Как подключить амперметр в цепь переменного тока

Как работают амперметр и вольтметр

Учимся легко считать потребляемую мощность электроприбора

Рассмотренные выше конструкции пригодны для создания одного и другого прибора. Разница – не только в схеме подключения. Отличаются разметка и сопротивление индукционной катушки. Встроенным резистором ограничивают силу тока/ мощность в амперметре/ вольтметре, соответственно.

В первом варианте он выполняет функции шунта. Параллельное подсоединение с минимальным электрическим сопротивлением обеспечивает прохождение большей части тока именно по этой цепи. Этим защищают индуктивный элемент от повреждений.

Во втором – подбирают сопротивление, во много раз превосходящее соответствующий показатель катушки. Другой особенностью является выбор материала резистора с минимальным изменением рабочих параметров при росте (уменьшении) температуры.

NET.Гаджет

Статьи

Как подключить амперметр в простую электрическую цепь. Какие бывают амперметры. Где может пригодиться измерение тока. Где необходимо следить за изменением величины тока.

Электрические цепи стали неотъемлемым атрибутом современной жизни. Они пронизывают практически все, и люди даже не задумываются, что стоит исчезнуть электрическому току, и наш мир будет подвержен серьезной опасности. Что же такое ток, можно ли его измерить и что дадут эти показания для обычного человека?

Законы поведения тока изучают в школе, и, в принципе, каждый старшеклассник знает о направленном движении заряженных частиц. Это перемещение электронов внутри проводника и получило название электричества. Но любое движение в природе – пусть то движение воды в реке, перемещение воздушных масс или зарядов, может совершать определенную полезную работу. А это уже интересно с практической точки зрения. Зная мощность, продолжительность воздействия, направление приложения любой силы, можно использовать ее в решении определенных жизненных вопросов.

Поэтому ученые так заняты изучением окружающего и созданием приборов, позволяющих все измерить и просчитать. Для получения представлений о токе был изобретен прибор амперметр. Он позволяет определить количество заряженных частиц, которые за единицу времени проходят сквозь известное сечение проводника, то есть силу тока.

Что такое амперметр, его виды

Амперметром можно измерить ток в любой электрической цепи. Этот прибор несложно узнать, он обозначается латинской буквой А. Так как ток бывает разной величины, начиная от миллиампер и выше, существуют разные по мощности приборы или универсальные, в которых изменяется предел измерения. Причем для постоянного и переменного тока нужны разные типы амперметров.

По принципу устройства приборы бывают:

• Электромагнитного исполнения.
• Магнитоэлектрические.
• Тепловые.
• Детекторного типа.
• Индукционные.
• Электродинамической системы.
• Фотоэлектрические.
• Термоэлектрические.

Магнитоэлектрическим устройством можно определить силу тока в цепях, подключенных к постоянному напряжению. Детекторного и индукционного типа – измерять переменные токи. Все остальные виды могут быть универсальными.

Высокой чувствительностью и точностью показаний обладают амперметры электродинамического и магнитоэлектрического исполнения.

Как подключают амперметр в электрическую цепь

Амперметр любого типа включают последовательно нагрузке в электрическую цепь. Тогда через него проходит тот же ток, что и через схему. Чтобы не влиять на ток, не оказывать ему препятствие, прибор выполнен с малым входным сопротивлением. Надо запомнить, что соединив амперметр параллельно с нагрузкой (неправильное подключение), весь ток пойдет через него по принципу наименьшего сопротивления. Забыв о том, как подключить амперметр, можно попросту спалить прибор!

Подключение амперметра и вольтметра

Измерители тока магнитоэлектрической системы

Данные прибору получили наибольшее распространение у радиолюбителей. Амперметры данного типа обладают равномерной шкалой и хорошей чувствительностью. Внешний вид такого прибора на рисунке с низу.

