Почему ток через микроамперметр можно рассматривать как постоянный

Введение

Существуют различные методы измерения ЭДС источников тока. Наиболее простым представляется использование вольтметров. По принципу действия вольтметры можно разделить на два типа. Электростатические, отклонение стрелки которых пропорционально силе взаимодействия заряженных тел в соответствии с законом кулона. Однако эти вольтметры применяются для измерения очень высоких напряжений, от нескольких десятков тысяч вольт и выше. Для более низких напряжений обычно применяют другой тип вольтметров, отклонение стрелки которых пропорционально силе взаимодействия между током и магнитным полем в соответствии с законом Ампера. Стрелка прибора отклоняется только тогда, когда через него протекает определённый ток, который обычно называют измерительным. Наличие такого тока может привести к заметным ошибкам в измерениях. Это видно из следующего примера.

Если к источнику тока подключить вольтметр, то измерительный ток создаст падение напряжения на самом вольтметре и на внутреннем сопротивлении источника тока. По закону Ома для полной цепи:

Отсюда показания вольтметра будет равно:

Из формулы (2) видно, что показание вольтметра отличается от ЭДС на величину падения напряжения внутри источника тока. Чем больше измерительный ток, тем больше ошибка, а без измерительного тока вольтметр не работает. Поэтому для точного измерения ЭДС источников тока возникла необходимость создать такие способы измерения, когда измерительный ток был бы равен нулю. Этого удаётся достичь в так называемом методе компенсации ЭДС источника тока. Сущность этого метода можно понять на основе анализа процессов, происходящих в электрических цепях, изображённых на рис. 1.

На схеме обозначены:

ε_n– «нормальный элемент», эталонный источник тока, ЭДС которого измерена, проверена различными методами с высокой степенью точности. Обычно – это гальванический ртутно-кадмиевый элемент;

ε_х – источник тока, ЭДС которого необходимо измерить;

ε – ЭДС любого источника тока, но при условии, что его ЭДС будет больше ε_n и ε_х, иначе с помощью ε нельзя будет компенсировать действие в цепи ε_n или ε_х;

G — гальванометр с нулевым делением по середине шкалы. В зависимости от направления результирующего тока стрелка гальванометра отклонится в ту или иную сторону.

В качестве сопротивлений R₁ и R₂ для облегчения понимания принципа работы схемы удобно использовать плечи потенциометра, концы которого в точках A и C подключены к источнику ε, а к ползунку потенциометра в точке B подключён гальванометр G.

Сущность метода компенсации заключается в том, что, подбирая положение ползунка B потенциометра, добиваются отсутствия тока через гальванометр (I_g = 0,

I₁ = I), а, следовательно, и через ε_n, т.е. измерительный ток равен нулю и не оказывает влияния на процесс измерения ЭДС. Отсутствие тока через гальванометр будет при условии, что действие ЭДС ε_n и падение напряжения IR₁ на участке цепи от точки A до точки B компенсирует друг друга, т.е.

Если теперь с помощью ключа К вместо нормального элемента ε_n подключить источник тока с неизвестной ЭДС ε_x, то при положении ползунка потенциометра в точке B компенсации, скорее всего не будет, и гальванометр покажет ток того или иного направления. Однако, перемещая ползунок потенциометра влево-вправо, можно найти такое его положение, когда гальванометр опять покажет отсутствие тока при новом значении . Это произойдёт при условии, что падение напряжения на новом участке АВ скомпенсирует действие ε_x согласно правилу Кирхгофа, т.е.

ε_x = I. (4)

Нужно отметить, что при условии компенсации в первом и во втором случаях ток, проходящий через гальванометр, равен нулю. Это означает, что если применён один и тот же источник ε и тот же потенциометр, ток в верхнем контуре в обеих случаях одинаков. Поэтому, поделив (4) на (3) и сократив значение тока, получим:

ε_x = ·ε_n (5)

Формулы (3), (4) и (5) являются основой для создания различных способов определения неизвестной ЭДС ε_х, например:

1. Способ, основанный на соотношении (4). В измерительной цепи задается рабочий ток I, величина которого проверяется по соотношению (3). Затем подбирают сопротивление таким, чтобы выполнялось условие компенсации (4) и по этому соотношению вычисляют значение неизвестной ЭДС ε_x.

2. Способ, основанный на соотношении (5). Косвенным способом определяют отношение R₁ и R₂ и по этому соотношению вычисляют значение ε_x.

