Из всех типов электромагнитные и магнитоэлектрические устройства считаются самыми дорогими. Магнитоэлектрические устройства основаны на постоянных магнитах. Когда ток проходит через обмотку рамки, между рамкой и магнитом возникает вращающий момент.
Амперметр. Назначение, типы амперметров их устройство и принцип работы, как пользоваться и подключать
Амперметр — это электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения силы тока в части электрической цепи. Это значение дается в единицах, называемых амперами, отсюда и название «амперметр». На практике электрические величины измеряются в различных диапазонах от микроампер (мкА) до килоампер (кА).
Амперметры — это то же самое, что и токоизмерительные клещи, но приспособленные для измерения тока, и шкала их измеряется в амперах.
Амперметры изображены на схеме с кругом в центре и буквой A.
Для измерения тока можно также использовать мультиметр. Перед проведением измерений необходимо ознакомиться с инструкцией к данному мультиметру, чтобы правильно его настроить и подключить к электрической цепи.
Как работают амперметры?
Существует два типа амперметров Аналоговые амперметры, показывающие значение путем отклонения стрелки на механическом устройстве, и все более цифровые приборы со сложной электроникой сегодня.
Построение аналоговых амперметров требует использования явлений, которые зависят от величины тока. В большинстве случаев они связаны с генерацией магнитного поля проводником, по которому течет ток. Чем выше сила тока, тем больше влияние этого явления.
Каждый аналоговый амперметр имеет подвижные и неподвижные части. Движущиеся части отмечены стрелками, которые можно перемещать по шкале для снятия показаний прибора. Чтобы избежать ошибок при чтении, вызванных эффектом параллакса, необходимо смотреть на стрелку под прямым углом к шкале, чему способствует зеркало, расположенное рядом со шкалой (см. рис. 1).
Рис. 1. Индикаторный микроамперметр, оснащенный зеркалом для уменьшения параллактического эффекта при измерении.
Типы амперметров их устройство и принцип работы
Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с потоком электричества через проводник. Некоторые из них перечислены ниже.
Магнитоэлектрические амперметры.
- На проводники тока, помещенные в магнитное поле, действуют электрические силы. Его величина зависит от абсолютного значения тока, длины проводника и величины магнитной индукции.
Магнитоэлектрический измеритель тока, основанный на этом явлении, показан на рис. 2. Вращающаяся катушка, через которую протекает измеряемый ток, выделена красным цветом. Часть катушки, перпендикулярная плоскости на схеме, используется в качестве проводника.
Магнитное поле создается постоянными магнитами, сформированными таким образом, чтобы магнитное поле было радиальным. Поэтому каждая часть взаимодействующего проводника всегда перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, независимо от положения катушки с указателем.
Рис. 2. Принципиальная схема магнитоэлектрического измерителя тока. Красный цвет — это катушка, через которую течет ток, а зеленый — пружина.
Уравнение для силы магнитного взаимодействия, действующей на прямой проводник с током в магнитном поле, имеет вид F = I * L * B (1). Где.
- L — вектор, размер которого равен его длине и направлению вдоль проводника. Она равна направлению протекания тока.
- B — индуцированный вектор магнитного поля.
Согласно этому уравнению, к токоведущим проводникам прикладывается ток, перпендикулярный плоскости (см. рис. 2), направление которого перпендикулярно как этим проводникам, так и вектору индукции магнитного поля. Эта сила заставляет катушку вращаться. Согласно уравнению (1), величина силы равна F = I * l * B *sinα (2) Где.
где α — угол между направлением вектора L и вектором индукции магнитного поля B. Если магнитное поле радиальное, как описано выше, этот угол всегда равен 90°.
Пружина, обозначенная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки, чтобы создать равновесное положение в ответ на ток. Значение силы тока можно определить по стрелкам на шкале амперметра.
Амперметр, описанный таким образом, показывает направление, в котором течет ток. Его можно использовать только для постоянного или непостоянного тока. Особенно это касается конструкции гальванометров.
Электрокинетический амперметр.
- Две катушки, по которым течет ток, магнитно взаимодействуют друг с другом.
Электрокинетические амперметры состоят из двух катушек — подвижной и неподвижной (см. рис. 3).
Рис. 3. Конструкция электрокинетического амперметра. 1 — неподвижная катушка, 2 — подвижная катушка, 3 — пружина.
Когда ток протекает через обе катушки, значения которых необходимо измерить, магнитные поля взаимодействуют, и подвижная катушка и прикрепленный к ней указатель (стрелка) смещаются. Это явление не зависит от направления протекания тока. Электрокинетические амперметры могут использоваться для измерения постоянного и переменного тока, включая быстро меняющиеся токи. Это дорогие устройства, но дорогие. Чаще всего они используются в качестве эталонных измерительных приборов в лаборатории.
Как пользоваться и подключать амперметр к цепи?
Для измерения тока в простейших электрических цепях необходимо отключить цепь в любой точке и подключить прибор к этому выключателю (см. рис. 5). Такое соединение называется последовательным. Это означает, что, например, для измерения тока в проводнике амперметр подключается последовательно с этим проводником. В этом случае через проводник и амперметр протекает один и тот же ток.
Рис. 5.Подключение амперметра к электрической цепи
В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединенных так, что концы одного проводника соединены с концами другого проводника, ток во всех участках одинаков. Это связано с тем, что нагрузка, проходящая через любой участок проводников цепи за одну секунду, одинакова. Когда ток течет по электрической цепи, нигде в проводниках цепи не накапливается заряд. Это то же самое, что при протекании по трубе вода не скапливается нигде на отдельном участке трубы. Поэтому при измерении тока амперметр может быть подключен в любой точке цепи, состоящей из ряда последовательно соединенных проводников, так как ток во всех точках цепи одинаков. Если один амперметр подключить к одной цепи до лампы, а другой — после лампы, оба покажут одинаковый ток.