Чувствительным элементом такого амперметра является рамка из тонкого картона или фольги с намотанной на нее катушкой. Рамка находится как бы в подвешенном состоянии на двух полуосей — кернах, концы которых упираются в подпятники. К рамке крепится противовес и стрелка. Вся эта конструкция находится в внутри сильного постоянного магнитного поля, то есть вокруг рамки находится магнит. Выводами катушки рамки являются две спиралевидные пружины, благодаря им стрелка удерживается в исходном состоянии. Стрелка прибора выставляется в положение 0 за счет корректора закрепленного на корпусе прибора и рычага соединенного с пружиной.

Принцип работы амперметра

При возникновении тока на катушке рамки вокруг нее возбуждается магнитное поле. Оно начинает взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита и рамка будет стремится повернуться так, чтобы ее полюса рамки находились напротив полюсов магнита противоположной полярности. Чем больше ток на рамке тем сильнее ее магнитное поле и значительнее усилие поворачивающее ее. При пропадании тока в цепи катушки рамки на нее начинают воздействовать пружины. Благодаря этому рамка возвращается в исходное состояние.

Приборы магнитоэлектрической системы способны измерять только постоянные или пульсирующие токи. Для измерения переменных токов их следует преобразовать в постоянные такой же величины.

Измерение токов и напряжений, шунтирующий резистор

Для измерения постоянного тока в цепи, прибор подключается последовательно нагрузке. Ток проходящий в этой цепи не должен превышать пределы подключаемого прибора. В противном случае шкала прибора зашкалит, а при существенном превышении может сгореть обмотка рамки. Для увеличения диапазона измерения тока в цепь добавляют шунтирующий резистор. Данный резистор подключается параллельно амперметру. Рассчитывается он по формуле

Rш=Rи/(Iп/Iи-1)

Где, Iп — предел измерения в Амперах. Iи — ток полного отклонения стрелки в Амперах. Rи — сопротивление рамки прибора в Омах. Например: имеем микроамперметр с параметрами Iи=100мкА=0,0001А. Сопротивление рамки 1000Ом. Требуется рассчитать шунт для измерения токов до 100мА=0,1А. Rш=1000/(0,1/0,0001-1)=1Ом

Измерение напряжения и добавочный резистор

Для измерения напряжения Вольтметр подключается параллельно нагрузке. При отсутствии Вольтметра можно подключить амперметр. Но следует учесть, что амперметры способны измерять относительно низкие напряжения. Так как в них отсутствует или слишком мало добавочное сопротивление катушки. Добавочный резистор подключается последовательно с прибором и позволяет расширить пределы его измерения.

Расчет добавочного сопротивления

Для измерения напряжения Вольтметр подключается параллельно нагрузке. При отсутствии Вольтметра можно подключить амперметр. Но следует учесть, что амперметры способны измерять относительно низкие напряжения. Так как в них отсутствует или слишком мало добавочное сопротивление катушки. Добавочный резистор подключается последовательно с прибором и позволяет расширить пределы его измерения. Расчет добавочного сопротивления

Rд=(Uп/Iи)-Rи

где, Uп — максимальный предел измерения напряжения в Вольтах Iи — ток полного отклонения стрелки в Амперах.Rи — сопротивление рамки прибора в Омах.Например: имеем тот же самый амперметр, что и в предыдущем примере. Iи=100мкА=0,0001А. Сопротивление рамки 1000Ом. Максимальный предел измеряемого напряжения 10В. Rд=(10В/0,0001мА)-1000Ом=99000Ом=99кОм

Схемы включения амперметра и вольтметра.

На рисунках 4.3 и 4.4 приведены схемы включения вольтметра и амперметра через измерительные трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ) соответственно.

Рис. 4.3. Измерительный трансформатор напряжения.