Метод компенсации обладает рядом существенных преимуществ:

— практически исключается влияние на результат измерительного тока;

— не влияет на результат внутреннее сопротивление милливольтметра, так как он работает как нулевой прибор;

— ЭДС и внутреннее сопротивление источника, создающего рабочий ток, не входят в окончательные расчеты;

— сопротивления, входящие в окончательные расчеты, могут быть измерены с высокой точностью, что дает высокую точность измерения ЭДС компенсационным методом.

В данной работе используется первый способ определения ε_х: с помощью нормального элемента ε_n устанавливается рабочий ток, поддерживаемый неизменным в процессе измерений, затем в условиях компенсации ε_x определяется сопротивление и по формуле (4) рассчитывается измеряемая ЭДС. На рис. 3 приведена электрическая схема экспериментальной установки. К источнику тока ε последовательно подключены три магазина сопротивлений R₁, R₂ и R. Микроамперметр mА включён между средней клеммой переключателя S₂ и точкой соединения магазинов сопротивлений R ₁ и R ₂. С помощью переключателя S₂ к измерительной цепи можно подключить либо эталонный источник тока ε_n , либо переключатель S₃, с помощью которого к измерительной цепи можно подключить один из десяти неизвестных источников тока.

Вначале задаётся и проверяется рабочий ток установки. Величину этого тока можно выбирать произвольно, но есть ограничение: при больших токах элементы электрической цепи будут нагреваться до значительных температур, параметры цепи будут меняться, что приведёт к возрастанию систематических и случайных погрешностей. Поэтому рабочий ток I выбирают небольшим. В предлагаемой установке он выбран 0,001А.

В соответствии с этим током выбираются сопротивления R ₁, R ₂ и R следующим образом.

Из условия компенсации ЭДС нормального элемента имеем ε_n = IR₁, отсюда

Электродвижущая сила применяемого в установке нормального элемента равна

ε_n = (1,0186 ± 0, 0001) В, и тогда

Сопротивление R ₂ может быть любым и выбирается по таблице, закреплённой на рабочем столе в зависимости от номера исследуемой ε_x. По определённым R ₁ и

R ₂ и величине ЭДС источника ε по закону Ома для полной цепи вычисляют R

Однако из-за неточного знания величины ε и погрешностей магазинов сопротивлений при замыкании ключа S₁ рабочий ток будет несколько отличаться от заданного I = 0,001 А. Корректировка этого тока делается следующим образом. С помощью переключателя S₂ к измерительной цепи подключают эталонный элемент ε_n. Если реальный ток отличаться от заданного I = 0,001 А, то нарушается условие компенсации и микроамперметр покажет ток, отличный от нуля. Небольшими изменениями сопротивления магазина R добиваются отсутствия тока через микроамперметр, наступает компенсация ε_n и восстанавливается рабочий ток I = 0,001 А.

Теперь можно переходить к измерению ЭДС неизвестного источника тока. Для этого с помощью переключателей S₂ и S₃ к измерительной цепи подключается неизвестная ЭДС ε_x. Падение напряжения IR₁, не будет компенсировать ЭДС, и микроамперметр покажет ток, отличный от нуля. Изменением сопротивлений R ₁ и R ₂ добиваются такого состояния, чтобы микроамперметр показал отсутствие тока при новых значениях сопротивлений и. Чтобы не изменился рабочий токI = 0,001А, сопротивления R ₁ и R ₂ нужно изменять так, чтобы их сумма всегда оставалась постоянной (R ₁ + R ₂ = +). Так как ток микроамперметра равен нулю, выполняется условие компенсации и ЭДС неизвестного элемента можно определить по формуле

ε_x = 0,001·. (8)

Порядок выполнения измерений

Собрать цепь по рис. 2.

По формуле (6) вычислить R₁ и установить его на магазине сопротивлений R₁.

По таблице, закреплённой на рабочем столе, выписать три значения R₂ и первое из них установить на магазине сопротивлений R₂(таблица приведена также в приложении под № 3).

По формуле (7) вычислить сопротивление R и установить его на соответствующем магазине.

Переключатель S₂ поставить в положение ε_n и замкнуть ключ S₁.

Нажать кнопку К и в случае необходимости небольшими изменениями сопротивления R добиться отсутствия тока через микроамперметр.

С помощью переключателей S₂ подключить неизвестную ЭДС ε_x.

Кратковременно нажимая кнопку К, изменением сопротивлений R ₁ и R ₂, оставляя их сумму неизменной, добиться отсутствия тока через микроамперметр.

По формуле (8) вычислить величину неизвестной ЭДС ε_x.

Опыт повторить с двумя другими сопротивлениями R₂.

Обработка результатов измерений

1. Рассчитанные и измеренные значения R, R ₁, R ₂, изанести в разработанную таблицу для всех трех опытов.

