Что измеряет амперметр в физике

Что измеряет амперметр

Электрический ток имеет несколько измеряемых величин. Статья раскрывает тему — что такое амперметр, разновидности этого прибора и принцип действия амперметра.

Физическая величина

Амперметром измеряется физическая величина Ампер.

Ампер определяет силу тока. Силой тока является скорость прохождения заряженных частиц объемом 1 Кулон через 2 параллельных проводника длинной 1 метр. Этот закон был открыт французским физиком Андре-Мари Ампером.

Первое же функциональное устройство для измерения силы тока изобрел Йохан Швейгер в 1820 году. Тогда оно носило название гальванометр.

Амперметр

Амперметр — это прибор, который используется для измерения силы тока. Он представляет собой устройство со шкалой и стрелкой. Внутри устройства располагается металлическая или магнитная рама. Внутри рамы установлена катушка. Принцип работы амперметра следующий:

1. Через катушку проходит электрический ток.
2. Ток создает магнитное поле, которое сдвигает стрелку прибора.

Измерение имеет практически нулевую погрешность, по причине того, что сопротивление амперметра совсем незначительное. Оно не может влиять или изменять параметр проходящего напряжения.

Табло каждого механического амперметра имеет шкалу. Шкала показывает предел измерения амперметра. Подобными устройствами можно измерять от высокой величины 10 Ампер, до самой низкой в единицах до 200 микроампер. При работе необходимо учитывать предел измерений. Его можно расширить путем подключения трансформатора или шунтирующего элемента.

При работе также необходимо знать, для измерения какого тока предназначен амперметр. Они бывают: постоянными и переменными. На шкале каждого устройства есть обозначение, для какого вида напряжения предназначено устройство.

Амперметр постоянного тока используется для замера силы тока в приборах, которые работают через понижающий трансформатор и диодный мост. Часто потребители оснащаются амперметрами для контроля величины нагрузки. В принципиальной схеме очень легко найти амперметр — он обозначается буквой «А», заключенной в круг.

Амперметры переменного тока используются для замера нагрузки бытовых или высоковольтных сетей. Они работают при параллельном подключении трансформатора или шунтирующего резистора с большой величиной сопротивления. Таким образом удается снизить нагрузку на сам измерительный прибор. Далее будут рассмотрены основные типы амперметров.

Разновидности

Описываемый измерительный прибор прошел долгий путь и множество модернизаций. На сегодняшний день существуют аналоговые и цифровые виды этих устройств. Также существуют: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические типы амперметров. Каждый тип имеет свои особенности устройства и работы с ним. Далее будет описан более подробно каждый тип.

Магнитоэлектрический прибор

Особенностью этих приборов является магнитная катушка, которая приходит в движение при воздействии электрического напряжения.

Все подобные устройства используются для измерения силы постоянного тока. Преимуществом является очень высокая чувствительность и точность измерения.

Электромагнитный

Прибор не имеет в своей конструкции вращающейся катушки.

Изменение угла положения стрелки на циферблате происходит за счет магнитного поля, воздействующего на сердечники катушек. Подобные амперметры универсального типа. С их помощью можно замерять силу постоянного и переменного тока. Главным недостатком является наличие погрешности.

Электродинамический

Прибор по конструкции схож с магнитоэлектрическим. Основное отличие заключается в наличие подвижной и неподвижной катушек.

При подключении, магнитные поля двух элементов воздействуют друг на друга, что приводит к изменению положения стрелки. Прибор достаточно точный. Единственный недостаток в том, что на его работу могут влиять посторонние магнитные поля.

Ферродинамический

Этот измерительный прибор считается наиболее точным. Устройство амперметра, включает в себя провод из феррита, металлический сердечник и катушку.

Работает прибор по принципу вращения катушки, за счет образования магнитного поля. Основной особенностью является полная независимость от воздействий посторонних магнитных полей. Обладает высокой чувствительностью.