Схема включения вольтметра:

?/,, U₂_ первичное и вторичное напряжения ТН; W_v W₂ — первичная и вторичная обмотки ТН; V — вольтметр

Рис. 4.4. Измерительный трансформатор тока. Схема включения амперметра:

/_р /₂ — первичный и вторичный токи ТТ; W_v W₂ — первичная и вторичная обмотки ТТ; А — амперметр

Для измерения тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через них проходит весь ток, протекающий в цепи (рис. 4.4)

Важно, чтобы при различных электрических измерениях амперметр как можно меньше влиял на электрический режим цепи, в которую он включен. Поэтому амперметр должен иметь малое собственное сопротивление по сравнению с сопротивлением цепи

Присоединять амперметр к источнику тока (питания) без нагрузки нельзя, так как по его обмотке в этом случае пройдет большой ток, и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке.

Каждый амперметр рассчитан на определенный максимальный ток, при превышении которого амперметр может перегореть. Если амперметром нужно измерить ток, превышающий допустимый для данного амперметра, то параллельно амперметру присоединяют шунт, т.е. расширяют пределы измерения амперметра.

Шунт представляет собой относительно малое, но точно известное сопротивление. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 4.5, а.

Шунт должен иметь четыре зажима для устранения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготовляют из манганина — сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.

Рис. 4.5. Схема включения амперметра:

а — с шунтом; 6 — через трансформатор тока; для схемы а: 1 — шунт; 2 — нагрузка;

для схемы б: 1 — измерительный трансформатор тока; 2 — нагрузка

Рис. 4.6. Схема соединения трех амперметров через два трансформатора тока:

Л j и Л₂ — начало и конец первичной обмотки трансформатора тока; И, и И₂ — начало и конец вторичной обмотки трансформатора тока; Л — амперметры; i_A, i_B, i_c — токи в фазах

Рис. 4.7. Схема включения вольтметра:

R — сопротивление цепи; V— вольтметр

На рисунке 4.6 приведена схема соединения трех амперметров через два трансформатора тока.

Как видно из схемы, через первый амперметр проходит ток i_A, через второй — i_B, следовательно, ток в третьем амперметре, равный сумме двух линейных токов i_A и i_B, равен третьему линейному току: i_c= i_A + i_B.

Для измерения напряжения на участке цепи применяют вольтметры. Вольтметр включают параллельно тем точкам цепи (М, N), напряжение между которыми надо измерить (рис. 4.7).

Вольтметр не должен изменять напряжение на измеряемом участке цепи, по этой причине ток, проходящий через вольтметр, должен быть много меньше, чем ток на измеряемом участке.

Для того чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение, его сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряется напряжение. Любой вольтметр рассчитан на определенное предельное напряжение, но с помощью подключения последовательно с вольтметром добавочного сопротивления /?_доб можно измерять большие напряжения (рис. 4.8, б).

Рис. 4.8. Схемы включения амперметра и вольтметра в электрическую цепь:

а — без расширения пределов измерения; б — с расширением пределов измерения;

Я_ш — сопротивление шунта; /?_доб — добавочное сопротивление

На рисунке 4.9 приведена схема включения ваттметра в однофазную цепь высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 4.9. Схема включения ваттметра в однофазную цепь высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения: V— вольтметр; А — амперметр; W— ваттметр

На рисунке 4.10 приведена схема включения амперметров и вольтметров в трехфазную цепь. Как видно из схемы, амперметры включены через измерительные ТТ, а вольтметры —через измерительные ТН. Такие схемы включения измерительных приборов характерны для высоковольтных сетей напряжением 6 (10) кВ и выше.

Рис. 4.10. Включение амперметров и вольтметров в трехфазную цепь с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения

Приборы для измерения силы тока

Амперметр – это устройство для определения силы как постоянного, так и переменного тока в электрической цепи. Исходя из предназначения приборов для определенных величин тока, различают амперметры, миллиамперметры и микроамперметры.