Предупреждение. Не подключайте амперметр к клемме источника без токоприемника, включенного последовательно с амперметром. Вы можете повредить амперметр!
Каждый амперметр имеет предел измерения (предел тока). Это означает, что шкала на амперметре показывает максимальный ток, на который он рассчитан. Не подключайте амперметры высокой интенсивности к электрическим цепям, так как они могут выйти из строя.
При включении устройства необходимо проверить полярность. Это означает, что клемма с маркировкой ‘+’ должна подключаться к кабелю только от клеммы с маркировкой ‘+’ на устройстве электропитания. Если устройство правильно включено, амперметр должен пропускать ток от клеммы ‘+’ к клемме ‘-‘.
При подключении к цепи амперметр, как и любой другой измерительный прибор, не должен влиять на измеряемое значение. Поэтому они сконструированы таким образом, что при их включении в цепь ток в ней изменяется очень незначительно. Как вы уже знаете, все измерительные приборы имеют определенное электрическое сопротивление. Если амперметр подключен последовательно к цепи, его электрическое сопротивление увеличивает общее электрическое сопротивление цепи. Это приводит к нежелательному снижению тока. Чтобы избежать этого, сопротивление амперметра должно быть низким. В идеале амперметр не должен иметь сопротивления (R = 0), но на практике этого достичь невозможно.
Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с потоком электричества через проводник. Некоторые из них перечислены ниже.
Принцип работы
Первый прибор был изобретен Швайгером в начале 19 века и впоследствии был назван гальванометром. Простейшая конструкция амперметра выглядит следующим образом На валу стрелы имеется стальная арматура со стрелой. Эта структура параллельна постоянному магниту, который воздействует на арматуру и придает ей магнитные свойства.
Вдоль магнита и стрелки проходят силовые линии, соответствующие нулевому положению шкалы. Как только ток начинает течь по стержню, образуется магнитный поток. Силовые линии перпендикулярны линиям постоянного магнита.
В результате якорь пытается повернуться на 90°, а магнитный поток не дает ему вернуться в исходное положение. Величина и направление тока, протекающего через стержень, влияет на взаимодействие магнитного потока. В зависимости от этого размера стрелка отклоняется от нуля к шкале.
Применение приборов
Электромагнитные системы обычно используются для электрооборудования переменного тока частотой 50 Гц. Магнитоэлектрические устройства регистрируют небольшие значения постоянного тока. Все амперметры могут быть считывающими:.
- С помощью стрелки-указателя.
- С механизмом регистрации.
- Электроника, с
- цифровой дисплей.
Термопары используются для измерения тока в высокочастотных электрических сетях, где термопара выступает в качестве датчика. Он регистрирует степень нагрева трубы как утечку тока. Термопары реагируют на температуру пропорционально силе тока.
Электродинамические приборы используются для измерения токов в цепях с частотой до 200 Гц. Они чувствительны к перегрузкам и внешнему электромагнитному излучению. Благодаря точности измерения они используются в качестве эталонных устройств для контроля других токоизмерительных приборов.
Последние модели считаются цифровыми измерителями тока, сочетающими в себе естественные преимущества аналоговых приборов. Пользователи могут проводить измерения в любых условиях, не опасаясь вибрации или колебаний.
К бесконтактным устройствам относятся силовые зажимы. Они изготавливаются из головок трансформаторов. Их можно использовать для определения значения любой части схемы. Для этого необходимо поместить плоскогубцы вокруг измеряемого кабеля или провода.
Популярные модели
Национальные и международные производители выпускают очень большое количество устройств в различных категориях. Особую ценность представляют цифровые устройства, необходимые для измерения показаний. К ним относятся:.
- A-05 (DC-2) — прибор оснащен внешней цепью 75 мВ для измерения показаний цепи постоянного тока. В зависимости от используемого трансформатора амперметры применяются в цепях с токами от 100 до 1 000 А. Единицей измерения является ампер, класс точности байпаса не менее 1. 0.5. Потребляемая мощность менее 5 Вт.
- VAR-M01-083 AC 20-450 V UHL4 — это прибор общего назначения, который может использоваться как вольтметр и амперметр. Прибор можно использовать в качестве основного и дополнительного инструмента. Он питается от проверенной электрической цепи. Устройство имеет возможность сохранять в памяти минимальные и максимальные значения. Управление осуществляется с помощью одной кнопки, обеспечивающей доступ ко всем функциям.
- TDM SQ 1102-0060 400A/5A — это недорогой однофазный счетчик. Корпус изготовлен из невоспламеняющегося пластика и полностью совместим со многими маркировками трансформаторов. Средний срок службы составляет около 12 лет.
- AM-1 — это стационарный измерительный прибор, устанавливаемый на DIN-рейку. В комплект поставки входит дополнительный трансформатор. Погрешность измерения не превышает 0,5 А.
Стоит отметить еще модели амперметров АМ-3, IEK E 47-1500 / 5 A, ACS 712 30ARD и др. Чтобы избежать больших погрешностей, следует выбирать устройства с сопротивлением менее 0,5 Ом. Корпус устройства должен быть герметичным и изготовлен из негорючего материала. Клеммы обычно покрыты антикоррозийным слоем, призванным обеспечить более прочный контакт.
