Что вызывает поворот рамки со стрелкой амперметра

Амперметр устройство и принцип действия

Амперметр это измерительный прибор для определения силы тока, измеряемой в амперах. В соответствии с возможностями прибора, его шкала имеет градуировку, обозначающую микроамперы, миллиамперы, амперы или килоамперы. 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 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.

Устройство амперметра

В состав электродинамического амперметра входят подвижная и неподвижная катушки, соединенные последовательно или параллельно. Токи, проходящие через катушки, взаимодействуют между собой, в результате чего происходит отклонение подвижной катушки, с которой соединяется стрелка. При включении в электрический контур, осуществляется последовательное соединение амперметра с нагрузкой. В случае большой силы тока или высокого напряжения, соединение производится через трансформатор.

Принцип работы

Упрощенная классическая схема амперметра работает следующим образом. Параллельно с постоянным магнитом на оси кронштейна устанавливается стальной якорь со стрелкой. Постоянный магнит, воздействуя на якорь, придает ему магнитные свойства. При этом, расположение якоря проходит вдоль силовых линий, которые также проходят вдоль магнита. Такое положения якоря соответствует нулевому положению стрелки на шкале прибора.

При прохождении тока батареи или генератора по шине, вокруг нее происходит возникновение магнитного потока. Его силовые линии в месте нахождения якоря, перпендикулярны с силовыми линиями в постоянном магните. Создаваемый электрическим током магнитный поток, воздействует на якорь, стремящийся к повороту на 90 градусов. Повернуться относительно исходного положения ему мешает поток, образующийся в постоянном магните.

От того, какой величины и направления электрический ток, проходящий по шине, зависит степень взаимодействия двух магнитных потоков. На такую же величину происходит и отклонение стрелки по шкале, от нулевого деления.

Амперметр: как измерять ток

Амперметр — прибор, предназначенный для измерения силы тока в электрической цепи. Подключение измерительного устройства в схему проводится последовательно с участком, который необходимо замерить. Чем ниже внутреннее сопротивление прибора, тем меньше погрешность измерения. Амперметр нельзя подключать как вольтметр, то есть непосредственно к источнику питания, так как произойдет короткое замыкание.

Конструктивные особенности

Существует несколько видов приборов, которые конструктивно отличаются друг от друга. Служат они для измерения переменного и постоянного тока. По своему принципу действия амперметры бывают:

• электромагнитными;
• магнитоэлектрическими;
• тепловыми;
• электродинамическими;
• детекторными;
• индукционными;
• фото- и термоэлектрическими.

Из всех видов наиболее точными считаются электромагнитные и магнитоэлектрические приборы. Основу магнитоэлектрических устройств составляет постоянный магнит. При прохождении тока через обмотку рамки, между ним и магнитом создается крутящий момент.

С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале амперметра и показывает значение силы тока. В электродинамическом приборе основными деталями считаются подвижная и неподвижная катушки. Они могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно.

Проходящие через них токи взаимодействуют между собой, и подвижная катушка, соединенная со стрелкой, отклоняется. Если с помощью амперметра измеряется большая сила тока, то его соединяют через трансформатор.

Принцип работы

Первый прибор в начале XIX века изобрел Швейгер, но он тогда назывался гальванометром. Рисунок простейшего амперметра выглядит так. На оси кронштейна расположен якорь из стали со стрелкой. Эта конструкция расположена параллельно постоянному магниту, который воздействует на якорь и придает ему магнитные свойства.

Вдоль магнита и стрелки проходят силовые линии, что соответствует нулевому положению на шкале. Как только начнет проходить электрический ток по шине, то произойдет образование магнитного потока. Его силовые линии будут расположены перпендикулярно линиям постоянного магнита.

Под таким воздействием якорь будет стараться повернуться на 90°, а магнитный поток воспрепятствует его возвращению в исходное положение. От величины и направления тока, который проходит по шине, зависит взаимодействие магнитных потоков. Соответственно этой величине стрелка отклонится от нуля по шкале.