2. Рассчитать величину ε_x для всех измеренных значений

3. Рассчитать доверительный интервал с учетом случайных и приборных погрешностей и относительную погрешность измерений.

Практикум начинающего радиолюбителя

Когда в. обмотке рамки появляется постоянный ток, вокруг нее возникает маг­нитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. При этом рамка, преодоле­вая противодействие спи­ральных пружин, стремится повернуться на полуосях так, чтобы. полюсы ее маг­нитного поля оказались про­тив полюсов постоянного магнита противоположной им полярности. Чем больше ток, текущий через рамку, тем сильнее ее магнитное поле, тем больше усилие, поворачивающее ее, а вме­сте с ней и стрелку вокруг оси. Как. только ток в рамке и ее магнитное поле исче­зают, рамка со стрелкой тут же возвращаются в исход­ное, нулевое, положение.

Таким образом, прибор магнитоэлектрической систе­мы является не чем иным, как преобразователем посто­янного тока в механическое усилие, поворачивающее рамку. О силе этого тока судят по углу, на который под его воздействием смогла повернуться рамка.

Для твоего комбинированного измерительного при­бора потребуется микроамперметр на ток 100…200 мкА, желательно с большой шкалой, например такой, как М24. Чем меньше ток, на который он рассчитан, и боль­ше шкала, тем точнее будет конструируемый на его ба­зе комбинированный измерительный прибор.

Прежде всего внимательно рассмотри шкалу прибора и изучи надписи и условные обозначения на ней. На шка­ле справа внизу увидишь изображение подковообразно­го магнита с зачерненным прямоугольником между его полюсами (рис. 32, а). Это символическое обозначение прибора магнитоэлектрической системы с подвижной катушкой-рамкой. Рядом нане­сена прямая горизонтальная черточка, говорящая о том, что прибор предназначен для измерения постоянного тока. Число внутри пятико­нечной звезды (рис. 32, б) указывает максимально до­пустимое напряжение (в киловольтах), которое может быть приложено между корпусом и магнитоэлектриче­ским механизмом прибора. Еще одна группа цифр, на­пример 1, 5, характеризует класс точности прибора. Класс точности — это численный показатель возможной погрешности прибора на всех отметках шкалы, выра­женный в процентах от конечного (наибольшего) зна­чения шкалы. Например, микроамперметр на 100 мкА класса точности 2 может дать ошибку от 2 мкА (2 % от 100 мкА). Для твоей цели подойдет прибор 2 или 2,5 классов точности.

На шкале прибора может быть также знак в виде двух взаимно перпендикулярных линий (рис. 32, в) или П-образной скобы. Первый из них указывает, что рабо­чее положение шкалы прибора должно быть вертикаль­ное, второй — горизонтальное. Если этих знаков нет, зна­чит, прибор может работать при любом положении шка­лы. Несоблюдение условий, обозначенных на шкале ука­занными символами, может привести к увеличению по­грешности показаний или даже порче прибора.

Основных электрических параметров, по которым можно судить о возможном применении прибора для тех или иных целей, два: ток полного отклонения стрелки Iи, то есть наибольший ток, при котором стрелка откло­няется до конечной отметки шкалы, и сопротивление рамки Ru. О значении первого параметра говорит сама шкала. Так, например, если возле конечной отметки шка­лы стоит число 100, значит, ток полного отклонения стрел­ки равен 100 мкА. Сопротивление рамки часто указыва­ют на шкале. В твоем распоряжении может оказаться магнитоэлектрический прибор, использовавшийся ранее в вольтметре или амперметре переменного тока, в час­тотомере или каком-то другом измерительном приборе. Важно лишь, чтобы тебе подходили его основные пара­метры.

С успехом можно и самому измерить параметры Iи и Ra неизвестного прибора. Для этого потребуется галь­ванический элемент 332 или 343, образцовый миллиам­перметр на ток 1 …2 мА, переменный резистор сопротив­лением 5…10 кОм и постоянный резистор, сопротивле­ние которого надо рассчитать. Постоянный резистор, ко­торый будем называть добавочным, нужен для ограниче­ния тока, текущего через рамку неизвестного прибора. Если такого резистора не будет, а ток в измерительной цепи окажется значительно больше тока Iи проверяемо­го прибора, его стрелка, резко отклонившись за преде­лы шкалы, может погнуться. Может даже сгореть и обмотка рамки.