В зависимости от принципа действия и особенностей применения, различают следующие виды амперметров. Рассмотрим детально их специфику и основные параметры:

аналоговые амперметры, в которых предусмотрена магнитоэлектрическая система. Они производятся на базе катушки из тонкой проволоки, вращающейся между магнитными полюсами. В процессе прохода тока через катушку она фиксируется под воздействием вращающего момента, значение которого пропорционально величине тока. В устройстве предусмотрена специальная пружина, которая препятствует повороту катушки, а упругость пружины пропорциональна углу вращения. При установлении баланса данные моменты выравниваются, а стрелка устанавливается на значении, пропорциональном величине тока на данный момент.

Преимуществом аналоговых приборов является то, что нет необходимости в обеспечении независимого питания для определения результата, поскольку в процессе измерения используется питание непосредственно электроцепи, которая замеряется. Также плюсом выступает повышенная чувствительность. Среди минусов следует назвать длительное время для фиксации стрелки в устойчивом положении.

электромагнитные – разработаны в виде механизмов с зафиксированной катушкой, по которой проходит ток. Также предусмотрено несколько сердечников на оси. Приборы предназначены для фиксации измерительными щупами постоянного тока. Элементами устройств являются измеритель и шкала с промаркированными делениями.

Несомненными плюсами такого типа приборов является возможность измерения силы переменного и постоянного тока, а также удобство использования. Недостатками считаются низкая чувствительность, вследствие чего они используются в сферах, где нет необходимости в сверхточных показателях;

• электродинамические приборы – их принцип действия базируется на взаимодействии магнитных полей напряжения, протекающего по зафиксированной и вращающейся катушками. В устройствах применяется одновременное и попеременное включение катушек, использоваться прибор может при повышенных частотах до 200 Гц. Приборы обладают чувствительностью к посторонним магнитным полям, поэтому измерения не отличаются высокой точностью, причем замеры рекомендуется проводить в отдалении от прочих источников магнитного поля;
• ферродинамические – являются одними из наиболее современных и используемых типов амперметров, поскольку практически не реагируют на прочие магнитные поля и отличаются прочностью. Элементами устройства выступают замкнутый магнитопроводник из ферромагнитного материала, сердечник в основании и зафиксированная катушка. Основная сфера использования приборов такого вида – оборона и комплексы обеспечения безопасности, поскольку они обеспечивают высокую точность полученного результата измерений;
• цифровые амперметры – современные модернизированные устройства, имеющие высокую популярность благодаря удобству использования и точности показателей. Благодаря устойчивости цифрового мультиметра к внешним условиям, температуре и изменениям давления, его можно использовать в условиях вибрации и тряски. Также они подлежат использованию в горизонтальном и вертикальном положениях, что не отражается на точности результата.

Полученные данные в цифровом виде позволяют отслеживать и контролировать показатели автоматически даже при отсутствии оператора.

Разбираясь в вопросе, для чего нужен прибор амперметр, следует отметить, что его ключевой и единственной функцией является измерение силы постоянного и переменного тока на конкретном участке электрической цепи. На основании полученных данных можно делать научные выводы, а на практике приборы применяются для повышения эффективности и производительности различных устройств на основании полученных данных.

Амперметры широко используются на промышленных предприятиях, осуществляющих выработку и распределение электро- и тепловой энергии

Также предназначение прибора немаловажно в сферах:

• электролаборатории;
• автомобилестроительная отрасль;
• точные науки;
• строительная сфера.

Также приборы широко используются в быту. К примеру, специалисты, занимающиеся ремонтом автомобилей, замеряют при помощи амперметра значения электропотребления различных устройств.

Подключение амперметров к сети

С измерением силы тока мы сталкиваемся очень часто. Для того чтобы узнать мощность устройства, сечения кабеля для его питания, нагрев проводов и прочих элементов – это все зависит от силы тока. Для того чтобы непосредственно измерять эту силу, придумали устройство именуемое амперметром. Амперметр подключается в измеряемую цепь только последовательно. Почему? Разберем чуть ниже.

