Последние события. Принцип работы вольтметра и амперметра

Амперметр. Виды. Работа. Применение. Особенности

Амперметр применяется для снятия показания силы тока. Данный прибор может работать с любым потребителем, по которому осуществляется передача электричества. Непосредственное подключение в электроцепь осуществляется последовательно с тем отрезком, с которого нужно снять показания. Сила тока измеряется количеством электронов, способных пройти через проводник за определенное время. Устройство названо в честь единицы измерения принятой в физике – ампер. Прибор способен измерять раздробленные частицы данного показателя, такие как мкА – микроампер, мА – миллиампер и кА – килоампер.

Применяемые типы амперметров

Существует около десятка устройств амперметра действующих по различному принципу. Большинство из них слишком затратные для производства или не точны, поэтому не нашли своего применения. Фактически все амперметры можно разделить на аналоговые (механические) и цифровые. Среди аналоговых устройств, которые нашли широкое применение можно отметить:

Магнитоэлектрический.
Электромагнитный.
Термоэлектрические.
Электродинамический.
Ферродинамический.

Механические устройства требовательны к условиям хранения. Они не переносят встряски. Для получения точных данных корпус аналогового амперметра должен быть размещен правильно. Любые отклонения от нормы утяжелят стрелку, и она будет немного сдвигаться, давая неверные показатели.

Магнитоэлектрический амперметр

Данный тип устройств является одним из самых первых, которые были изобретены. Принцип их действия заключается в измерении взаимодействия между катушкой закрепленной неподвижно и магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом, установленным в корпусе прибора.

Такие устройства отличаются минимальным потреблением мощности, что обеспечивает достаточный уровень чувствительности и минимальный коэффициент отклонения. Подобные амперметры оснащены равномерной шкалой, между отметками, которой всегда одинаковое расстояние. Длительное время такие приборы были самыми лучшими, но сейчас появились и более простые в изготовлении, поэтому магнитоэлектрические амперметры начали уступать.

Магнитоэлектрические амперметры могут работать только с постоянным током, поэтому их обычно применяют для измерения характеристик в электрооборудовании автомобилей и другой техники. Такие устройства нашли применение в лабораториях и на промышленных предприятиях, где применяется постоянный ток.

Электромагнитные амперметры

Данная категория приборов не имеет плавающей обмотки с сердечником как предыдущая. Электромагнитное устройство одно из самых простых. Внутри корпуса используется несложный механизм и сердечник, установленный на ось. В зависимости от силы тока сердечник, который фиксируется к стрелке, отодвигается в сторону, указывая на шкалу с цифровым отображением измерений. Низкая себестоимость таких приборов сделала их часто используемыми, но они обладают низкой точностью. Их обычно выбирают для сетей постоянного тока, а также переменного с частотой до 50 Гц.

Термоэлектрические амперметры

Термоэлектрические приборы применяются для цепей с высокой частотой тока. В корпусе приборов имеется магнитоэлектрический механизм, который состоит из проводки с припаянной термопарой. При прохождении тока происходит подогрев жил проводов. Чем сильнее сила, тем выше поднятие температуры. По данному показателю специальный механизм проводит перевод нагрева в показатель тока.

Электродинамические амперметры

Электродинамические приборы реагирует на взаимодействие полей тока, которые протекают по катушкам. Одна из них закреплена неподвижно, а вторая может двигаться. Устройство является универсальным, поэтому покупается довольно часто. Его можно встретить в лабораториях, где требуется очень точное измерение. Недостаток электродинамических амперметров заключается в чрезмерной чувствительности. Прибор буквально реагирует на любые магнитные поля. В результате помех точно определить силу тока без использования экранирования довольно сложно.

Электродинамические приборы используется для постоянных и переменных цепей, в которых частота доходит до 200 Гц. Обычно этот тип выбирают для проведения контрольной поверки других амперметров, в связи с высокой чувствительностью.

