рис. 1).
Типы амперметров их устройство и принцип работы
Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с протеканием электрического тока через проводник. Ниже рассмотрены некоторые из них.
Магнитоэлектрический амперметр
- На проводник с электрическим током, помещенный в магнитное поле, действует электродинамическая сила, величина которой зависит от абсолютной величины электрического тока, длины проводника и величины магнитной индукции.
Магнитоэлектрический амперметр, основанный на данном явлении, изображен на рисунке 2. Вращающаяся катушка, через которую проходит измеряемый ток, выделена красным цветом. Части катушки, которые расположены перпендикулярно плоскости рисунка, исполняют роль проводников.
Магнитное поле создается постоянным магнитом, который сконструирован таким образом, чтобы поле было радиальным. Благодаря этому, каждая часть проводника, взаимодействующего с магнитным полем, всегда остается перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, вне зависимости от положения указательной катушки.
Формула, описывающая силу магнитного взаимодействия, действующую на прямой проводник с током в магнитном поле, выглядит следующим образом: F = I * L * B (1), где:
- L — вектор, направленный вдоль проводника, с величиной, равной его длине и направлением, совпадающим с направлением протекания электрического тока;
- B — вектор, характеризующий индукцию магнитного поля.
Согласно данной формуле, на проводники с током, расположенные перпендикулярно плоскости (см. рис. 2), действует сила, направление которой перпендикулярно как этим проводникам, так и вектору индукции магнитного поля. Эта сила приводит к вращению катушки. Значение силы, согласно формуле (1), можно уточнить как F = I * l * B * sin α (2), где:
- α — угол между направлением вектора L и вектором индукции магнитного поля B. В данном контексте этот угол всегда равен 90°, когда магнитное поле радиальное.
Пружина, обозначенная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки, создавая таким образом равновесное положение, зависящее от силы тока. Это значение можно определить, взглянув на стрелку, расположенную над шкалой амперметра.
Таким образом, описанный амперметр позволяет определить направление протекания электрического тока. Однако следует отметить, что его использование ограничено только постоянным или однонаправленным током, что особенно актуально в процессе производства гальванометров.
Электродинамический амперметр
- Две катушки, по которым течет электрический ток, взаимодействуют друг с другом через магнитное взаимодействие.
Электродинамический амперметр включает в себя две катушки — подвижную и неподвижную (см. рис. 3).
Когда ток протекает через обе катушки, происходит взаимодействие их магнитных полей, что вызывает отклонение подвижной катушки и связанного с ней указателя (стрелки). Это явление не зависит от направления тока, благодаря чему электродинамический амперметр способен измерять как постоянные, так и переменные токи, включая быстро меняющиеся. Эти устройства отличаются высокой точностью и используются преимущественно в лабораторных условиях как эталонные измерительные приборы.
Как пользоваться и подключать амперметр к цепи?
Для того чтобы измерить ток в простой электрической цепи, вам необходимо разорвать цепь в любой удобной точке и затем подключить амперметр к этому разрыву (см. рис. 5). Это соединение называется последовательным соединением. Например, для измерения тока в проводнике амперметр подключается последовательно с проводником, так чтобы ток, проходящий через проводник, также протекал через амперметр, обеспечивая идентичность значений тока.
В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединенных последовательно, ток имеет одинаковое значение во всех участках. Это объясняется тем, что количество заряда, проходящего через любой участок проводников за 1 секунду, остается неизменным. Таким образом, когда ток течет по электрической цепи, заряд не накапливается в каком-либо месте проводников, так же как и вода не накапливается в отдельных участках трубы, когда она течет по ней. Поэтому, при измерении силы тока, амперметр может быть подключен к любой точке цепи, состоящей из последовательно соединенных проводников, так как сила тока везде будет одинаковой. Если вы подключите амперметр к одной цепи перед лампой, а к другой — после нее, оба прибора покажут идентичное значение тока.
Предупреждение. Не подключайте амперметр напрямую к клеммам источника питания без подключения токоприемника последовательно с амперметром, так как это может привести к повреждению прибора!
Каждый амперметр имеет верхний предел измерения (изначально установленный предел тока), что означает, что шкала прибора указывает максимальную силу тока, на которую он рассчитан. Важно помнить, что подключение амперметра к цепи с силой тока, превышающей этот предел, может привести к его повреждению.
При подключении амперметра также необходимо учитывать полярность: клемма с обозначением «+» должна быть соединена с проводом, который соответствует клемме с таким же знаком у источника питания. При правильно выполненном подключении ток должен течь через амперметр от клеммы «+» к клемме «-«.
Важно отметить, что когда амперметр подключается к цепи, он, как и любой другой измерительный прибор, не должен существенно влиять на измеряемое значение. Следовательно, амперметр должен быть спроектирован таким образом, чтобы ток в цепи оставался практически неизменным во время его подключения. Как упоминалось ранее, все измерительные устройства обладают некоторым электрическим сопротивлением. При последовательном включении амперметра в цепь его сопротивление добавляется к общему сопротивлению цепи. Это может вызвать нежелательное снижение силы тока. Чтобы избежать такого эффекта, сопротивление амперметра должно быть как можно более низким. Идеально было бы, чтобы измеритель тока имел нулевое сопротивление (R = 0), однако такая ситуация практически недостижима в реальности. Тем не менее, конструкция современных амперметров обеспечивает минимальное сопротивление, что позволяет избежать значительных потерь тока при их использовании.