Электронный

С развитием электроники, амперметры стали выпускать в цифровых вариациях. Наиболее известны 2: простой бытовой мультиметр и тестер с токоизмерительными клещами.

Основным преимуществом подобных приборов является простота и универсальность измерения силы тока. Они не восприимчивы к воздействию внешних магнитных полей, не боятся ударов, мелких повреждений и тряски. Близок к идеальному амперметру.

Для информации! Идеальный амперметр — амперметр с нулевым собственным сопротивлением.

Все описанные приборы используются и по сей день, в приборостроении, лабораториях, промышленности и отдельными энтузиастами.

Проверка

Точность показаний любого измерительного прибора зависит от калибровки. На аналоговых устройствах ставился штамп, который подтверждал проверку в лаборатории. На современных цифровых мультиметрах с режимом замера силы тока, таких штампов нет, и проверку они не проходили. Многие начинающие электрики не знают, как проверить амперметр. Для проверки точности измерения необходимо:

1. Тестируемый прибор подключить параллельно с эталонным. Желательно, чтобы это был механический амперметр.
2. В цепь подключить переменный резистор.
3. К переменному резистору подключить резистор с мощным сопротивлением.
4. Подключить схему к источнику питания.
5. При помощи переменного резистора «R2» установить порог напряжения таким образом, чтобы стрелка механического прибора встала точно на середине своей шкалы.
6. Включить мультиметр на измерение силы тока.
7. Сопоставить результаты.
8. Переменным резистором регулировать отклонение стрелки механического прибора в сторону максимума.
9. При отклонении на каждое следующее значение, сравнить результаты теста.

Таким образом можно проверить точность цифрового мультиметра при измерении силы тока. Для увеличения нагрузки, можно добавить в схему несколько ламп накаливания. Далее будет дано подробное описание, как пользоваться амперметром.

Подключение

Далее рассмотрим 2 варианта замера силы тока: для цепи с переменным и постоянным напряжением. Перед тем как подключить измерительное устройство, нужно вспомнить, что любой амперметр имеет очень низкое собственное сопротивление. Измерять силу тока без нагрузки со стороны стороннего элемента нельзя. Это особенно важно при работе с переменным напряжением. Все инструкции будут даны на примере цифрового мультиметра в режиме замера силы тока.

Переменный ток

Для того чтобы замерить силу переменного тока необходимо:

1. Перевести переключатель мультиметра в режим замера силы переменного тока.
2. Выбрать наибольшую величину.
3. Красный измерительный щуп подключить в гнездо «10–20 А», в зависимости от типа прибора.
4. Черный щуп вставить в гнездо «COM».
5. К трансформатору подключить провод питания (запрещено включать в розетку).
6. К клемме «+» от трансформатора подключить один контакт контрольной лампы.
7. Второй контакт от лампы соединить с красным измерительным щупом тестера.
8. Черный измерительный щуп соединить со второй клеммой трансформатора.
9. Подать на трансформатор напряжение.

Амперметр покажет значение потребления контрольной лампой в амперах. Подключать измерительные щупы без лампы строго запрещено.

Переменный ток также можно измерить при помощи токоизмерительных клещей. Для этого необходимо:

1. Вынуть из гнезд контрольные щупы.
2. Перевести тестер в режим замера силы тока.
3. Обхватить клещами жилу провода.

Амперметр выдаст значение потребления.

Постоянный ток

Для замера постоянного тока также используется параллельное подключение тестера. Далее необходимо:

1. Перевести прибор в режим замера силы постоянного напряжения.
2. Красный измерительный щуп вставить в гнездо «mA».
3. Черный оставить в гнезде «COM».
4. Выбрать наибольший параметр замера в миллиамперах.
5. Вход «минус» измеряемого прибора подключить к клемме «минус» аккумулятора.
6. Вход «+» прибора подключить к черному измерительному щупу.
7. Красный измерительный щуп соединить с клеммой «+» аккумулятора.