Сопротивление добавочного резистора рассчитай, пользуясь формулой закона Ома. Поначалу, для страхов­ки, полагай, что Iи прибора не превышает 50 мкА. Тог­да при напряжении источника питания 1,5 В (один эле­мент) сопротивление этого резистора должно быть око­ло 30 кОм:

Проверяемый измерительный прибор (обозначим его РЛц)г образцовый миллиамперметр РА0, переменный ре­гулировочный резистор Rр и добавочный резистор Rд со­едини последовательно, как показано на рис. 33. Про­верь, нет ли ошибок в полярности соединения зажимов приборов. Движок резистора Rр поставь в положение наибольшего сопротивления (по схеме — в крайнее ниж­нее положение) и только после этого включайте цепь элемент G — стрелки обоих приборов должны отклонить­ся на какой-то угол. Теперь постепенно уменьшай вве­денное в цепь сопротивление переменного резистора. При этом стрелки приборов будут все более удаляться от нулевых отметок их шкал. Заменяя добавочный рези­стор резисторами «меньшего номинала и изменяя сопро­тивление переменного резистора, добейся в цепи такого тока, при котором стрелка проверяемого прибора уста­новится точно против конечной отметки шкалы. Значе­ние этого тока, отсчитанного по шкале образцового мил­лиамперметра, и будет параметром Iи, то есть током полного отклонения стрелки неизвестного прибора. За­помни его значение.

Теперь измерь сопротивление рамки. Сначала, как и при измерении параметра IИ| переменным резистором Rр установи стрелку проверяемого прибора на конечную отметку шкалы и запиши показание образцового милли­амперметра. После этого подключи параллельно прове­ряемому прибору переменный резистор сопротивлени­ем 1,5..3 кОм (на рис. 33 он показан штриховыми ли­ниями и обозначен Rш). Подбери такое его сопротивле­ние, чтобы ток через опытный прибор уменьшился вдвое. При этом общее сопротивление цепи уменьшится, а ток в ней увеличится. Резистором Rр установи (по миллиам­перметру) в цепи начальный ток и точнее подбери со­противление резистора Rm, добиваясь установки стрелки микроамперметра точно против отметки половины шка­лы. Параметр Rи твоего микроамперметра равен сопро­тивлению введенной части резистора Rш. Измерь его омметром.

Измерения основных параметров прибора желательно производить даже в том случае, если они известны (на­пример, указаны на его шкале). Это полезно для прак­тики и проверки прибора.

Чтобы понять, как с помощью одного и того же мик­роамперметра можно измерять напряжения и токи, под­час во много сотен и тысяч раз превышающие его мак­симальный ток Iи, проведи несколько опытов.

Опыт первый. Расширение предела измерений постоянного тока (рис. 34). Проверенный микроампер­метр РА1 надежно подключи к резистору Rш, сопротив­ление которого должно быть-равно параметру Rи микро­амперметра (резистор нужного сопротивления можно составить из нескольких резисторов, соединяя их после­довательно или параллельно). Соедини последовательно образцовый миллиамперметр РЛ2, гальванический эле­мент G напряжением 1,5 В и регулировочный переменный резистор RР сопротивлением 10 кОм. Движок резис­тора Rp установи в крайнее нижнее положение (см. рис. ЗЧ) и подключи к этой цепочке микроамперметр с резисто­ром. В образовавшейся замкнутой цепи установи регули­ровочным резистором такой ток, чтобы стрелка микро­амперметра отклонилась на всю шкалу. При этом образ­цовый прибор фиксирует ток, который в два раза боль­ше тока, допустимого для микроамперметра. Резистор Rш создает для тока параллельный микроамперметру путь, или, как говорят, шунтирует прибор, поэтому его и называют шунтом. А так как сопротивления шунта и прибора равны, то и токи, текущие через них, равны. Шунт уменьшает ток, текущий через прибор, и тем са­мым позволяет расширить его предел измерений. В дан­ном случае предел измерений расширился в два раза. Так, например, если без шунта микроамперметром мож­но было измерять ток в пределах от 0 до 100 мкА (7И = = 100 мкА), то с шунтом предел расширился до 200 мкА. Силу измеряемого тока можно отсчитывать по той же шкале, лишь увеличивая при этом вдвое показания при­бора.

Попробуй уменьшить сопротивление шунта вдвое. Предел измерений увеличится в три раза. Две трети то­ка цепи пойдет через шунт, одна треть — через прибор. Чем меньше будет сопротивление шунта, тем большая часть тока пойдет через него, тем больше расширится предел измерений. В этом опыте микроамперметр с шун­том, обведенные на рис. ЗЧ штрих-пунктирными линиями, образовали однопредельный измеритель тока.

Именно так, применяя шунты разных номиналов, од­ним и тем же микроамперметром удается измерять токи, в десятки, сотни и тысячи раз превышающие максималь­ный ток прибора.

