Способы подключения амперметра. Большая энциклопедия нефти и газа

Для измерения силы постоянного или переменного электрического тока используются амперметры. Графическое обозначение этого прибора на электрических схемах — круг с размещенной внутри буквой «А». Это измерительное устройство определяет силу электрического тока в амперах, миллиамперах или микроамперах. Подключается амперметр последовательно в разрыв цепи.

Применение амперметров

Амперметры применяются в промышленности, в телекоммуникациях, лабораторных исследованиях и в других сферах деятельности для измерений постоянного или переменного электрического тока в диапазоне от единиц мкА до десятков кА. При этом величина измеряемого тока не должна превышать максимального значения шкалы прибора с учетом схемы подключения. В зависимости от предела измерений современные амперметры подразделяются на:

• микроамперметры;
• миллиамперметры;
• амперметры;
• килоамперметры.

Когда был изобретен амперметр?

Первые попытки измерения силы электротока были осуществлены в начале XIX века. В то время к проводнику, через который протекал электрический ток, подносили обычный компас. Судить о величине электротока позволяла величина угла отклонения магнитной стрелки.

Какие бывают амперметры?

В зависимости от типа амперметры делятся на устройства для измерения:

• постоянного тока;
• переменного тока.

Существуют следующие типы амперметров:

• магнитоэлектрические — служат для измерения малых величин постоянного электрического тока;
• электромагнитные — обеспечивают измерение переменного (частота 50 Гц) и постоянного тока;
• электродинамические — выполняют измерение переменного (частота до 200 Гц) и постоянного тока;
• термоэлектрические — предназначены для измерения величины переменного электрического тока высокой частоты;
• ферродинамические — представляют собой самопишущие приборы и применяются в автоматических системах измерения.

В зависимости от вида используемой шкалы эти приборы бывают:

• стрелочные;
• электронные (цифровые).

Принцип действия амперметра

В основе работы различных типов амперметров лежат разные принципы действия. Используемые методы измерения электрического тока в основном зависят от сферы применения прибора.

Принцип действия магнитоэлектрического амперметра основан на том, что постоянное магнитное поле и протекающий через обмотки рамки электрический ток вызывают возникновение крутящего момента. Протекание электротока через прибор вызывает движение стрелки. Последняя непосредственно связана с рамкой. Поэтому угол поворота стрелки прямо пропорционален амплитуде измеряемого электрического тока.

Конструкция электродинамического амперметра включает в себя неподвижную и подвижную катушки. Для измерения токов малой величины они соединяются последовательно, большой величины — параллельно. Стрелка крепится к подвижной катушке и двигается в результате взаимодействия между токами, протекающими в неподвижной и подвижной катушке.

В основе конструкции термоэлектрического амперметра лежит магнитоэлектрическое устройство с контактным или бесконтактным преобразователем. Последний представляет собой проводник с приваренной к нему термопарой. Проходя по преобразователю, электроток вызывает его нагревание, которое регистрируется термопарой. Возникающее при этом термическое излучение воздействует на магнитоэлектрическое устройство. Его рамка отклоняется на пропорциональный значению протекающего электрического тока угол.

Работа цифрового амперметра основана на аналого-цифровом преобразовании амплитуды измеряемого тока. Проходя через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), сигнал квантуется по времени, а потом по уровню. Полученная информация преобразуется в цифровой вид и индицируется на табло.

Как рассчитать шунт для амперметра?

В случаях, когда требуется измерить электрический ток, превышающий максимальное значение шкалы амперметра, необходимо использовать шунт. Его сопротивление рассчитывается по следующей формуле:

Rш=(Rа*Iа)/(Iш-Iа)

При этом:

• Rш — искомое сопротивление шунта (в Омах);
• Rа - внутреннее сопротивление амперметра (в Омах);
• Iа — максимальная величина тока, измеряемая амперметром (в Амперах);
• Iш — ориентировочная величина измеряемого тока (в Амперах).

Внутреннее сопротивление амперметра

Для корректной работы величина внутреннего сопротивления амперметра должна быть на порядок меньше значения сопротивления цепи. В некоторых случаях такая информация отсутствует. Тогда следует измерить внутреннее сопротивление используемого амперметра. Для этого к источнику питания последовательно подключаются нагрузочное сопротивление и амперметр, а параллельно последнему включается чувствительный вольтметр. После включения схемы снимаются показания приборов. Величина внутреннего сопротивления амперметра определяется, как отношение показаний чувствительного вольтметра и амперметра.

Если к электрической цепи подать рабочее напряжение, то через ее элементы будет протекать ток определенной величины. Его значение определяется величиной сопротивления отдельных участков цепи. Чтобы измерить текущее значение тока, на определенном участке используются специальные приборы, которые называются .

Возьмем например . Перед тем, как разобраться в вопросе, как работает это прибор, важно рассмотреть классификации.

Типы амперметров

1. Магнитоэлектрические. Такие устройства подходят только для измерений постоянного тока. Они отличаются высокой чувствительностью и небольшой мощностью.
2. Электромагнитные. Приборы могут использоваться для измерений постоянных и переменных токов. Их недостатком является низкая чувствительность и невысокая точность.
3. Электродинамические. Устройства этого вида отличаются сильной чувствительностью к внешним магнитным полям, поэтому их применение для проведения высокоточных измерений нежелательно.
4. Ферродинамические. Такие приборы отличаются повышенной устойчивостью к внешним магнитным полям и владеют высокими показателями прочности. Их широко применяют в сфере безопасности, а также в тех случаях, когда требуется провести высокоточные измерения.
5. Цифровые. К примеру, не имеют подвижных механических деталей, а работают на основе платформы с микропроцессором, которая позволяет преобразовывать величину проходящего тока в цифровые сигналы, которые выводятся на ЖК-дисплей.

Рис.1 - Механические амперметры

Рис.2 - Цифровые амперметры

Конструкция амперметра

Чтобы разобраться, как работает амперметр, рассмотрим его конструкцию (рис.3). Приборы этого типа являются магнитоэлектрическими устройствами, в которых ток подводится к обмотке катушки, что приводит к генерированию магнитного потока, который взаимодействует с постоянным магнитом. Существует несколько модификаций измерительных систем – в одном случае измерительная стрелка-указатель крепится к подвижной катушке, а в другом варианте подвижным является постоянный магнит, который соединен со стрелкой. Измерительная катушка подключается к шунту, который расположен внутри прибора или вне его, с которого и снимаются показатели силы тока.

Рис.3 - Конструкция амперметра

Принцип работы амперметра

Как только к измерительной системе амперметра подается ток, величина, которого определяется, в катушке устройства генерируется магнитное поле. Оно взаимодействует с полем, создаваемым постоянным магнитом, что приводит к тому, что поворотная рамка со стрелкой-указателем будет отклоняться (рис.4). Угол отклонение пропорционален проходящему току и при определенной калибровке стрелка будет указывать на измерительной шкале прибора на текущее значение тока.

В цифровых амперметрах, таких как , величина тока определяется посредством специальных аналого-цифровых преобразователей, которые токовый сигнал превращают в последовательность цифровых кодов, отображаемых на экране прибора в виде числового значения.

Бывают случаи, когда следует измерять ток, величина которого больше максимального значения измерительного диапазона. В таком случае важно знать, как работает шунт для амперметра. Шунт представляет собой резистивный элемент с известной величиной электрического сопротивления, который включается параллельно к амперметру. Шунт рассчитывается под величину тока, которую нужно измерять амперметром с меньшим рабочим диапазоном.

Рис.4 - Принцип работы амперметра

Как подключать амперметр

Чтобы правильно пользоваться измерительными приборами, важно не только знать, как работает амперметр и вольтметр, а и как их подключать. Для измерения силы тока, который проходит через прибор или через определенную часть электрической цепи, амперметр нужно подключить последовательно с этим участком.

Рис.5 - Схема подключения амперметра через шунт

Практическое применение

Амперметры имеют широкое применение в процессе построения, обслуживания и ремонта различной радиоэлектронной аппаратуры. В качестве одного из примеров практического применения можно рассмотреть амперметр на зарядном устройстве – как работает этот прибор рассмотрим ниже. Такого типа зарядные устройства производят подзарядку аккумуляторов посредством тока постоянной величины, значение которого визуализируется с помощью амперметра. В процессе зарядки сила тока может падать и по амперметру можно будет определить потребность ее регулирования. Аккумулятор считается заряженным, если сила тока на амперметре не будет меняться на протяжении 1-2 часов.

Это только один из многочисленных примеров практического использования таких измерительных приборов, как амперметры.

Амперметр - это электроизмерительный прибор, предназначенный для фиксации силы постоянного либо переменного тока, протекающего в цепи - то есть устройство для измерения тока . Амперметр подключается последовательно, с тем участком электроцепи, где предполагается измерять ток. Так как ток, который он измеряет зависит от сопротивления элементов цепи, то сопротивление амперметра должно быть максимально низким (очень маленьким). Это позволяет уменьшить влияние устройства для измерения тока на измеряемую цепь и повысить их точность.

Шкалу прибора градуируют в мкА, мА, А и кА, и в зависимости от требуемой точности и пределов измерения выбирают подходящий прибор. Увеличение измеряемой силы тока добиваются путем включения в цепь шунтов, трансформаторов тока , магнитных усилителей. Это позволяет увеличить предел измеряемой величины тока.

Схемы подключения амперметра

Рисунок - Схема прямого включения амперметра

Рисунок - Схема косвенного включения амперметра через шунт и трансформатор тока

Сфера применения амперметров

Приборы для измерения тока нашли применение в различных сферах. Их активно используют на крупных предприятиях, связанных с генерацией и распределением электрической, тепловой энергии. Также их используют в:

Электролабораториях;

Автомобилестроении;

Точных науках;

Строительстве.

Но не только средние и крупные предприятия используют этот прибор: они востребованы и среди обычных людей. Практически любой опытный автоэлектрик имеет в арсенале подобное устройство, позволяющее проводить замеры показателей электропотребления приборов, узлов автомобилей и пр.

Типы амперметров

Исходя из вида отсчетного устройства амперметры делятся на приборы с:

Со стрелочным указателем;

Со световым указателем;

С пишущим устройством;

Электронные устройства.

По принципу действия амперметры разделяются на:

1. Электромагнитные - предназначены для использования в цепях постоянного, переменного тока. Обычно используются в привычных электроустановках переменного тока с частотой 50 Гц.

2. Магнитоэлектрические - предназначены для фиксации силы тока малых значений постоянного тока. Они имеют магнитоэлектрическое измерительное устройство и шкалу с проградуированными делениями.

3. Термоэлектрические приборы предназначены для измерения силы тока в цепях высоких частот. В состав таких приборов входят магнитоэлектрический механизм, выполненный в виде проводника, к которому приваривается термопара. Протекающий по проводку ток вызывает его нагрев, который фиксируется термопарой. Формирующееся излучение своим влиянием вызывает отклонение рамки на угол, который пропорционален силе тока.

4. Ферродинамические приборы - состоят из замкнутого магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала, сердечника и неподвижной катушки. Характеризуются высокой точностью измерения, надёжностью конструкции и низкой чувствительностью к воздействию электромагнитных полей .

5. Электродинамические устройства предназначены для замеров величины силы тока в цепях постоянного / переменного токов повышенных частот (до 200 Гц). Они чувствительны к перегрузкам и внешним электромагнитным полям. Но из-за высокой точности замеров их используют в роли контрольных приборов для поверки действующих амперметров.

6. Цифровые амперметры - современная модель приборов, сочетающая преимущества аналоговых приборов. На сегодня такие устройства завоевывали лидирующие позиции. Это объясняется удобством в работе, легкостью использования, небольшими размерами и высокой точностью получаемых результатов измерений. Кроме того, цифровые приборы можно использовать в разнообразных условиях: он не боится тряски, вибрации и пр. воздействий.

Рассмотрим несколько амперметров разных производителей и разных типов:

1. амперметры Ам-2 DigiTOP

Технические характеристики:

Количество входов 1

Измеряемый переменный ток 1 ...50 А

Погрешность измерения 1%

Дискретность индикации 0,1 А

- напряжение питания -100...-400 В, 50 (+1) Гц Габаритные размеры 90x51x64 мм

Работоспособность и долговечность бытовой электротехники зависят от качества получаемой электроэнергии. Как правило, к выходу из строя электронной техники, будь то холодильники, телевизоры или стиральные машины, приводит повышение напряжения выше допустимых пределов. Наиболее опасно длительное повышение напряжения выше допустимой отметки. При этом выходят из строя блоки питания электронной техники, перегреваются обмотки электродвигателей, нередко происходит возгорание.

2. амперметр лабораторный Э537

Данный прибор (амперметр Э537) предназначается для точного измерения силы тока в цепях переменного и постоянного тока.

Класс точности 0,5.

Диапазоны измерения 0,5 / 1 A;

Масса 1,2 кг.

Технические характеристики амперметра Э537:

Конечное значение диапазона измерений 0,5 А/1 А

Класс точности 0,5

Область нормальных частот (Гц) 45 - 100 Гц

Область рабочих частот (Гц) 100 - 1500 Гц

Габаритные размеры 140 х 195 х 105 мм

Цифровое устройство амперметр базовой модели выпускается в нескольких типовых модификациях в зависимости от базового значения параметров замеряемого тока. При заказе данной модели цифрового амперметра, требуется заявить, с каким базовым параметром силы тока Вам придётся работать: 1 А, 2 А или 5 А.

Базовые параметры замеряемого тока, Iн-1 Ампер (СА3020-1), 2 Ампер (СА3020-2) или 5 Ампер (СА3020-5);

Границы замеряемых токов от 0,01 Iн до 1,5 Iн;

Диапазон частот по замеряемым токам от 45 до 850 Герц;

Границы базовой допускаемой существующей погрешности ±0,2% к оптимальному значению параметров замеряемой силы тока;

напряжение по питанию - сеть переменного тока напряжением (85-260) Вольт и частотой (47-65) Герц или постоянное напряжение (120 - 300) Вольт;

Потребляемая устройством мощность не больше чем 4 ВА;

Размерные габариты 144x72x190 мм;

Масса не больше чем 0,55 кг;

Мощность, потребляемая измерительной цепью амперметров серии 3020, не превышает: для СА3020-1 - 0,12 ВA; для СА3020-2 - 0,25 ВA; для СА3020-5 - 0,6 ВA.

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 и особенности подключения

Чтобы точно произвести замеры и не вывести прибор из строя, его нужно правильно включить в электрическую цепь. Амперметр подключается последовательно к участку сети, на котором нужно произвести замеры. Для единичного измерения используют щупы, а для постоянного снятия показаний устройство подключается при помощи зажимов.

Важно! Обязательно нужно соблюдать полярность подключения! К фазному проводу подключается положительный щуп, а к нулевому выводу – отрицательный щуп.

Особенностью амперметра является возможность повысить предел его измерений. Для этого измерительный прибор включается в сеть при помощи таких дополнительных устройств:

• Для замеров постоянного тока требуется дополнительно подключить магнитный усилитель;
• При замерах переменного значения в цепь дополнительно включается трансформатор;
• Подключение через шунт. Этот способ считается универсальным и подходит для измерений не только переменного, но и постоянного тока.

Именно поэтому чаще всего используется этот вид подключения. Рассмотрим подробнее, что это такое.

Устройство и подключение шунта

Для подключения амперметра используют стандартный шунт, представляющий собой медную пластину, закрепленную на изоляторе из карболита. На медной пластине с каждой стороны имеется по два винта: потенциальные и токовые зажимы. В комплекте идут заводские изделия, имеющие установленное сопротивление и рассчитанные на определенную силу тока. Чтобы правильно включить шунт в цепь измерения, придерживайтесь следующего алгоритма:

• Выбирать изделие следует с большими показателями предполагаемых значений. Например, если предполагаемая сила тока в проверяемой линии составляет 12–15 A, выбирается изделие, позволяющее проводить замеры до 20 A;
• Далее подключаются измерительные провода от амперметра к потенциальным зажимам на медной планке;
• Измеряемая линия обесточивается;
• Затем отсоедините питающие провода от устройства, на котором нужно проверить потребляемое значение;
• Шунт включается в разрыв электрической линии: отсоединенные провода подключаются к токовым зажимам.

Обратите внимание! Полученные показания умножаются на коэффициент, который указывается на изоляционной пластине шунта. Если этот коэффициент не указан, можно самостоятельно рассчитать цену деления прибора. Для этого максимальное значение шкалы умножается на расчетные показатели дополнительной пластины.

Особенности расчета

Если стандартные шунты с заводскими обозначениями отсутствуют, эти значения можно рассчитать самостоятельно, если вместо сопротивления использовать промышленные резисторы. В этом случае поступают следующим образом:

1. Чтобы расширить диапазон шкалы измерений, параллельно к устройству подсоединяется резистор, через который проходит основная часть тока. При этом через измеряющее устройство проходит незначительная часть, достаточная для замеров;
2. Следующим шагом определяется максимальное значение тока. Для этого вольтметром, соблюдая полярность, измеряется напряжение на источнике питания. Также определяется общее сопротивление цепи, на которое делится величина напряжения;
3. Теперь нужно узнать сопротивление обмотки амперметра. Эта величина указывается в паспорте к прибору или измеряется самостоятельно;
4. Остается рассчитать требуемое сопротивление резистора, используемого в качестве шунта. Для этого максимальный ток умножается на общее сопротивление линии, а полученное значение делится на номинальное напряжение источника питания.

Теперь вы знаете не только как , но и как правильно его подключить в электрическую цепь. Надеемся, что этот материал помог вам выйти из ситуации, когда шкалы измерения прибора не хватает для точных замеров. Мы разобрались, что для этого нужно подключить стандартный шунт или рассчитать его самостоятельно.