Применение приборов

Электромагнитные типы устройств обычно применяются в электрическом оборудовании, работающего в сетях переменного тока с частотой 50 Гц. Магнитоэлектрические приборы фиксируют малые значения силы постоянного тока. Все амперметры по отсчетным устройствам бывают:

• со стрелочным указателем;
• с записывающим механизмом;
• электронные;
• с цифровым показанием.

Для измерения силы тока в электрических сетях высоких частот применяются термоэлектрические устройства, в которых роль датчика играет термопара. Она фиксирует степень нагрева проводника, при протекании по нему тока. Рамка реагирует на температуру, которая пропорциональна силе тока.

Электродинамические приборы используются для замера силы тока в цепях частотой до 200 Гц. Отличаются чувствительностью к перегрузкам и посторонним электромагнитным волнам. Благодаря точности замеров, применяются в качестве контрольных приборов для проверки остальных устройств для измерения силы тока.

Более современными моделями считаются цифровые амперметры, которые по физическим показаниям сочетают преимущества аналоговых приборов. Пользователи могут делать замеры с их помощью в любых условиях, так как они не боятся тряски, вибрации и т. д.

К бесконтактным устройствам относятся клещи для измерения тока. Устроены они из головки трансформатора. С их помощью могут определяться значения в любых участках электрической цепи. Для этого следует клещами охватить замеряемый кабель или провод.

Популярные модели

Как отечественными, так и зарубежными производителями выпускается довольно большое количество приборов, разнообразной классификации. Особенно ценятся цифровые устройства, которые нужны для измерения показаний. К ним относятся:

1. А-05 (DC-2) — прибор устроен с внешним шунтом 75 мВ для измерения показаний в цепях постоянного напряжения. В зависимости от используемого трансформатора, амперметр используется в сетях с током от 100 до 1 тыс. А. Единицей измерения является ампер, замеры которого получают с погрешностью 1%, если класс точности шунта не менее 0,5. Потребляемая мощность не более 5 Вт.
2. ВАР-М01−083 AC 20−450 В УХЛ4 — универсальный прибор, применяемый как вольтметр, так и амперметр. Устройство может использоваться в качестве основного и дополнительного оборудования. Питается за счет проверяемой электрической цепи. Прибор обладает функцией сохранения в памяти минимального и максимального значения. Управление осуществляется одной кнопкой, переключением которой можно вызвать все функции.
3. ТДМ SQ 1102−0060 400А/5А — недорогой стрелочный прибор, применяемый в однофазных сетях. Корпус выполнен из негорючего пластика и имеет полную совместимость со многими маркировками трансформаторов. Средний срок службы составляет около 12 лет.
4. АМ-1 — стационарный измерительный прибор, устанавливаемый на DIN-рейку. В комплект входит дополнительный трансформатор. Погрешность измерения составляет не более 0,5 А.

Стоит отметить еще модели амперметров АМ-3, IEK Э 47−1500/5 А, ACS 712 30 А RD и др. Чтобы избежать больших погрешностей, следует выбирать устройства с сопротивлением до 0,5 Ом. Корпус устройств должен быть герметичным и состоять из негорючего материала. Клеммы обычно покрывают антикоррозийным слоем, назначение которых считается обеспечение более прочного контакта.

Процесс измерения

На практике амперметр используется гораздо реже, но иногда все-таки существует необходимость сделать замеры тока. Обычно такая процедура применяется для определения мощности электрического прибора, если нет соответствующих обозначений. Очень важно, что при измерении тока величина напряжения, приложенного к электрической цепи, не имеет значения. Замер прибором можно проводить, разорвав цепь в любом месте.

Источником может быть простая батарейка на 1,5 В, аккумулятор на 12 В или однофазная сеть 220 В. Перед началом измерений пользователи подготавливают оборудование, переводя ручки настройки в соответствующее начальное положение. Если примерное значение тока неизвестно, то переключатели устанавливаются на максимальное значение.