Ферродинамические амперметры

Устройство данного типа являются самыми лучшими среди механических. Они обеспечивают максимальную точность и эффективность. Такие приборы не реагируют на сторонние источники магнитного поля. Благодаря этому нет необходимости в постоянной установке дополнительного экрана. Прибор состоит из ферримагнитного замкнутого провода. В корпусе находится закрепленная катушка и сердечник. Приборы данного типа самые дорогие, поэтому применяются не слишком часто.

Цифровые амперметры

Самыми современными и удобными являются цифровые амперметры. Они не имеют стрелок, которые постоянно колеблются. Такие устройства оснащаются дисплеем, на который выводятся цифры отображающие силу тока в амперах. При этом они дают вполне точные показания. К немаловажным преимуществом цифровых моделей относятся их нечувствительность к вибрациям и встряске, как в механических. Благодаря этому можно проводить измерение силы тока в автомобильной проводке на ходу, не останавливая машину. Многие цифровые модели оснащены влагозащитным и противоударным корпусом, что делает их более устойчивыми для эксплуатации в сложных условиях. Поскольку устройство не имеет стрелки, то его можно размещать горизонтально, вертикально или под углом. Направление прибора при снятии замеров никак не влияет на получаемый результат.

Правильное подключение амперметра для измерения

Для того чтобы снять показания силы тока необходимо подключить амперметр в цепь. Для этого участок, который нуждается в проведении измерения, должен быть сначала обесточен. Амперметр подключается специальными зажимами к проводам цепи. При этом требуется строго соблюсти полярность, поскольку в противном случае показания будут неверными.

Для точного измерения нужно провести подключение в обход определенного участка цепи с нагрузкой, которую создает шунт. После того как амперметр будет подключен к цепи шунтом и полярность будет проверена, можно подключить ранее обесточенное питание. После получения измерительных данных питание отключается и проводится отсоединение проводов.

Следует всегда помнить, что запрещено подключение амперметра в сеть без создания нагрузки. Если просто включить устройство напрямую, как вольтметр, то его можно испортить и даже вызвать короткое замыкание.

Область использования

Область использования амперметров очень обширна. Данные приборы незаменимы во многих сферах. Их устанавливают на автомобилях с целью контроля эффективности работы генератора. По показателям амперметра можно определить, что аккумуляторная батарея недополучает заряд или он проходит с избытком. Также данное устройство устанавливается в самолетах и прочей технике, оснащенной электрическими элементами.

Следует учитывать, что каждый амперметр имеет сопротивление. Если требуется получение точных данных с минимальной погрешностью, то рекомендовано выбирать прибор с сопротивлением до 0,5 ом. Также следует учитывать, что если прибор предназначен для измерения амперов в мкА, то его нельзя подсоединять к сетям с высокой силой тока, поскольку это приведет к перегоранию. Диапазон работы устройства должен полностью соответствовать сети, в которой требуется проведения измерения.

Особенности эксплуатации

Кроме того, что прибор должен соответствовать сети, в которой работает, он весьма требователен к условиям хранения. Особенно если это механический амперметр. Для аналоговых приборов не допускается встряска удары или падения. После неблагоприятного воздействия вполне вероятным является появление погрешности. Зачастую к механическим устройствам прилагается паспорт, в котором указываются оптимальные условия влажности и температуры для хранения. Электрические приборы существенно проще в эксплуатации. Их можно трясти и ронять, без риска получить погрешность, в пределах разумного. При значительных повреждениях прибор несомненно будет сломан, как и любой другой механизм.

Имеющиеся на рынке модели амперметров отличаются между собой не только по принципу действия, но и по способу исполнения. В частности, предлагаются компактные переносные устройства, которые позволяют подключиться к различным источникам для проведения измерений. Также существуют амперметры модульного исполнения, которые предназначены для закрепления в посадочные места в силовом щитке. Бывают и компактные устройства, которые фиксируются на панели автомобиля с помощью специального держателя. Они применяются в тех случаях, когда требуется провести контроль заряда аккумулятора при отсутствии в комплектации автомобиля собственных приборов.

