Схема подключения амперметра может быть прямой или косвенной. При прямой схеме устройство подключается непосредственно к цепи между источником питания и нагрузкой.
Амперметр. Назначение, типы амперметров их устройство и принцип работы, как пользоваться и подключать
Амперметр — это электроизмерительный прибор для измерения силы тока в цепи. Это значение дается в единицах ампера, отсюда и название «амперметр». На практике значения электрического тока измеряются в различных диапазонах, от микроампер (мА) до килоампер (кА).
Амперметр — это то же самое, что и гальванометр, но он предназначен для измерения тока, а шкала дана в амперах.
Амперметр изображен на схемах кругом с буквой A в центре.
Для измерения силы тока можно также использовать мультиметр. Перед измерением необходимо ознакомиться с инструкцией к рассматриваемому мультиметру, чтобы правильно его настроить и подключить к цепи.
Как работает амперметр?
Существует два типа амперметров: аналоговые амперметры, которые показывают значение путем отклонения стрелки механического устройства, и все более распространенные цифровые амперметры, в которых используются сложные электронные схемы.
При изготовлении аналоговых амперметров необходимо использовать явления, зависящие от величины электрического тока. В большинстве случаев это генерация магнитного поля проводником, в котором протекает электрический ток. Чем выше сила тока, тем сильнее эффект этого явления.
Каждый аналоговый амперметр имеет подвижную и неподвижную части. К подвижной части прикреплена стрелка, которая перемещается по шкале и позволяет считывать показания прибора. Чтобы избежать ошибок при чтении из-за эффекта параллакса, стрелку следует рассматривать под прямым углом к шкале с помощью зеркала, расположенного 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. Некоторые из них перечислены ниже.
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 этом явлении, показан на рисунке 2. Вращающаяся катушка, через которую протекает измеряемый ток, отмечена красным цветом. Части катушки, перпендикулярные плоскости фигуры, используются в качестве проводников.
Магнитное поле создается постоянным магнитом, сформированным таким образом, чтобы поле было радиальным. Таким образом, каждая часть взаимодействующего проводника всегда перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, независимо от положения указательной катушки.
Формула для описания силы магнитного взаимодействия, действующей на прямой проводник с током в магнитном поле, имеет вид F = I * L * B (1), где:
- L — вектор вдоль проводника с величиной, равной его длине, и направлением — таким же как и направление протекания электрического тока;
- B — вектор индукции магнитного поля.
Согласно этой 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 заставляет катушку вращаться. Значение силы по формуле (1) равно F = I * l * B * sin a (2), где:
Где α — угол между направлениями вектора L и вектора индукции магнитного поля B. Как уже упоминалось, этот угол всегда равен 90 0, когда магнитное поле радиальное.
Пружина, обозначенная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки таким образом, что создается равновесное положение в зависимости от силы тока, значение которого можно определить по стрелке над шкалой амперметра.
Таким образом, описанный амперметр показывает направление протекания электрического тока. Его можно использовать только для постоянного или однонаправленного тока. Это особенно актуально при изготовлении гальванометров.
Электродинамический амперметр
- Две катушки, по которым течет электрический ток, взаимодействуют друг с другом с помощью магнитного взаимодействия.
Электродинамический амперметр состоит из двух катушек — подвижной и неподвижной (см. рис. 3).
Если через обе катушки протекает электрический ток, значение которого мы хотим измерить, происходит взаимодействие магнитных полей, которое вызывает отклонение подвижной катушки и соединенного с ней указателя (стрелки). Это явление не зависит от направления протекания электрического тока. Электродинамический амперметр может использоваться для измерения постоянного и переменного токов, в том числе быстро меняющихся токов. Это точные устройства, но они точны. В основном они используются в лабораториях в качестве эталонных измерительных приборов.
Как пользоваться и подключать амперметр к цепи?
Чтобы измерить ток в простой цепи, необходимо разорвать цепь в любой точке и подключить прибор к этому разрыву (см. рис. 5). Такое соединение называется последовательным соединением. Например, для измерения тока в проводнике амперметр подключается последовательно с проводником так, чтобы через проводник и амперметр протекал одинаковый ток.
В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединенных так, что конец одного проводника соединен с началом другого, ток одинаков на всех участках. Это вытекает из того, что нагрузка, протекающая через любой участок проводников цепи за 1 с, равна. Когда ток течет в электрической цепи, заряд не накапливается нигде в проводниках цепи, так же как 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 ряда последовательно соединенных проводников, поскольку сила тока будет одинаковой во всех точках цепи. Если амперметр подключить к одной цепи до лампы, а к другой — после лампы, оба прибора покажут одинаковый ток.
Предупреждение. Не подключайте амперметр к клеммам источника без подключения токоприемника последовательно с амперметром. Вы можете повредить амперметр!
Каждый амперметр имеет верхний предел измерения (предел тока), т.е. шкала амперметра показывает максимальную силу тока, на которую он рассчитан. Не подключайте амперметр к цепи с большей силой тока, иначе он может быть поврежден.
При включении амперметра соблюдайте полярность, т.е. клемма с маркировкой «+» должна быть подключена только к кабелю клеммы с маркировкой «+» источника питания. Когда устройство правильно включено, ток должен протекать через амперметр от клеммы «+» к клемме «-«.
Когда амперметр подключен к цепи, он, как и любой другой измерительный прибор, не должен влиять на измеряемое значение. Поэтому он разработан таким образом, что ток в цепи остается практически неизменным, когда его вставляют в цепь. Как мы уже знаем, все измерительные приборы имеют некоторое электрическое сопротивление. При последовательном подключении измерителя тока к цепи его электрическое сопротивление добавляется к общему сопротивлению цепи. Это приводит к нежелательному снижению силы тока. Чтобы избежать этого, сопротивление амперметра должно быть низким. В идеале измеритель тока не должен иметь сопротивления (R = 0), но на практике этого достичь невозможно.