Сопротивление шунта рассчитай по формуле

где Iп — наибольший ток выбранного предела измерений. Допустим, надо рассчитать шунт на предел измерений до 30 мА для микроамперметра с параметрами Iи = = 200 мкА, Rи = 800Ом.

Опыт второй. Изме­рение переменного тока (рис. 35). Для этого опыта нужен трансформатор, понижаю­щий напряжение электроос­ветительной сети до 3…5 В. Позже, когда научишься кон­струировать, ты сам смо­жешь сделать подобный трансформатор. Сейчас же возьми подходящий гото­вый, например выходной трансформатор лампового радиоприемника или телеви­зора, и используй его как по­нижающий трансформатор электросети.

Но пользуясь электросетью как источником тока для опытов, а позже — для питания конструкций, не забывай, что на ее проводах действует достаточно высокое на­пряжение. Электросеть требует повышенного внимания. Поэтому будь особенно осторожен: не трогай руками проводники, подключенные к розетке электросети; лю­бые изменения в цепях делай только тогда, когда штеп­сельная вилка вытащена из гнезд штепсельной розетки. Подобранный трансформатор укрепи на дощечке из сухой фанеры, а лучше — на панели из листового гети-накса или органического стёкла. Первичной (I) обмоткой (она намотана более тонким по сравнению с вторичной проводом и содержит большее число витков) трансфор­матор включи в сеть через плавкий предохранитель на ток 0,5 А. К вторичной (II) обмотке подключи лампочку накаливания на напряжение 3,5 или 6,3 В. Если лампочка горит, трансформатор исправен и можно приступать к опыту.

Последовательно со вторичной обмоткой трансфор­матора включи регулировочный резистор Rр, а между положительным зажимом микроамперметра РА и тем же шунтом Rш, что и в первом опыте, — последователь­но соединенные добавочный резистор Rд и диод V. Со­противление резистора Rд, которое во время опыта бу­дешь подбирать (что обозначено звездочкой возле буквенного обозначения резистора), должно быть не менее 2 кОм. Для опыта подойдет точечный диод, например, Д9 или Д2 с любым буквенным индексом. Прежде чем подключить трансформатор к электро­сети, движок резистора Rр поставь в крайнее нижнее (по 1схеме) положение. А включив питание, этим рези­стором, плавно – уменьшая его сопротивление, постепен­но увеличивай ток в цепи. Стрелка микроамперметра при этом должна медленно отклоняться от нулевой от­метки шкалы. Чем больше ток в цепи, тем на больший угол она отклоняется. Можно так подобрать сопротивле­ния шунта и добавочного резистора Rд, чтобы при ка­ком-то вполне определенном значении тока стрелка мик­роамперметра (теперь уже измерителя переменного то­ка) отклонялась на всю шкалу. По углу отклонения стрел­ки можно судить о силе тока этого предела измерений. Какова роль диода в таком измерителе переменного тока?

Ты уже знаешь, что прибор магнитоэлектрической си­стемы является измерителем постоянного тока. А чтобы им можно было измерять и переменный ток, этот ток должен быть выпрямлен, в данном случае с помощью диода. Попробуй замкнуть диод накоротко проволочной перемычкой и посмотри на стрелку микроампермётра. Увидишь — она стоит против нулевой – отметки шкалы. Ток через прибор, как и через шунт, протекает, но его рамка со стрелкой неспособны реагировать на перемен­ный ток. .

Опыт третий. Измерение постоянного напряже­ния. Чтобы тем же микроамперметром измерить напря­жение источника постоянного тока, питающего внешний участок цепи, или напряжение на любом участке цепи, прибор надо подключить к источнику или участку цепи параллельно. Но только не спеши проверить это опыт­ным путем — загубишь прибор. И вот почему. Подсчитай, какое напряжение можно подать на зажимы твоего мик­роамперметра, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу. Предположим, что его Iи=200 мкА, а Rи=800 Ом. Тог­да, по закону Ома, на прибор можно подать постоянное напряжение, непревышающее 0,16 В (U=IR = 0,0002АХ Х800 Ом = 0,16 В). А если напряжение больше? Напри­мер, 1 В? В этом случае через прибор потечет ток в 10 раз больше допустимого. Рамка прибора, возможно, не сгорит, а вот легкая стрелка, «зашкаливая», может погнуться.

Амперметр. Виды. Работа. Применение. Особенности

Для проведения измерений, производится последовательное включение амперметра в электрическую цепь с тем участком, где необходимо измерить силу тока. Чтобы увеличить пределы измерений, производится включение амперметра через шунт или трансформатор.

Наиболее распространенной является схема амперметра, где движущаяся стрелка совершает поворот на такой угол наклона, который пропорционален величине измеряемой силы.