Таким образом можно узнать пороговое потребление прибора или устройства, работающего от постоянного напряжения.

Заключение

В статье рассматривалась тема назначения и использования амперметра. При работе требуется строго соблюдать порядок подключения и технику безопасности. Особенно это важно, при замерах переменных токов.

Физика

На предыдущем уроке мы говорили о том, что главной характеристикой действия электрического тока является сила тока. Поскольку сила тока – это физическая величина, то она может быть измерена. Для того чтобы измерить силу тока, используется прибор, который называется амперметр.

Слово «амперметр» состоит из двух слов. Ампер – это единица измерения силы тока, названная в честь французского учёного Ампера, а «метрио» – измерять, поэтому само название прибора говорит о том, что это – измеритель силы тока.

В основу всех амперметров положено магнитное и электромагнитное действие электрического тока: когда по проводнику протекает электрический ток, вокруг проводника наблюдается магнитное и электромагнитное действие.

Первые измерения силы тока были произведены в начале XIX века. Сам измерительный прибор был крайне примитивным: брали магнитную стрелку (компас), возле него располагали проводник, по которому протекал электрический ток, и по отклонению магнитной стрелки судили о том, электрический ток какой величины протекает по проводнику. То есть, по углу отклонения стрелки компаса делали выводы о величине силы тока.

Конечно, на сегодняшний день все эти приборы претерпели серьёзные изменения. Существует очень много различных видов амперметров. Однако все эти разновидности объединяет общий принцип: весь электрический заряд, который протекает по проводнику, должен проходить через амперметр.

Обозначение амперметра в электрической цепи

Рассмотрим, как обозначается амперметр на схемах. Перед этим вспомним, что сила тока обозначается буквой I. А единицей измерения силы тока является 1 Ампер. Как мы уже говорили, единица силы тока названа в честь французского учёного, который много сделал для исследования электрического тока и его действий (рис. 1).

Сам амперметр на схемах, т. е. на рисунках, которые изображают соединения частей электрической цепи, обозначают следующим образом: кружок, внутри которого написана буква А (рис. 2).

Рис. 2. Обозначение амперметра

Рассмотрим теперь непосредственно сами амперметры: какие они бывают, из чего состоят, как устроены.

На рис. 3 представлены фотографии различных видов амперметров.

Виды амперметров и отличительные черты амперметра

Амперметры могут быть различных размеров, конструктивных особенностей, однако есть ещё одна вещь, кроме принципа работы, которая их объединяет: амперметры всегда включаются в электрическую цепь последовательно. Говорят так: мы разрываем цепь, и в место разрыва включаем прибор.

Как отличить амперметр от других приборов?

Во-первых, на всех амперметрах мы видим букву А, которая подчёркивает, что этот прибор – амперметр. Кроме того, у всех амперметров есть шкала с делениями, а также зажимы (клеммы), к которым подключаются проводники. При этом одна из клемм всегда подписывается как «+» (чтобы именно она подключалась к положительному полюсу источника тока). Вторая клемма иногда обозначается «-» (в противном случае это подразумевается по умолчанию).

Все приборы, которые представлены на рис. 3, используются для измерения постоянного тока, т. е. того тока, который создают аккумуляторы и гальванические элементы. И на всех этих приборах есть знак, который говорит об этом: горизонтальная прямая линия. Если бы на приборе была изображена волнистая линия, то это означало бы, что этот прибор используется для измерения переменного тока.

Как мы уже говорили, в основе всех амперметров лежит магнитное действие электрического тока. На рис. 4. изображено устройство амперметра: стрелка прибора укреплена на очень легкой рамке. Эта рамка находится в магните, по которому протекает ток и создается магнитное поле. В этом магнитном поле и находится рамка. Она отклоняется в магнитном поле, и стрелка показывает по шкале различные значения силы тока.

Рис. 4. Устройство амперметра (Источник)

Если шкала прибора рассчитана на отрицательные и положительные значения, то с помощью такого амперметра можно измерять не только силу тока, но и его направление.