Похожие темы:

tehpribory.ru

Аналоговые электроизмерительные приборы

3.1. Общие сведения

Измерительный прибор (ИП) – наиболее распространенный вид средств измерений. Все ИП можно поделить на две большие группы: аналоговые и цифровые.

Аналоговые измерительные приборы (АИП) – это такие приборы, показания которых – являются непрерывной функцией изменения входной измеряемой величины (могущей принимать бесконечное множество значений в определенном диапазоне). Группу АИП можно представить двумя подгруппами: приборы для статических измерений (вольтметры, амперметры, омметры и др.) и приборы для динамических измерений.

Приборы для динамических измерений, в свою очередь, делятся на показывающие АИП (например, электронно-лучевые осциллографы, анализаторы спектра) и регистрирующие приборы (например, самопишущие приборы, светолучевые осциллографы).

В данной главе рассмотрим АИП, предназначенные для статических измерений: электромеханические и электронные ИП.

Электромеханические ИП основаны на преобразовании электрической энергии входного сигнала в механическую энергию углового (реже – линейного) перемещения подвижной части отсчетного устройства. Кроме самостоятельного применения, электромеханические ИП используются также в качестве выходных устройств большинства электронных АИП.

Электронные ИП – это такие АИП, в которых энергия для механического перемещения указателя отсчетного устройства поступает не от источника измеряемого сигнала (как в электромеханических приборах), а от вспомогательного источника энергии, например, от электрической сети, питающей прибор.

3.2. Электромеханические измерительные приборы

Большинство используемых сегодня в технологических процессах стационарных измерительных приборов – это классические аналоговые электромеханические приборы. Их метрологические и эксплуатационные характеристики вполне достаточны для решения основных задач технических измерений. Широко распространены электромеханические вольтметры, амперметры, омметры, фазометры, ваттметры, счетчики активной и реактивной энергии. В электромеханических измерительных приборах реализованы различные физические принципы, позволяющие преобразовать значение измеряемой величины в пропорциональное отклонение (видимое перемещение) указателя (например, стрелки прибора). Упрощенная классификация электромеханических измерительных приборов приведена на рис. 3.1.

Из всего разнообразия конструкций (систем) и схем электромеханических приборов рассмотрим некоторые наиболее распространенные. Эти устройства лежат в основе измерителей самых различных электрических и неэлектрических величин.

Рис. 3.1. Классификация электромеханических измерительных приборов

3.2.1. Приборы магнитоэлектрической системы

Одной из самых простых (и исторически, пожалуй, самых ранних) систем, используемых при построении электромеханических приборов является магнитоэлектрическая (МЭ).

Конструкция и принцип действия. На рис. 3.2 упрощенно показана конструкция механизма такой системы, которая содержит преобразователь электрической величины (входного измеряемого тока) в механическую (угол отклонения) и отсчетное устройство (указатель и шкалу).

Постоянный магнит 1, магнитопровод 2 и цилиндрический сердечник 3 из магнитомягкого материала создают равномерное радиальное магнитное поле в воздушном зазоре, в котором расположена и может поворачиваться рамка 4 с измеряемым током. Рамка (несколько десятков витков медного провода) жестко связана с осью 5, на которой закреплена стрелка 7. Эти элементы образуют подвижную часть механизма.

Как известно, на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила. При протекании измеряемого тока I в рамке, находящейся в магнитном поле зазора, возникает вращающий момент М, равный произведению индукции В магнитного поля в зазоре, активной (т.е. находящейся в магнитном поле) площади рамки S, числу витков w и току I в рамке:

М = BS wI

Рис.3.2. Конструкция магнитоэлектрического механизма:

1 – постоянный магнит; 2 – магнитопровод; 3 – цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала; 4 – рамка с измеряемым током; 5 – ось; 6 – спиральная пружина; 7 – стрелка; 8 – шкала

Отсчетное устройство – стрелка 7 и шкала 8 – преобразует угол отклонения (поворота) рамки α в показания (отсчет). Спиральная пружина 6 служит для создания противодействующего момента Мпр:

Мпр = α Ω,

где α – угол поворота подвижной части; Ω – удельный противодействующий момент.

Вращающий момент заставляет рамку поворачиваться. Противодействующий момент направлен навстречу вращающему. В процессе поворота рамки противодействующий момент Мпр пропорционально растет. Это происходит до тех пор, пока моменты не станут равными. При М= Мпр

B S wI= α Ω .

Следовательно, угол поворота а имеет вид

α = (BS wI) / Ω.

Таким образом, поскольку значения параметров В, S, w, Ω, практически постоянны, можно говорить о линейной зависимости угла поворота α (и, следовательно, показаний) МЭ приборов от значения измеряемой величины (в данном случае тока I).

Амперметры и вольтметры. Для измерения малых токов (до 100 мА) используются непосредственно магнитоэлектрические измерительные механизмы. Если требуется измерять токи, превосходящие ток полного отклонения механизма, то применяются шунты (точные резисторы с малым сопротивлением: десятые – тысячные доли ома) – рис.3.3,а. При этом через измерительный механизм (ИМ) течет ток Iм, представляющий собой только часть измеряемого тока I. Зная соотношение между сопротивлениями рамки ИМ и шунта Rш, можно переградуировать шкалу прибора или пересчитать показания в результат измерения.

Схема магнитоэлектрического вольтметра приведена на рис. 3.3,б. Последовательно с ИМ включается резистор RV с достаточно большим сопротивлением. Добавочные резисторы RД1 и RД2 обеспечивают несколько диапазонов измерения напряжения UV

(UV3 > UV2 > UV1). Ток I через ИМ на любом диапазоне не должен превосходить номинального значения Iном для механизма.

Рассмотрим пример организации многопредельного вольтметра. Предположим, имеется МЭ механизм с сопротивлением RИM = 10 Ом и номинальным током Iном = 0,001 А. Тогда для организации на базе такого механизма вольтметра с диапазоном измерения U1 = 1 В необходимо включить последовательно с механизмом резистор RV с таким сопротивлением, которое обеспечит при измеряемом напряжении U1= 1 В ток через механизм Iном =1,0 мА. Найдем значение этого сопротивления:

RV = (U1/Iном) – RИМ = (1:0,001) – 10 = 990 Ом.

Если мы теперь имеем МЭ вольтметр с диапазоном измерения U1 = 1 В и с внутренним сопротивлением Rвн = RИM + RV = 1 кОм, то для расширения предела измерения до U2 = 10 В необходимо включить последовательно добавочный резистор сопротивлением RД1 = 9 кОм. Для расширения предела измерения до U3 = 100 В (т. е. организации еще одного диапазона) необходимо подключить последовательно с имеющимся резистором RД1 еще один добавочный резистор RД2= 90 кОм. Таким образом, получаем схему многопредельного вольтметра постоянного тока (см. рис. 2.3,б).

Особенности магнитоэлектрических приборов. Приборы МЭ системы, по сравнению с другими электромеханическими приборами, имеют ряд преимуществ. Это более высокие точность и чувствительность; равномерная (линейная) шкала; сравнительно малое собственное потребление энергии от источника сигнала; практическое отсутствие влияния внешних магнитных полей (так как собственное поле в зазоре значительно). Есть и недостатки. Это возможность работы ИМ только на постоянном токе; сравнительная сложность реальной конструкции; заметная чувствительность к перегрузкам, механическим воздействиям, ударам, вибрации; изменение упругих свойств пружины со временем, а также зависимость показаний от изменения температуры окружающей среды.

Современные реальные конструкции, конечно, сложнее рассмотренной.

Обозначение МЭ системы на шкалах приборов:

studfiles.net

События

Принцип работы и виды амперметров

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

Общая характеристика

По конструкции амперметры делятся:

со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
с цифровым индикатором.

Приборы со стрелочной головкой

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия стрелочной измерительной головки

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.

В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.

В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

Включение амперметра в электрическую цепь

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано - чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000В) - в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока - магнитные усилители.

p-el.ru

Каталог товаров