Виды приборов

Приборы классифицируются по роду тока, принципу действия, классу точности.

Род тока

Переменный

Устройство амперметра, подключаемое последовательно в электрическую цепь, пропускает через себя полный рабочий ток. При этом сопротивление амперметра должно быть достаточно низкое. Этот фактор заложен в основу принципа действия электрического измерителя.

Важно! Амперметр нельзя подключать параллельно в цепь, только последовательно. Ибо весь электроток потечет через него, в результате чего прибор может перегореть.

Амперметр переменного тока

В идеале прибор должен иметь нулевые сопротивление и падение напряжения, тогда потери мощности в электроустройстве будут равны нулю. Но такие идеальные условия практически недостижимы. Фактически, чем меньше импеданс, тем лучше совместимость устройств.

Постоянный

В низковольтных цепях с аккумуляторной батареей токи обычно измеряются высокочувствительными мини-устройствами – гальванометрами. Гальванометр – это устройство, используемое для обнаружения тока в цепи. При этом само устройство работает как электропривод. Оно производит вращательное движение указателя в ответ на электроток, протекающий через катушки в постоянном магнитном поле.

Измеритель силы ампера

Поскольку гальванометр является очень чувствительным инструментом, он не может измерять тяжелые токи. Чтобы преобразовать гальванометр в амперметр, используют очень слабое сопротивление, известное как «шунтирующее». Последнее подключается параллельно к гальванометру. Значение шунта регулируется таким образом, чтобы большая часть силы ампера проходила через шунт. Таким образом, гальванометр преобразуется и тогда может измерять тяжелые токи без полного отклонения. Вот что такое гальванометр. Также он служит базовым блоком ампервольтметра и других измерителей.

Принцип действия

Аналоговые

Магнитоэлектрические

Принцип работы стрелочного амперметра основан на взаимодействии проводника с магнитным полем. Проводник, прикрепленный к движущейся системе, представляет собой всем известную подвижную катушку. Соединенный с пружиной указатель перемещается по шкале под воздействием магнитоэлектрических сил. На картинке изображен схематически магнитоэлектрический прибор с элементами:

1. магнитом,
2. катушкой,
3. осью,
4. пружинами,
5. стрелкой,
6. шкалой.

Схема амперметра магнитоэлектрического

Такой прибор не универсален, поскольку используется только для измерения постоянного тока. Область применения магнитоэлектрических приборов широко распространяется на сферы промышленности и образования (в качестве компонентов лабораторных установок).

Преимущества:

• наличие линейной шкалы,
• низкое энергопотребление,
• высокая точность.

К сведению. Основной недостаток заключается в высокой стоимости.

Электромагнитные

Схема электромагнитных измерителей несложная. В корпусе могут находиться несколько сердечников (либо один), установленных на оси. В отличие от магнитоэлектрических моделей:

• в составе не имеют движущейся катушки;
• обладают меньшей чувствительностью и, следовательно, более низкой точностью.

Преимущества:

• С их помощью измеряются как постоянный, так и переменный ток. Это делает электроустройства универсальными и значительно расширяет сферу их применения;
• Низкозатратное энергопотребление при функционировании;
• Высокая чувствительность и точность измерений.

Электродинамические

Электродинамический амперметр устроен несколько более сложным образом, нежели предыдущие электроустройства. В нем есть две катушки: одна – неподвижная, а вторая – подвижная.

Приборы этого типа могут быть использованы для измерения как постоянного, так и переменного тока. Другим преимуществом является отсутствие ошибки гистерезиса. Основными недостатками являются низкий коэффициент вращающего момента, высокие потери на трение, выше, чем в других измерительных приборах.

Ферродинамические

Приборы аналогичны электродинамическим устройствам, но отличаются от них усиленным магнитным полем неподвижной обмотки за счет ферромагнитного магнитопровода. За счет этого увеличивается вращающий момент, повышается чувствительность, ослабляется влияние внешних магнитных полей, и уменьшается потребление электроэнергии.

На заметку. Точность ферродинамических измерителей невысокая.

Цифровые амперметры

Цифровые амперметры – это электроустройства без движущихся частей. В основе их принципа действия лежит использование интегратора для преобразования измеряемой физической величины в ее цифровой эквивалент. Многие цифровые аппараты имеют точность более чем 0,1 процента.

Цифровой амперметр постоянного тока бывает разного номинала: от 1 А до 200 А. Принцип действия электроустройства основан на падении напряжения.

Цифровое устройство

Класс точности

Класс точности представляет собой обобщенную характеристику, определяемую пределами допускаемых погрешностей измерения.