Когда все будет подготовлено, в одну из розеток подключается электрический прибор, а в другую провода амперметра. Если это бытовая сеть, то на измерительном устройстве следует выставить переменный ток и максимальное его значение. При измерении стрелочными приборами часто допускаются ошибки, так как сам процесс с ними проводить не очень удобно.

В этом случае гораздо удобнее использовать цифровые измерительные устройства. Очень популярны мультиметры M890G, в которых есть два диапазона для измерений как переменного, так и постоянного тока. Опытные электрики обычно примерно знают параметры электрической сети, поэтому они сразу устанавливают переключатели в нужное положение.

Если они не знают значения измеряемого тока, то устанавливают на мультиметре предельное значение равное 10 А. Далее, прибор перенастраивается на меньшее значение, соответствующее току сети.

Следует помнить, что переключение осуществляется при обесточивании проверяемой электрической цепи. Используя универсальный прибор, который выполняет задание вольтметра и амперметра, косвенно измеряют сопротивление подключенного прибора. Для этого дополнительно проводят расчеты, связанные с законом Ома.

Амперме́тр (от ампер + μετρέω «измеряю») — 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 [1] 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 [2] . 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). Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания): это приведёт к короткому замыканию!

Бесконтактное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется токоизмерительные клещи (на фото).

Содержание

Общая характеристика [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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 прямо пропорционален силе тока, поэтому шкала магнитоэлектрического прибора линейна. Направление поворота стрелки зависит от направления протекающего через рамку тока, поэтому магнитоэлектрические амперметры непригодны для непосредственного измерения силы переменного тока (стрелка будет дрожать возле нулевого значения), и требуют правильной полярности подключения в цепи постоянного тока (иначе стрелка будет отклоняться левее нуля).

• 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 [ править | править код ]

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.

ВРАЩЕНИЕ РАМКИ С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Если по проволочной рамке в магнитное поле пропустить эл ток, то рамка (контур с током) вращается. Это явление лежит в основе работы электродвигателя.

Рисунок 1.

Вращение рамки происходит вследствие действия силы Ампера на проводник с током.

Магнитный момент

— сила тока в контуре, — площадь поверхности, охватываемой контуром.

– вектор, направленный перпендикулярно поверхности контура (по «нормали» к его поверхности) и связанный с направлением тока в нем правилом правого винта.

Рис.3, а).

Рис.3, б) Рис.3, в)

2. Вращающий (крутящий) момент , действующий на рамку с током.

Сила Ампера, действующая на правую сторону рамки:

Такая же сила действует на левую сторону рамки.

Две силы, равные по величине и противоположно направленные, создают вращающий момент:

который стремится развернуть плоскость рамки перпендикулярно полю.

— площадь контура (рамки).

— магнитный момент контура с током.

— угол между нормалью к плоскости рамки и вектором магнитной индукции (то есть угол между магнитным моментом и вектором ).

Каким образом работают амперметр и вольтметр

• Как определить сопротивление
• Как измерить мощность сигнала
• Как определить цену деления амперметра
• Как найти момент сопротивления
• Как отличить переменный от постоянного тока
• Как определять цену деления приборов
• Как измерить входное сопротивление
• Как подобрать шунт
• Как найти цену деления прибора
• Как измерить индуктивность
• Как определить цену деления вольтметра
• Как подключить вольтметр в ВАЗ
• Как найти амплитуду силы тока
• Как определить мощность
• Как измерить напряжение и ток
• Как измерить магнитное поле
• Как течет электрический ток
• Как измерить переменный ток
• Как понизить силу тока
• Как проверить провод тестером
• Как пользоваться мультиметром
• Как ампер перевести в вольт
• Сколько вольт в одном ампере
• Как узнать мощность тока

Что такое амперметр, виды, устройство и принцип работы

Для определения значения тока в электрической цепи, применяют специальные приборы — амперметры. Амперметр включается последовательно в исследуемую цепь, и, в силу крайне малого собственного внутреннего сопротивления, данный измерительный прибор не вносит сколь-нибудь существенных изменений в электрические параметры цепи.

