Амперметра (от ампер метра ) представляет собой измерительный прибор используется для измерения тока в цепи . Электрические токи измеряются в амперах (А), отсюда и название. Амперметр обычно подключается последовательно к цепи, в которой должен измеряться ток. Амперметр обычно имеет низкое сопротивление, поэтому он не вызывает значительного падения напряжения в измеряемой цепи.
Инструменты, используемые для измерения малых токов в миллиамперном или микроамперном диапазоне, обозначаются как миллиамперметры или микроамперметры . Ранние амперметры были лабораторными приборами, работа которых зависела от магнитного поля Земли. К концу 19 века были разработаны усовершенствованные инструменты, которые можно было устанавливать в любом положении и позволяющие производить точные измерения в электроэнергетических системах . Обычно он обозначается буквой «А» в цепи.
История [ править ]
Связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами была впервые отмечена Гансом Кристианом Эрстедом в 1820 году, который наблюдал, как стрелка компаса отклонялась от направления на север, когда в соседнем проводе протекал ток. Касательный гальванометр был использован для измерения токов , используя этот эффект, когда возвращающая сила возвращения указателя на нулевую позицию была обеспечена магнитным полем Земли. Это сделало эти инструменты пригодными для использования только тогда, когда они были выровнены по полю Земли. Чувствительность инструмента была увеличена за счет использования дополнительных витков провода для умножения эффекта - инструменты были названы «умножителями». [1]
Слово реоскоп как детектор электрических токов было придумано сэром Чарльзом Уитстоном около 1840 года, но больше не используется для описания электрических инструментов. Слово «макияж» похоже на реостат (также придуманный Уитстоном), который был устройством, используемым для регулировки тока в цепи. Реостат - исторический термин для обозначения переменного сопротивления, хотя в отличие от реоскопа все еще можно встретить. [2] [3]
Типы [ править ]
Некоторые приборы представляют собой панельные измерители , предназначенные для установки на какой-то панели управления . Из них плоский, горизонтальный или вертикальный тип часто называют измерителем кромки .
Подвижная катушка [ править ]
Пружина, обеспечивающая возвращающую силу.
Это схематичный рисунок; в практическом измерителе железный сердечник неподвижен, а передняя и задняя спиральные пружины проводят ток к катушке, которая поддерживается на прямоугольной бобине. Кроме того, полюса постоянного магнита представляют собой дуги окружности.
Гальванометр Дарсонваль является подвижной катушкой амперметр. Он использует магнитное отклонение , когда ток, проходящий через катушку, помещенную в магнитное поле постоянного магнита, заставляет катушку двигаться. Современная форма этого инструмента была разработана Эдвардом Уэстоном и использует две спиральные пружины для обеспечения восстанавливающей силы. Равномерный воздушный зазор между железным сердечником и полюсами постоянного магнита делает отклонение измерителя линейно пропорциональным току. Эти измерители имеют линейные шкалы. Основные движения метра могут иметь полномасштабное отклонение для токов от примерно 25 микроампер до 10 миллиампер . [4]
Поскольку магнитное поле поляризовано, стрелка счетчика действует в противоположных направлениях для каждого направления тока. Таким образом, амперметр постоянного тока чувствителен к тому, с какой стороны он подключен; большинство из них отмечены положительной клеммой, но некоторые из них имеют механизм с нулевым центром [примечание 1] и могут отображать токи в любом направлении. Измеритель с подвижной катушкой показывает среднее значение переменного тока, проходящего через него, [примечание 2], которое равно нулю для переменного тока. По этой причине измерители с подвижной катушкой могут использоваться только для постоянного тока, а не для переменного тока.
Этот тип движения измерителя чрезвычайно распространен как для амперметров, так и для других измерителей, производных от них, таких как вольтметры и омметры .
Подвижный магнит [ править ]
Амперметры с подвижным магнитом работают по существу по тому же принципу, что и подвижная катушка, за исключением того, что катушка установлена в корпусе измерителя, а постоянный магнит перемещает стрелку. Амперметры с подвижным магнитом способны пропускать большие токи, чем инструменты с подвижной катушкой, часто несколько десятков ампер, потому что катушка может быть сделана из более толстой проволоки, и ток не должен переноситься волосковыми пружинами. Действительно, некоторые амперметры этого типа вообще не имеют волосковых пружин, а вместо этого используют фиксированный постоянный магнит для обеспечения восстанавливающей силы.
Электродинамический [ править ]
Электродинамический амперметр использует электромагнит вместо постоянного магнита механизма d'Arsonval. Этот прибор может реагировать как на переменный, так и на постоянный ток [4], а также показывает истинное среднеквадратичное значение для переменного тока. См. Ваттметр для альтернативного использования этого прибора.
Подвижное железо [ править ]
В амперметрах с подвижным железом используется кусок железа, который перемещается под действием электромагнитной силы фиксированной катушки с проволокой. Счетчик с подвижным железом был изобретен австрийским инженером Фридрихом Дрекслером в 1884 году. [5] Этот тип счетчика реагирует как на постоянный, так и на переменный ток (в отличие от амперметра с подвижной катушкой, который работает на постоянном токе).Только). Железный элемент состоит из подвижной лопасти, прикрепленной к стрелке, и неподвижной лопасти, окруженной катушкой. Поскольку переменный или постоянный ток протекает через катушку и индуцирует магнитное поле в обеих лопастях, лопатки отталкиваются друг от друга, а движущаяся лопасть отклоняется против восстанавливающей силы, создаваемой тонкими спиральными пружинами. [4] Отклонение счетчика подвижного железа пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, такие измерители обычно имеют нелинейную шкалу, но железные части обычно изменяют форму, чтобы сделать шкалу достаточно линейной на большей части ее диапазона. Приборы с подвижным железом показывают среднеквадратичное значение любого приложенного сигнала переменного тока. Амперметры с подвижным железом обычно используются для измерения тока в цепях переменного тока промышленной частоты.
Горячий провод [ править ]
В термоэлектрическом амперметре ток проходит через провод, который расширяется при нагревании. Хотя эти инструменты имеют низкое время отклика и низкую точность, они иногда использовались для измерения радиочастотного тока. [4] Они также измеряют истинное среднеквадратичное значение для подключенного переменного тока.
Цифровой [ править ]
Подобно тому, как аналоговый амперметр лег в основу множества производных измерителей, включая вольтметры, основным механизмом цифрового измерителя является механизм цифрового вольтметра, и другие типы измерителей построены на его основе.
В цифровых амперметрах используется шунтирующий резистор для создания калиброванного напряжения, пропорционального протекающему току. Затем это напряжение измеряется цифровым вольтметром с использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП); цифровой дисплей откалиброван для отображения тока через шунт. Такие инструменты часто калибруются, чтобы показывать среднеквадратичное значение только для синусоидальной волны, но многие конструкции будут показывать истинное среднеквадратичное значение в пределах ограничений, связанных с пик-фактором волны .
Интеграция [ править ]
Существует также ряд устройств, называемых интегрирующими амперметрами. [6] [7] В этих амперметрах ток суммируется во времени, давая в результате произведение тока и времени; который пропорционален электрическому заряду, переносимому этим током. Их можно использовать для измерения энергии (для получения энергии необходимо умножить заряд на напряжение) или для оценки заряда батареи или конденсатора .
Пикоамперметр [ править ]
Пикоамперметр, или пикоамперметр, измеряет очень низкий электрический ток, обычно от пикоамперного диапазона на нижнем конце до миллиамперного диапазона на верхнем пределе. Пикоамперметры используются для чувствительных измерений, когда измеряемый ток ниже теоретических пределов чувствительности других устройств, таких как мультиметры .
Большинство пикоамперметров используют метод «виртуального короткого замыкания» и имеют несколько различных диапазонов измерения, между которыми необходимо переключаться, чтобы охватить несколько десятков измерений . Другие современные пикоамперметры используют сжатие логарифма и метод «стока тока», который исключает переключение диапазона и связанные с ним скачки напряжения . [8] Особые соображения по конструкции и использованию должны быть соблюдены, чтобы уменьшить ток утечки, который может затруднить измерения, такие как специальные изоляторы и управляемые экраны . Для подключения датчиков часто используется трехосный кабель .
Заявление [ править ]
Большинство амперметров либо подключены последовательно к цепи, по которой проходит измеряемый ток (для малых дробных ампер), либо имеют шунтирующие резисторы, подключенные аналогично последовательно. В любом случае ток проходит через счетчик или (чаще всего) через его шунт. Амперметры нельзя подключать напрямую к источнику напряжения, поскольку их внутреннее сопротивление очень низкое и может протекать избыточный ток. Амперметры рассчитаны на низкое падение напряжения на их выводах, намного меньше одного вольт; дополнительные потери в цепи, создаваемые амперметром, называются его «нагрузкой» на измеряемую цепь.
Обычные измерительные механизмы типа Weston могут измерять максимум только миллиампер, потому что пружины и практичные катушки могут пропускать только ограниченные токи. Для измерения больших токов параллельно измерителю ставится резистор, называемый шунтом . Сопротивления шунтов находятся в диапазоне от целых до дробных миллиомов. Почти весь ток протекает через шунт, и лишь небольшая его часть проходит через счетчик. Это позволяет измерителю измерять большие токи. Обычно измеритель, используемый с шунтом, имеет полное отклонение (FSD) 50 мВ , поэтому шунты обычно рассчитаны на падение напряжения 50 мВ при прохождении полного номинального тока.
Чтобы сделать многодиапазонный амперметр, можно использовать селекторный переключатель для подключения одного из нескольких шунтов к измерителю. Это должен быть выключатель, замыкающий перед размыканием, чтобы избежать повреждающих скачков тока из-за движения счетчика при переключении диапазонов.
Лучшее устройство - это шунт Айртона или универсальный шунт, изобретенный Уильямом Э. Айртоном , который не требует переключающего переключателя. Это также позволяет избежать неточностей из-за контактного сопротивления. На рисунке, допустим, например, движение с полномасштабным напряжением 50 мВ и желаемыми диапазонами тока 10 мА, 100 мА и 1 А, значения сопротивления будут: R1 = 4,5 Ом, R2 = 0,45 Ом, R3 = 0,05 Ом. А если сопротивление движения составляет, например, 1000 Ом, R1 необходимо настроить на 4,525 Ом.
Коммутируемые шунты редко используются при токах более 10 ампер.
Амперметры с нулевым центром используются для приложений, требующих измерения тока с обеими полярностями, что является обычным явлением в научном и промышленном оборудовании. Амперметры с нулевым центром также обычно устанавливаются последовательно с батареей . В этом приложении зарядка батареи отклоняет иглу на одну сторону шкалы (обычно правая), а разряд батареи отклоняет иглу в другую сторону. Специальный тип амперметра с нулевым центром для проверки высоких токов в легковых и грузовых автомобилях имеет поворотный стержневой магнит, который перемещает указатель, и фиксированный стержневой магнит, чтобы удерживать указатель в центре без тока. Магнитное поле вокруг провода, по которому проходит измеряемый ток, отклоняет движущийся магнит.
Поскольку шунт амперметра имеет очень низкое сопротивление, ошибочное подключение амперметра параллельно источнику напряжения вызовет короткое замыкание , в лучшем случае сработает предохранитель, что может привести к повреждению прибора и проводки и травмированию наблюдателя.
В цепях переменного тока трансформатор тока преобразует магнитное поле вокруг проводника в небольшой переменный ток, обычно 1 А или 5 А при полном номинальном токе, который можно легко измерить. Аналогичным образом были созданы точные бесконтактные амперметры постоянного и переменного тока с использованием датчиков магнитного поля на эффекте Холла. Портативный ручной клещевой амперметр - это обычный инструмент для обслуживания промышленного и коммерческого электрического оборудования, который временно закрепляется на проводе для измерения тока. Некоторые современные типы имеют пару параллельных магнитомягких зондов, которые размещаются по обе стороны от проводника.
См. Также [ править ]
- Токоизмерительные клещи
- Класс точности электрических измерений
- Электрическая цепь
- Электрические измерения
- Электроника
- Список тем электроники
- Категория измерения
- Мультиметр
- Омметр
- Реоскоп
- Вольтметр
Заметки [ править ]
- ^ Положение покоя иглы находится в центре шкалы, и возвратная пружина может одинаково хорошо действовать в любом направлении.
- ^ при условии, что его частота выше, чем измеритель может реагировать на
Ссылки [ править ]
- ^ Л. А. Геддес, Оглядываясь назад: как измерение электрического тока улучшилось с течением времени , IEEE Potentials , февраль / март 1996 г., страницы 40-42
- ^ Брайан Бауэрс (редактор), сэр Чарльз Уитстон FRS: 1802-1875 , IET, 2001 ISBN 0-85296-103-0 стр.104-105
- ^ ῥέος , ἱστάναι . Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте « Персей» .
- ^ a b c d Фрэнк Спитцер и Барри Ховарт, Принципы современного приборостроения, Холт, Райнхарт и Уинстон, Нью-Йорк, 1972, ISBN 0-03-080208-3, глава 11
- ^ "Fragebogen aus der Personenmappe Фридрих Дрекслер (1858-1945)" . Технический музей Вены. Архивировано 29 октября 2013 года . Проверено 10 июля 2013 .
- ^ http://www-project.slac.stanford.edu/lc/local/notes/dr/Wiggler/Wigrad_BK.pdf
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 20 июля 2011 года . Проверено 2 декабря 2009 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Ix Innovations, LLC. "Теория работы амперметра PocketPico" (PDF) . Проверено 11 июля 2014 .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме амперметры . |
- Глава « Схемы измерения постоянного тока» из « Уроки электрических цепей, том 1» Бесплатная электронная книга по постоянному току исерия « Уроки в электрических цепях ».