Виды амперметров

По своему действию все амперметры разделяются на электромагнитные, магнитоэлектрические, тепловые, электродинамические, детекторные, индукционные, фото- и термоэлектрические. Все они предназначены для измерения силы постоянного или переменного тока. Среди них, наиболее чувствительными и точными, являются электродинамические и магнитоэлектрические амперметры.

Во время работы магнитоэлектрического амперметра, создается крутящий момент, через взаимодействие между полем в постоянном магните и током, проходящим через обмотку рамки. С этой рамкой и соединяется стрелка, движущаяся по шкале. Поворот стрелки осуществляется на величину угла, пропорциональную силе тока.

Приборы для измерения силы тока

Если в каком-либо проводнике течет ток, то он характеризуется такой величиной, как «сила тока». Сила тока в свою очередь характеризуется количеством электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника за единицу времени. Но мы все учились в школе и знаем, что электронов в проводнике миллиарды миллиардов и считать количество электронов было бы бессмысленно.

Поэтому ученые вывернулись из этой ситуации и придумали единицу измерения силы тока и назвали ее «Ампер», в честь французского физика-математика Андре Мари Ампера. Что же собой представляет 1 Ампер?

Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение провода проходит заряд, равный 1 Кулону. Или простым языком, все электроны в сумме должны давать заряд в 1 Кулон и они должны в течение одной секунды пройти через поперечное сечение проводника.

Шкала амперметра

Если учесть, что заряд одного электрона 1.6х10-19 , то можно узнать, сколько электронов в 1 Кулоне. А вот для того, чтобы измерять амперы, ученые придумали прибор и назвали его «амперметром».

Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в амперах, килоамперах, миллиамперах или микроамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно; для увеличения предела измерений – с шунтом или через трансформатор.

Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. Любой амперметр рассчитан на измерение токов определенной величины. В электронике в основном оперируют микроАмперами (мкА), миллиАмперами (мА), а также Амперами (А). Следовательно, в зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) и микроамперметры (PA3).

двойной вольметр-амперметр

Измерение значений переменного тока

Знать силу тока, проходящую через определенный участок цепи довольно важно. Это помогает рассчитать сечение кабеля и избежать перегрева токопроводящих жил. Эта статья поможет начинающим электрикам разобраться в нюансах работы и подключения измерительного прибора. Но сначала вспомним немного азов из школьной программы.

Как известно, амперметром называется измерительный прибор, позволяющий определить силу постоянного и переменного тока в электрической цепи. В зависимости от планируемой сферы применения, шкалу измерительного устройства градуируют в амперах, микро- или миллиамперах. Для измерений больших величин используется прибор, шкала которого разделена на килоамперы.

Схема цифрового амперметра

Сотые будут соответствовать четвертому дисплею, которого у нас нет, например «03», если мы ищем нуль сверху, ошибка будет больше, например «08». Повторение процесса три раза в лучшем случае должно быть идеальным.

Будет интересно➡ Что такое цифровой амперметр и чем он лучше обычного

Как пользоваться амперметром

Как подключить амперметр

Имея дело с электротоком, следует предпринять все меры предосторожности для избежания травм вследствие короткого замыкания цепи. Для этого необходимо:

• выполнять работу в сухих местах;
• не допускать попадания влаги на электрическую цепь и электроприбор.

Важно! Перед выполнением работ следует ознакомиться со схемой электроснабжения, чтобы не допустить ошибок. Подключают в цепи постоянного тока плюс к положительному и минус отрицательному разъему устройства. Если схема с переменным током, то порядок подключения не имеет значения.

Подключение измерителя

Многие думают, что для измерения высоких токов нужно купить новый прибор или изменить конструкцию старого. Но ничего подобного, можно сделать из имеющегося устройство с необходимым диапазоном. Для этого применяют один из способов:

• параллельно подключают шунт сопротивления;
• включают электроприбор в цепь с применением трансформатора.

Амперметры – это модифицированные гальванометры. Они делятся по роду тока, принципу действия и классу точности. Принцип работы амперметра со стрелочным указателем заключается в отклонении стрелки линейной шкалы на величину, пропорциональную силе ампера. Для расширения своими руками диапазона измерения постоянного или переменного тока используйте трансформаторы или дополнительные шунты. В многопредельных ампервольтметрах, вольтметрах применяют более одного шунтирующего резистора.

Амперметр — основные характеристики, предназначение

Не для кого не секрет, что амперметр – это специальный прибор, предназначенный для измерения силы электрического тока. Любые измерительные приборы помогают проверить не только точность и правильность научных выводов, но и с помощью них производится необходимый контроль и управление определенными технологическими процессами. И амперметр не является исключением.
Впервые действие электрического тока на магнитную стрелку открыл французский ученый Ампер. Он сумел установить определенное правило для точного определения направления действия магнитного поля на магнитную стрелку. Сейчас это правило называется – правило Ампера. Именно в честь этого знаменитого физика, члена Парижской Академии наук и почетного члена Петербуржской Академии наук в дальнейшем был и назван амперметр.