Шкала прибора градуирована в амперах, килоамперах, миллиамперах или микроамперах. Для расширений пределов измерений, амперметр может быть включен в цепь через трансформатор или параллельно шунту, когда лишь малая доля измеряемого тока проходит через прибор, а основной ток цепи течет через шунт.

Сегодня есть два особо популярных типа амперметров — механические амперметры — магнитоэлектрические и электродинамические, и электронные — линейные и трансформаторные.

В классическом магнитоэлектрическом амперметре со стрелкой и градуированной шкалой, через подвижную катушку прибора проходит определенная часть измеряемого тока, обратнопропорциональная сопротивлению катушки, включенной параллельно калиброванному шунту малого сопротивления.

Ток (прямой или выпрямленный) проходящий через катушку приводит к повороту стрелки магнитоэлектрического амперметра, и угол наклона стрелки оказывается пропорционален величине измеряемого тока.

Ток через катушку амперметра создает на ней крутящий момент благодаря взаимодействию собственного магнитного поля с магнитным полем установленного стационарно постоянного магнита. И поскольку стрелка соединена с катушкой-рамкой, она наклоняется на соответствующий угол и указывает значение тока на шкале.

Электродинамический амперметр устроен несколько более сложным образом. В нем есть две катушки — одна неподвижная, а вторая — подвижная. Катушки соединены между собой последовательно или параллельно. Когда токи проходят через катушки, то их магнитные поля взаимодействуют, в итоге подвижная катушка, с которой соединена стрелка, отклоняется на угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

В приборах, предназначенных для измерения значительных токов, основной ток всегда проходит через шунт малого сопротивления, а катушка соединенная со стрелкой, принимает на себя только малую долю тока, выступая в роли проводящего ответвления от основного пути тока. Соотношения токов через измерительную рамку и через шунт обычно принимаются такими: 1 к 1000, 1 к 100 или 1 к 10.

Часто для измерения значительных токов или при работе с высоковольтными цепями, применяют включение амперметра через измерительный трансформатор тока. В этом случае ток, пропорциональный току в первичной обмотке, измеряется во вторичной обмотке, а шкала градуируется соответственно измеряемому в первичной обмотке току. Вторичная обмотка измерительного трансформатора тока всегда шунтирована резистором, иначе наведенная на ней ЭДС могла бы оказаться опасно высокой.

При включении измерительного трансформатора тока в цепь высокого напряжения, корпус амперметра и вторичную цепь измерительного трансформатора обязательно заземляют, чтобы подстраховаться на случай пробоя изоляции.

На базе трансформаторов тока или датчиков Холла изготавливают амперметры типа «токовые клещи». Применение датчика Холла позволяет измерять постоянный ток, а трансформаторов тока — переменный ток.

Клещи на базе трансформатора тока — для измерения переменного тока, — проще в изготовлении и стоят они дешевле. Разъемный магнитопровод представляет собой сердечник трансформатора тока, на котором намотана вторичная обмотка, шунтированная резистором. Первичной обмоткой выступает провод, который клещами обхватывают для измерения тока в нем.

Электронная схема вычисляет в соответствии с законом Ома, исходя из напряжения на шунтирующем резисторе и коэффициента трансформации, ток в исследуемой цепи.

Токоизмерительные клещи UNI-T UTM 1202A:

Клещи на базе датчика Холла (для измерения постоянного тока) используют эффект Холла, когда создаваемое постоянным током магнитное поле приводит к появлению пропорциональной ЭДС Холла на схеме датчика.

Преимущество токовых клещей с датчиком Холла в том, что они обладают высоким быстродействием, и позволяют отслеживать кратковременные броски тока.

Наконец, в простых цифровых мультиметрах с функцией измерения тока, применяется линейная схема измерения с шунтом. Здесь нет подвижной рамки со стрелкой, вместо этого электроника измеряет падение напряжения на шунте известного сопротивления, сравнивает его с эталонным значением, и подсчитывает значение тока. Результат измерения тока отображается на цифровом дисплее.