Несмотря на то что средние и крупные предприятия активно используют амперметры, они также широко доступны для обычных пользователей. В действительности, практически каждый опытный автоэлектрик обладает таким инструментом в своем арсенале, чтобы измерять потребляемую мощность различных приборов и компонентов автомобилей, а также выполнять множество других задач.
Что измеряет амперметр
Электрическое явление представляет собой комплекс измеряемых величин, и в данной статье подробно объясняется, что такое амперметр, а также рассматриваются его типы и принципы работы.
Амперметр предназначен для измерения физической величины, называемой ампер.
Ампер характеризует силу электрического тока. Сила тока – это скорость, с которой заряженные частицы с энергией, равной 1 кулону, проходят через два параллельных проводника длиной 1 метр. Этот закон был впервые сформулирован французским физиком Андре-Мари Ампером и стал основой для учения о электричестве и его измерениях.
Первый работоспособный амперметр был изобретён Йоханом Швайгером в 1820 году. В то время его называли гальванометром, и этот инструмент стал основным средством для измерения силы тока в электрических цепях.
Амперметр
Амперметр представляет собой прибор, предназначенный для измерения силы тока. Устройство состоит из шкалы и стрелки. Внутри прибора размещены металлическая или магнитная рамка и катушка. Принцип работы амперметра заключается в следующем:
- Электрический ток проходит через катушку.
- Ток создает магнитное поле, которое, в свою очередь, сдвигает стрелку прибора по шкале, указывая измеренное значение.
Погрешности в измерениях практически отсутствуют, поскольку сопротивление самого амперметра незначительно. Это значит, что прибор не оказывает воздействия на передаваемое напряжение и не изменяет его.
Каждый механический амперметр имеет шкалу, которая показывает диапазон измерений. С помощью таких устройств можно измерять токи в диапазоне от 10 ампер до 200 микроампер. Важно учитывать предел измерения, который может быть увеличен с помощью подключения трансформатора или обходного элемента, позволяющего расширить диапазон токов. Это особенно важно при использовании амперметров в сложных электрических схемах или при работе с высокими токами.
Также критически важно знать, на какие токи рассчитан амперметр — он может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного тока. Каждый амперметр маркируется на шкале в соответствии с типом напряжения, для которого он предназначен.
Амперметр постоянного тока обычно используется для измерений силы тока в оборудовании, питательном от понижающего трансформатора и диодного моста. Часто нагрузки оснащаются амперметрами для контроля величины потребляемой мощности. Замечу, что амперметр на электрических схемах обозначается буквой «А», помещенной в круг.
Амперметры переменного тока предназначены для измерения нагрузки на жилые и высоковольтные электросети. Они работают по принципу параллельного подключения трансформатора либо высокоомного резистора, что позволяет снизить нагрузку на сам прибор. Основные типы амперметров, а также их особенности, будут подробно описаны ниже.
Разновидности
Измерительные устройства, о которых идет речь, прошло долгий путь развития и неоднократно улучшалось. На сегодняшний день выделяют аналоговые и цифровые типы амперметров, а также: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и ферродинамические амперметры. Каждый из типа обладает своими уникальными конструктивными особенностями и предельной точностью, которые в свою очередь определяют условия их эксплуатации. О каждом из этих типов будет рассказано более подробно в следующих разделах.
Магнитоэлектрический прибор
Эти устройства функционируют благодаря наличию магнитной катушки, которая начинает двигаться при подаче электрического напряжения. Это обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений.
Такого рода амперметры чаще всего применяются для измерения мощности постоянного тока, что позволяет гарантировать высокую точность результатов измерений.
Электромагнитный
В конструкции этих устройств отсутствует вращающаяся катушка. Тем не менее, изменение угла наклона стрелки на шкале обусловлено воздействием магнитного поля на сердечники катушек. Эти амперметры относятся к общему классу и могут использоваться для измерения как постоянного, так и переменного токов. Однако, стоит учитывать, что одним из основных недостатков данного типа является погрешность в измерениях.
Электродинамический
Конструкция электродинамических амперметров схожа с магнитоэлектрическими, но главная разница заключается в наличии подвижной и неподвижной катушек. При их взаимодействии магнитные поля обоих элементов воздействуют друг на друга, вызывая отклонение стрелки на шкале.
Приборы данной категории отличаются высокой точностью измерения, однако они подвержены влиянию посторонних магнитных полей, что может привести к искажению показаний.
Ферродинамический
Этот тип измерителей отмечается своей высокой точностью. Основными компонентами ферродинамического амперметра являются ферритовый провод, металлический сердечник и катушка.
Работает устройство на основе вращения катушки, создаваемого магнитным полем. Одной из самых выдающихся особенностей данного типа является его полная независимость от внешних магнитных полей, что делает его крайне надежным и точным.
Электронный
С развитием электроники начали выпускаться цифровые версии амперметров. Наиболее известными из них являются мультиметры и тестеры с зажимом.
Главным преимуществом таких приборов является простота использования и гибкость в измерениях силы тока. Они не боятся воздействия внешних магнитных полей и защищены от вибраций, различных повреждений и ударов, что делает их практически идеальными для измерителей.
Замечание: Идеальный амперметр — это прибор с нулевым собственным сопротивлением, что позволяет избежать влияния на цепь, в которую он включен.
Все упомянутые устройства находят применение как в лабораториях и на производстве, так и у отдельных энтузиастов, интересующихся электротехникой.
Общие характеристики
Принцип работы амперметра постоянного тока заключается в действии механической силы на проводник, находящийся в магнитном поле. При размещении прибора в цепи, подвижная система с стрелкой перемещается по шкале в ответ на движение катушки, вызванное силой тока.
Как следует из названия, указанные амперметры оснащены постоянными магнитами, которые используются в измерительных приборах такого типа. Данные устройства удобно применять для измерений постоянного тока, так как отклонение указателя пропорционально силе тока; при изменении направления тока стрелка также изменяет свое положение — это делает их неподходящими для измерений переменного тока.
Амперметр переменного тока
Аналогично, подвижные приборы могут использоваться как для переменного, так и для постоянного токов, но отклонения θ соответственно пропорциональны квадрату силы тока. Это обеспечивает возможность визуализации направленного отклонения независимо от поля тока. Стоит упомянуть, что существует установка, позволяющая делить амперметры на две категории в зависимости от их использования:
Несмотря на возможность измерения токов с помощью других устройств, электродинамометрические амперметры имеют единую калибровку для переменного и постоянного тока, что позволяет выполнять измерения без дополнительной калибровки в случае, если они были заранее откалиброваны под постоянный ток.
Выпрямительный амперметр
Данные амперметры чаще всего используются для измерения переменного тока, который подключен к трансформатору вторичного тока. В этом случае вторичный ток значительно меньше первичного и подается на амперметр с подвижной катушкой через мостовой выпрямитель.
- Такие приборы также могут использоваться на высоких частотах.
- Часто предоставляется единая шкала для всех диапазонов измерений.
Амперметр
Амперметр, состоящий из элементов «амперы» и «-метр» (от латинского «metreo» – измеряю) — это устройство, предназначенное для измерения силы тока в амперах. Шкала амперметров делится на микроамперы, миллиамперы, амперы и килоамперы, что зависит от пределов, установленных на каждом конкретном приборе. Прибор подключается последовательно с тем участком цепи, в котором необходимо измерить силу тока, с применением байпасного устройства или трансформатора, что позволяет увеличить предел измерения. Например, «токовые клещи» — это яркий пример амперметра с использованием трансформатора.
Наиболее распространенными являются те амперметры, в которых подвижная часть прибора с вращающейся стрелкой указывает значение, пропорциональное измеряемой силе тока.
Существуют различные типы амперметров: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, термоэлектрические, индуктивные, зондовые и фотоэлектрические. Магнитоэлектрические амперметры предназначены для измерения постоянного тока, в то время как индуктивные и зондовые разновидности измеряют переменный ток; остальные типы могут измерять любые разновидности тока. Впрочем, самыми точными и чувствительными амперметрами считаются именно магнитоэлектрические и электродинамические.
Принцип действия
Принцип работы магнитоэлектрического устройства основан на создании крутящего момента, который возникает из-за взаимодействия поля постоянного магнита и тока, протекающего через обмотку рамки. Стрелка амперметра соединена с рамкой и отклоняется с помощью шкалы. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока, позволяя легко считывать значения.
Электродинамические амперметры устроены так, что они состоят из неподвижной и подвижной катушек, которые могут быть соединены как параллельно, так и последовательно. Взаимодействие между токами, протекающими через данные катушки, приводит к изменению положения подвижной катушки и стрелки. Обычно амперметр включается последовательно с нагрузкой. В случае высоких напряжений или токов, как правило, используется трансформатор для обеспечения безопасного и точного измерения.