Как включается в цепь амперметр

Теперь подробнее рассмотрим то, как амперметры включаются в электрическую цепь (рис. 5).

Рис. 5. Включение амперметра в цепь

На рис. 5. изображены две схемы с гальваническими элементами. Короткой палочкой обозначается «-» (отрицательный полюс), а длинной – «+» (положительный полюс). Перечёркнутым кружочком обозначается лампочка накаливания, а ключ, который обозначен наклонной палочкой, в данной цепи замкнут. Кроме того, в цепь включён амперметр (кружочек с буквой А внутри).

Когда мы говорили о том, как включается амперметр, то упоминали, что положительный полюс амперметра (отмечен знаком «+») подключается к положительному полюсу источника тока.

Важен также тот факт, что амперметр можно располагать и так, как указано на левом рисунке, и так, как указано на правом. То есть, от того, что мы поменяли местами амперметр и лампу накаливания, показания амперметра не изменятся.

Дело в том, что, как мы уже говорили, амперметр включается в цепь таким образом, чтобы весь электрический заряд прошел через этот прибор. Соответственно, на любом участке цепи количество электрических зарядов, прошедших по проводнику, одинаково. Следовательно, можно говорить и о том, что амперметр показывает в обеих цепях одинаковое значение.

Краткие выводы урока: амперметр – прибор для измерения силы тока, который включается в цепь последовательно, т. е. в разрыв цепи. Амперметр показывает значение силы тока. Принцип действия любого амперметра основан на магнитном, электромагнитном действии электрического тока.

В заключение хотелось бы уточнить ещё один немаловажный нюанс: использовать амперметр можно исключительно тогда, когда мы приблизительно знаем значение силы тока. Дело в том, что через амперметр проходит весь заряд, и если этот заряд будет слишком велик, то амперметр просто сгорит.

На следующем уроке мы познакомимся с такой характеристикой тока, как напряжение.

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Амперметр

Амперметр — это измерительный прибор, позволяющий определить силу тока и напряжение в электрической цепи («ампер» — единица измерения, названная так в честь французского физика/математика/естествоиспытателя Андре-Мари Ампера, «метрио» — измерять).

Прибор широко применяется в промышленности, народном хозяйстве, энергетике, радиоэлектронике; может использоваться в научных целях, а также в бытовых (например, для выявления неисправностей электрооборудования в автомобиле, замера силы тока аккумулятора и др.).

Какие бывают разновидности, что измеряют

• аналоговые (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические);
• цифровые.

Аналоговые

Принцип работы магнитоэлектрических амперметров строится на взаимосвязи магнитного поля и находящейся в его корпусе подвижной катушки. Такие приборы отличаются низким электропотреблением, высокой чувствительностью и точностью измерений.

К недостаткам магнитоэлектрических амперметров можно отнести некоторые конструктивные особенности. Магнитоэлектрический амперметр измеряет силу лишь постоянного тока.

Устройство электромагнитных амперметров проще: они не имеют движущейся катушки; внутри корпуса имеется особое приспособление и один, либо несколько сердечников, установленных на оси. Эти приборы обладают меньшей чувствительностью (в сравнении с магнитоэлектрическими), следовательно, точность их измерений ниже. Однако ими возможно измерение силы как постоянного, так и переменного тока, что характеризует их, как универсальные.

Работа электродинамических амперметров основывается на взаимодействии электрических полей токов, проходящих по электромагнитным катушкам. Прибор состоит из подвижной и неподвижной катушек и является универсальным. Недостаток: очень большая чувствительность (реагируют на самые незначительные магнитные колебания; возникают помехи), поэтому электродинамические амперметры применяются только в защищенном экраном месте.

Конструкция ферродинамического амперметра состоит из замкнутого ферримагнитного провода, сердечника и неподвижной катушки. Магнитные поля возле прибора не оказывают сколь-нибудь существенного влияния на точность измерений, поэтому его показания предельно точны и, в целом, работа прибора — надежна и эффективна.

Цифровые

Цифровой амперметр является более сложной конструкцией, включающей аналогово-цифровой преобразователь, где осуществляется конверсия силы тока в цифровые показатели, которые отражаются на ЖК-дисплее.

Плюсы: небольшие размеры, удобство использования, точность измерений. Такому типу амперметров не страшны вибрации или незначительные механические удары и на сегодняшний день он все шире используется в промышленности и в быту.

Кроме того, возможно деление амперметров по виду тока:

• для переменного;
• для постоянного.

Включение амперметра в электрическую цепь

Перед тем, как включить амперметр, важно учесть следующие моменты:

• замеряемый в цепи электрический ток не должен превышать максимально допустимого для данного прибора;
• при включении в цепь необходимо соблюдать полярность.

При проведении измерений следует обеспечить абсолютное отсутствие вибраций в месте установки амперметра.

Действия при подключении прибора:

1. Определяются входящий и выходящий контакты, их полярность; положительный контакт окрашен в красный цвет, отрицательный — в черный (на некоторых моделях возможен еще один контакт, вероятнее всего, зеленого цвета — заземление).
2. В зависимости от того, в цепи с каким током (постоянным или переменным) будут проводиться замеры, переключатель прибора ставится в положение «AC» или «DC»: первые символы обозначают цепь с переменным током, вторые — с постоянным.
3. В любом месте, между источником питания и устройством-энергопотребителем, производится разрыв одного провода электрической цепи.
4. Амперметр последовательно включается в цепь.

Как только движение стрелки или смена цифр на дисплее прекратятся, снимаются показания.

Погрешность

Выяснить значение силы тока с предельной ясностью невозможно, поэтому принято учитывать показания приборов с погрешностью. Погрешность (отклонение выходного сигнала от истинного значения входного) выступает одной из основных характеристик любых средств измерений.

Различаются несколько видов погрешностей:

1. Абсолютная — разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины (абсолютная погрешность с обратным знаком называется поправкой).
2. Относительная — является соотношением абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины.
3. Приведенная — отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению, выраженное в % (нормирующее — условно принятое значение, которое может быть равным конечному значению диапазона измерений (предельному значению шкалы устройства).

Погрешность характеризуется классом точности, а именно — значением приведенной погрешности в %.

Класс точности указывается числом предпочтительного рода. К примеру, 0,05. Применяется для приборов, у которых предел допускаемой приведенной погрешности постоянен на всех отметках рабочей части шкалы. Подобным образом обозначаются классы точности и амперметров.

Пределы измерения

Амперметр имеет несколько диапазонов измерения тока. Выбор диапазона осуществляется при помощи переключателя. Шкала приборов градуируется в следующих значениях: мкА (микроампер), мА (миллиампер), А (ампер), кА (килоампер). В соответствии с требуемой точностью и пределами измерения выбирается подходящий. Изменение (увеличение) пределов измеряемой величины тока возможно посредством включения в электрическую цепь специальных устройств:

Амперметры постоянного тока

Прибор, измеряющий силу тока, протекающего по цепи, называют амперметр. Для установления величины измерительный прибор подключают в электрическую цепь на участок, где необходимо установить параметр. Сила тока, которую определяет амперметр, напрямую зависит от величины существующего в цепи сопротивления. Для уменьшения искажения измеряемого параметра и повышения точности прибора его делают минимальным. Исходя из пределов измеряемых данных, шкала амперметра может градуироваться мкА, мА, А и кА.

Основным способом подключения амперметра является последовательное включение в цепь. Подобная схема называется прямой.

Если амперметр включается в цепь с шунтом или через трансформатор тока, то схема называется косвенной.

Некоторые модели амперметров, например 10 A (48х48), оснащены встроенным шунтом, что существенно облегчает его подключение и использование.