Как измерять силу тока в электрической цепи

Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется Амперметр

. Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление, но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.

Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I

, а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква
А
. Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.

На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак «

«, а предназначенных для измерения постоянного тока ставится «–

«. Например,
–А
означает, что прибор предназначен для измерения силы постоянного тока.

О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока». Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного тока величиной до 3 Ампер.

Измерение силы постоянного тока и тока низких частот.

Для из­мерения силы постоянного тока низких частот применяются элек­тромеханические амперметры, миллиамперметры, микроамперметры, мультиметры, электронные амперметры 2-й и 7-й подгрупп (А2 и А7).

При измерении силы постоянного тока используются приборы только магнитоэлектрической системы.

Любой измерительный прибор при подключении к цепи не должен изменять параметры и режим работы исследуемой цепи. Поэтому необходимо, чтобы амперметр обладал возможно меньшим сопротив­лением и подключался последовательно с нагрузкой. При этом через прибор и нагрузку протекает один и тот же ток.

Рис. Схема подключения амперметра в цепь (а), схема подключения шунта к амперметру (б)

При малом сопротивлении амперметра падение напряжения и потеря мощности на нем также малы. Сила тока в показанной цепи до подключения амперметра составляет

а после подключения

где — напряжение подключенного источника питания:

— внутреннее сопротивление амперметра;

— сопротивление нагрузки.

Только при << будет

Для расширения диапазона измерения по току применяются шунты, которые представляют собой сопротивление, подключаемое парал­лельно с амперметром.

Очевидно, падение напряжения на приборе и шунте одинаково:

где — сила тока через шунт;

— сила тока амперметра.

но поскольку (по 1-му закону Кирхгофа), то сопротивление шунта можно выразить как:

где — измеряемая сила тока.

Разделив числитель и знаменатель на , получим

Где — шунтирующий множитель, показывающий, во сколько раз расширяет­ся предел измерения амперметра:

Т.е. для расширения диапазона измерения силы тока в раз необходим шунт с сопротивлением в ( — 1) раз меньшим сопротивления амперметра.

Амперметр с несколькими шунтами называется многопредель­ный.

При изготовлении шунтов используются проволока, ленты или стержни. Шунты могут быть внутренними и наружными.

Для измерения силы переменного тока низких частот использу­ют электронные амперметры 3-й и 7-й подгрупп (A3, А7) и электроме­ханические амперметры. Применимость электромеханических ампер­метров целесообразно рассматривать по частотным диапазонам.

При измерении силы тока промышленных частот 50, 100. 400 и 1000 Гц применяются электромеханические амперметры электро­магнитной, электродинамической, ферродинамической, выпрями­тельной и термоэлектрической систем. В диапазоне частот 1. 5 кГц используются амперметры выпрямительной, электродинамической и термоэлектрической систем. В диапазоне частот от 5 кГц до единиц амперметры выпрямительной, электродинамической и термоэлектрической систем. В диапазоне частот от 5 кГц до единиц мегагерц амперметры выпрямительной и электродинамической систем допускают значительную погрешность, обусловленную индук­тивностью катушек и паразитной емкостью выпрямителей, поэтому 1 для измерения силы тока лучше использовать амперметры термоэлектрической системы.

Электромеханические амперметры имеют существенный недостаток — большое собственное потребление мощности из исследуемой цепи, которое заметно меньше у электронных амперметров.

3 Измерение силы тока высоких частот.

С повышением частоты увеличиваются токи утечки не через рабочую часть прибо­ра, а следовательно, растет погрешность измерения силы тока. Для уменьшения погрешности измерения необходимо соблюдать следую­щие рекомендации:

• использовать только высокочастотные амперметры (термоамперметры), значения паразитных индуктивности и емкостей которых минимальны благодаря конструкции прибора;

• подключать амперметр к исследуемой пени в точку с наименьшим потенциалом относительно земли.

В области сверхвысоких частот погрешность измерения возрастает на­столько, что измерение силы тока теряет физический смысл.

При выборе прибора для измерения силы тока нет необходимости знать все метрологические характеристики, указанные в паспорте, — нужны только основные:

• параметр тока, измеряемый прибором (среднеквадратичное, ам­плитудное или средневыпрямленное значение);

• диапазон измерения силы тока;

• входной импеданс (активная и реактивная составляющие входного сопротивления — , ).

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: