Амперметр - прилад, що доповнює вольтметр. Використовується там, де немає можливості встановити повноцінний ватметр або скористатися мультиметром. Його призначення - полегшити обслуговування і ремонт електроустановок, що знаходяться під постійним навантаженням, вчасно виявити готуються поломки і прийняти швидкі заходи до їх усунення. Наприклад, амперметр дозволяє оцінити стан акумулятора в автомобілі і спрогнозувати, коли буде потрібно заміна зношеної акумуляторної батареї на нову.
Пристрій
У стрілочних амперметрів основа приладу - найпростіший електромагнітний (або іншого типу) гальванометр або електровимірювальна головка.
електромагнітний амперметр
Сам по собі гальванометр працює як щось середнє між милливольтметром і мікроамперметром. Включати його в ланцюг без навантаження і баластних опорів можна - обмотка котушок не розрахована на значну силу струму, що потрібна силовим електроустановок і споживачам, підключеним до них: з великою часткою ймовірності його обмотка згорить. Аналоговий гальванометр влаштований таким чином. В поле постійних магнітів обертається котушка, по якій в момент підключення приладу починає йти струм. Виробляючи власне магнітне поле, котушка повертається на певний кут - пропорційно який пропускають через неї струму. А повертатися її змушує обертальний момент, що утворюється при взаємодії поля постійного магніту і поля котушки.
Разом з котушкою повертається і стрілка, жорстко закріплена на ній. Вся ця конструкція закріплена на нерухомої осі, розташованої в центрі магнітного зазору. Плоска пружина, прикріплена одним кінцем до жорсткої основі (каркасу) приладу, а інший - до осі зі стрілкою, при виключенні гальванометра з електричного кола змушує стрілку повернутися в початкове положення.
Крім повертає пружини, на противагу стрілки знаходиться балансир - металева нитка з м'якого і досить еластичного металу (наприклад, платини), урівноважує стрілку і не дає її кінця зачіпати за шкалу - алюмінієву пластину з проградуірованнимі розподілами, закріплену в якості плоскої рамки на лицьовій частині нутрощів гальванометра. У ряді випадків, щоб не витрачати дорогу платину, на противагу стрілки напоює крапля якогось легкоплавкого сплаву (точно в міліграмах або в сотнях мікрограмів). Якщо балансир порветься - результати вимірювань будуть неточними і переривчастими або взагалі ніякими. Правила поводження з гальванометричних амперметром строго-настрого забороняють його кидати, піддавати жорсткій вібрації і сильним ударам - вимірювальні головки ламаються дуже легко.
Нарешті, стрілочний амперметр володіє плоским гвинтом, трохи зрушують пружину стрілки в обидві сторони . Завдяки повороту цього гвинта стрілка може перебувати не строго на нулі шкали, а в околонулевой точці. На скільки поділок буде порушений нуль - на стільки ж амперметр і «пріврёт», знявши показання вимірюваного струму. Завод-виробник після випробування гальванометра самостійно калібрує нуль - за шкалою. Користувач сам підлаштувати точність нуля на око за допомогою плоскої викрутки - коли виявить, що стрілочний нуль збився і не збігається зі шкальні.
Підпірки з дроту з гумовими прокладками, що знаходяться по кінцях шкали , утримують стрілку на околонулевой і максимальної позиції, коли гальванометр «зашкалює» або підключений «задом наперед». Вони не дають пружині перекрутити, а кінця стрілки - битися об краї візуального вимірювального поля, якщо вимірюваний параметр через неуважність користувача виявиться в рази більше, ніж реальний, який здатний відобразити сам прилад.
магнітоелектричний
Утримує постійний струм малих значень. Вимірювальна головка - магнітоелектрична система зі шкалою, що містить певну градуювання.
термоелектричний
Створено для ланцюгів швидкозмінних струму з частотою в сотні і тисячі герц. Основа такого амперметра - магнітоелектрична головка. Він складається з відрізка провідника, до якого приєднана термопара. Струм, що нагріває провідник, призводить до виділення тепла, сприйманого термопарою. Тепловипромінювання відхиляє рамку зі стрілкою на розрахунковий кут, лінійно залежить від величини прохідного струму.
електродинамічний
Його призначення - вимірювати струм в швидкозмінних електроустановках, що працюють на підвищеній (до 200 Гц) частоті. Для електродинамічних амперметрів підійде приміщення або відсік, де повністю відсутні зайві електромагнітні поля. Однак вони високоточні і застосовуються для регулярної повірки замерітелей всіх інших типів.
ферродинамический
Каркас феродинамічні замерітеля виконаний з феромагнетика, залізного сердечника і статичної котушки. Він володіє класом точності, властивим електродинамічних амперметрі, але нечутливий до електромагнітних завад (паразитних полях).
цифровий
Цифровий амперметр (в ідеалі - мультиметр) позбавлений гальванометричний вимірювальної головки. Замість гальванометра використовується ціла система: датчики подається на вимір струму, АЦП, процесор з ПЗУ і оперативною пам'яттю, дисплей з контролером виведення значень знімаються показань. Для запису свідчень на зовнішній носій може додаватися microUSB-порт або Wi-Fi / Bluetooth-радіомодуль - це дозволяє підключити амперметр або мультиметр до ПК, смартфону або планшету, і використовувати спеціальний додаток для роботи з ним.
Принципова схема амперметра
У найпростішому амперметр, розрахованому на один діапазон вимірювань - наприклад, 0 ... 10 А, - паралельно гальванометра підключений шунт. Це низькоомним резистор з опором 0,01 ... 1 Ом. Грубий розрахунок проводиться згідно із законом Ома - сила струму дорівнює частці від ділення ЕРС (напруги) мережі (ланцюга) харчування на значення опору.
схеми підключення
Маючи уявлення про опір шунта амперметра, ви вже знаєте, як його правильно підключити.
Включення в ланцюг
Прилад завжди включається послідовно, а не паралельно навантаженню. Якщо ви ризикнете підключити прилад паралельно - спрацює запобіжник, і прилад відключиться. При струмі від декількох ампер згорають котушка гальванометра і шунт. Згоріла стрелочная головка відновленню не підлягає. Спочатку обесточьте лінію. При низькій ЕРС - до 12 В - джерела живлення можна обійтися і без знеструмлення. Увімкніть амперметр в розрив ланцюга. Переконайтеся, що пропускна здатність амперметра по току (наприклад, прилад розрахований на 10 А) загальна струмовий навантаження не перевищує межу вимірювань, на який і розрахований амперметр. Якщо прилад не "двосторонній» (наприклад, -10 і +10 А з нулем посередині) - слідкуйте за правильністю полярності. Після включення він покаже, скільки (милі) ампер на годину споживає ваш електроприлад або електричний ланцюг.
Нюанси при підключенні амперметра до автомобіля
Для авто застосовується «двосторонній» амперметр, у якого нуль знаходиться не на початку, а в середині шкали. «Мінусовій» ток (негативне показання приладу) - це сила струму, споживана бортелектронікой авто. «Плюсової» - коли струм тече у зворотний бік - зарядний струм, що надходить від автогенератора. Точно так же приєднуються і працюють амперметри в спецтехніки (автокран, трактор, екскаватор і т. Д.).
Заводська комплектація для більшості іномарок вже передбачає проградуйовані цим же автозаводом шунт і амперметр, що включається послідовно з акумуляторною батареєю через плюсової провід. Якщо стрілка після успішного старту авто зашкалює і не повертається в нульове положення - акумулятор зіпсований і підлягає заміні на новий.
установка шунта
Опір шунта дорівнює зовнішньому опору підключається навантаження (наприклад, потужного світильника або фари), множимо на ставлення струму, що проходить через сам амперметр, до різниці загального струму в ланцюзі і струму самого амперметра. Струм, що протікає через шунтувальний резистор, у багато разів більше струму, що йде через обмотку гальванометра. Зворотне вірно для опору гальванометра і шунта.
У найпростішому випадку шунт - це коротка котушка або Полоскова лінія з товстого мідного, сталевого або алюмінієвого дроту. До її висновків і підключається гальванометр. Це як би «громовідвід» для великих струмів, що дозволяють зберегти котушку приладу в цілості й схоронності - через неї пройдуть, можливо, десятитисячні частки того струму, що пропустить сам шунт. На практиці гальванометр перетвориться в мілівольтметр - він сприймає лише те невелике падіння напруги на смужці або резистори шунта. Величина шунтування - кратне 10 одиницям число.
Використання трансформаторів
Для вимірювання сили струму постійної напруги або низького змінної напруги можна обійтися лише одним шунтом. Якщо мова йде про виміри змінного струму з високим потенціалом, то, крім випрямного діодного моста, приладу потрібні вимірювальні трансформатори по току. Знаючи, яка напруга в електричному ланцюзі (наприклад, 1 кВ), ви можете скористатися підвищує напругу трансформатором. Його первинна обмотка, що має низький опір, намотана товстим проводом, включається послідовно з яка подає харчування лінією (в її розрив). Вторинна ж, що виробляє високу ЕРС, підключена до амперметра. Завдяки низькому опору самого приладу, трансформатор переходить в режим замикання, т. Е. Максимально навантажений.
Якщо ви вірно підібрали співвідношення витків обох обмоток - вам відкриється можливість при малому струмі, що проходить через сам прилад, вимірювати струм великих значень у зовнішній ланцюга. Щоб отримати значення струму, що проходить по первинній обмотці, помножте виміряне значення на трансформирующий множник. У амперметра, де трансформатор струму постійно вбудований і не від'єднується після закінчення вимірювань, а залишається в приладі і далі, шкала вже оптимально проградуірована. Щоб нікого з персоналу випадково не вбило струмом високої напруги, один з висновків з вторинної обмотки і магнітопровід (пластини) трансформатора заземлюють.
Вторинну обмотку і магнітопровід ізолюють окремо. Вони розміщені всередині прохідного корпусу, по каналу якого і проходить шунт з вимірюваним в ланцюзі струмом. Такі трансформатори струму називаються прохідними.
Не можна розмикати вторинну обмотку трансформатора струму, відключіть від неї амперметр. Якщо це все-таки станеться - стрибкоподібне зростання магнітного потоку в муздрамтеатрі автоматично стає джерелом дуже небезпечного для життя «зморщок» напруги в сотні або навіть тисячі вольт. Підключення ж невисокого провідникові паралельно з амперметром (або шунта) знизить цю напругу, дозволивши виміряти за допомогою амперметра його залишок - він оцінюється як проходить через ланцюг приладу струм.
Вимірювальні струмові трансформатори мають свою похибкою - по куту зсуву фаз струмів і за коефіцієнтом трансформації. У першому випадку вважається зрушення (поворот) фази від положення в 180 градусів, що стає причиною значної похибки в показаннях ваттметра, включеного в цю ж ланцюг. Клас точності по трансформує множнику оцінюється по втратах від номіналу - 0,02 ... 1 і більше.
Застосування струмових кліщів
50-амперні шунти не виходять за межі корпусу приладу. Але якщо мова йде про струмі більшому, ніж 50 А - використовуються так звані струмопровідні крокодили або струмові кліщі. У другому варіанті калибруется вже не сам гальванометр, а шунт. Паралельно йому включається мілівольтметр з напругою в 45-150 мілівольт. Мета - забезпечити відхилення стрілки приладу на відстань, що не більше, ніж вся шкала.
Визначення постійного і змінного струму
Для постійного струму не потрібно ніяких особливих схем - є міліамперметр, потужний шунт з опором в соті і тисячні частки Ома. Вони включаються між собою паралельно - і вся установка поміщена в розрив ланцюга. Для змінного же струму потрібно спосіб з трансформатором струму, включеним по вищеописаної схемою. Щоб стрілка не вагалася близько нуля шкали з частотою в 50 і більше герц, використовують діодний випрямляч. Це один діод або діодний міст. Номінал діода по напрузі повинен бути досить високий. Таким чином ви уникнете електричного пробою і подальшого виходу приладу з ладу.
позначки на шкалі
Позначки на шкалі гальванометра (не готової амперметра) умовна - вона залежить від наступних параметрів:
- ваги стрілки і котушки з емальпроводом, що захоплюється її за собою;
- сили магніту (або намагничивающей котушки-статора, якщо постійний феритовий магніт не ставилося);
- жорсткості повертає пружини;
- чіткості роботи балансира стрілки.
Залежно від того, який прилад збирається на базі гальванометра - амперметр, вольтметр або омметр - градуювання проводиться згідно шунт і принципової схемою приладу.
Наприклад, щоб проградуювати прилад при 15 вольтах (напруга автомобільного генератора) на 15 ж ампер, шунт повинен мати опір 1 Ом. Якщо зарядний струм великий - на 75 А, то ставиться потужний шунтирующий елемент на 0,2 Ом. Поправка на опір обмотки гальванометра в цьому випадку виявиться дуже малою - саме воно мінімум в сотні разів вище, ніж у шунтового з'єднання, і похибка такого амперметра складе 0,2% і нижче. Точний розрахунок можна провести і по вищенаведеної формулі, врахувавши опір обмотки гальванометра. Якщо мова йде про великих токах, не менше логічно в розрив ланцюга послідовно з амперметром включити плавкий або автоматичний запобіжник - на випадок «зашкалювання» приладу.
Про те, як правильно підключити амперметр, дивіться в наступному відео.