Область применения

Приборы, измеряющие параметры электрического тока, нашли широкое применение во многих областях, среди которых:

• автомобилестроение;
• точные науки;
• строительство.

Амперметры используются не только на крупных промышленных объектах, но и в бытовых целях. Например, каждый профессиональный автомобильный электрик имеет такое устройство. С его помощью мастер определяет показания, исходящие от электроприборов транспортного средства.

Разновидности и их устройство

Все амперметры разделяют на шесть категорий.

Электромагнитные

Чаще всего устанавливают в электрических устройствах, работающих от переменного тока, частота которого составляет 50 Гц. Но могут использоваться и в цепях с постоянным током.

Магнитоэлектрические

Подходят для использования исключительно в цепях, по которым протекает постоянный ток небольшой величины.

Термоэлектрические

Определяют величину силы тока, когда он проходит по электрической цепи высоких частот. В подобных приборах установлен особый механизм. Он представляет собой проводник и термопару. Когда ток проходит по проводнику, он нагревает его, а закрепленная на нем термопара фиксирует изменение градусов. Под воздействием излучения, исходящего от термопары, рамка амперметра, соединенного со стрелочным индикатором, отклоняется на определенный угол. Степень отклонения будет зависеть от силы тока.

Ферродинамические

В конструкцию подобных амперметров входят:

• магнитопровод;
• сердечник;
• катушка.

Подобные устройства обладают рядом преимуществ перед амперметрами других типов. Среди них:

• повышенная точность;
• надежность;
• невосприимчивость к внешним факторам.

Электродинамические

Их используют, когда необходимо выполнить измерения в цепях, где частота тока достигает 200 Гц. Такие амперметры чувствительны к небольшим перегрузкам и воздействию электромагнитных полей. Подобные приборы применяются в качестве контрольных измерительных устройств.

Цифровые

Это самые передовые измерительные устройства, которые обладают всеми преимуществами аналоговых амперметров, при этом имеют свои уникальные возможности. Именно электронные амперметры пользуются все большей популярностью в промышленности и лабораторных исследованиях.

Принцип действия

Процесс измерения силы тока в цепи определяется работой нескольких элементов:

• между постоянными магнитами располагается якорь, оснащенный стрелкой;
• действие магнитов удерживает якорь из стали вдоль исходящих от них силовых линий, что соответствует нулевой позиции;
• в случае подачи в цепь электрического тока образуется еще один магнитный поток, направленный перпендикулярно силовым линиям магнитов;
• под их воздействием якорь со стрелкой будет стремиться повернуться, но поле постоянных магнитов будет мешать ему;
• в итоге стрелка будет отклонять на величину, равную результату воздействия не неё двух магнитных потоков.

Описание и характеристики различных видов устройств

Модель Ам-2 digiTOP

Цифровой амперметр, предназначенный для измерения силы тока в пределах от 1 до 50 A. Благодаря повышенной точности погрешность получаемых данных не превышает 1%. Дискретность видимой индикации составляет 0,1 А. Устройство работает в сетях с напряжением от 100 до 400 В. Обладает относительно компактными габаритами – 90х51х64 мм.

Модель Э537

Относится к классу лабораторных устройств. Модель Э537 предназначена для точных измерений. Размеры модели на порядок больше, чем габариты предыдущего амперметра, и составляют 140х195х105 мм. При этом вес прибора равен 1,2 кг. Устройство определяет силу тока в пределах 0,5/ 1А.

Модель М42301 150 А

Стрелочный амперметр щитового типа используется в сетях с постоянным током. В стандартной комплектации прибор предназначен для измерения силы тока не более 15 А. Для определения параметров свыше этого предела используют шунты и дополнительные сопротивления. Модель М42301 150А может выполняться с дополнительной защитой от механических воздействий. В этом случае прибор маркируется обозначением – М. Отметка 0 может быть установлена в начале или посредине шкалы. Предусмотрено горизонтальное и вертикальное расположение амперметра М42301 150 А.