Как известно сила тока это отношение количества зарядов ∆Q, которые прошли через некоторую поверхность за время ∆t. В системе СИ измеряется в амперах А (1 А = 1 Кл/с). Для того чтобы измерять количество прошедших зарядов, амперметр нужно включить в цепь последовательно.

Чтобы минимизировать влияние измерительного сопротивления амперметра и соответственно уменьшить мощность потерь при измерении его делают как можно меньше . Если амперметр с таким внутренним сопротивлением подключить параллельно, то в цепи произойдет короткое замыкание. Пример схемы включения:

Постоянный ток измеряют приборами непосредственной оценки в диапазоне 10-3 – 102 А, электронными аналоговыми, цифровыми, магнито-электрическими, электромагнитными, электродинамическими приборами — миллиамперметрами и амперметрами. Если ток свыше 100 А применяют шунт:

Шунты как правило, изготавливают на разные токи. Шунт – это медная пластина, имеющая определенное сопротивление. При протекании тока через пластину, на ней, согласно закону Ома U=I*R падает какое-то напряжение, то есть между точками 1 и 2 возникает напряжение, которое будет воздействовать на катушку прибора.

Сопротивление шунта, как правило, подбирают из соотношений:

Где Rи – сопротивление измерительной обмотки прибора, — коэффициент шунтирования, I – измеряемый, а Iи – максимально допустимый ток измерительного механизма.

Если измеряют переменный ток, то важно знать какое его значение измеряется (амплитудное, среднее, действующее). Это важно, так как все шкалы градуируются обычно в значениях действующих

Переменные значения выше 100 мкА измеряют обычно выпрямительными микроамперметрами, а ниже 100 мкА – цифровыми микроамперметрами. Для измерений в диапазоне от 10 мА до 100 А используют выпрямительные, электродинамические, электромагнитные приборы, которые работают в диапазоне частот до нескольких десятков килогерц, а также термоэлектрические, частотный диапазон которых — до сотен мегагерц.

Для измерения переменных величин от 100 А и выше используют приборы, но с использованием трансформаторов тока:

Трансформатор тока – это устройство, в котором первичная обмотка подключена к источнику тока (или как видно с рисунка ниже, первичная обмотка «одевается» на шину или кабель), а вторичная на измерительную обмотку какого-либо измерительного устройства (обмотка измерительного устройства или датчика должна иметь малое сопротивление).

Для измерения различного рода токов используют различные методы и средства. Чтобы правильно измерять необходимую величину и не нанести при этом никакого вреда, нужно правильно применять каждый метод измерения.

Похожие материалы:

• «Подключение» специалистов экстренных служб
• Новый стандарт многосвязной сети с Bluetooth
• Солнечное затмение испытывает надежность электрической сети

Меры безопасности

Процесс измерения тока с помощью мультиметра несложен. При его прохождении требуется соблюдение определенных норм безопасности:

• Перед непосредственным проведением измерительных работ необходимо обесточить цепь.
• Также периодически нужно проводить проверку изоляции кабеля — иногда он может повредить сам себя при длительном использовании и привести к значительному увеличению вероятности поражения электрическим током.
• Использовать при проведении любых ремонтных, монтажных и измерительных работах только резиновые перчатки, которые обладают изоляционными свойствами.
• В помещениях с высоким уровнем влажности воздуха запрещается проведение измерительных работ. Дело в том, что влага обладает высокой электропроводностью, и риск удара током возрастает. При ударе током незамедлительно нужно сообщить об этом в скорую помощь или экстренную службу.
• Проводить работы с электричеством лучше вдвоем.
• После завершения всех работ можно обратно включить питание.

Замер силы тока проводится амперметром или мультиметром

При использовании последнего важно правильно выбрать режим работы и предел, которого может достигнуть ток в цепи. Оба эти прибора боятся высокого напряжения

Виды амперметров

Классифицировать устройства можно по способу индикации. Наиболее широко распространены аналоговые амперметры – с градуированной шкалой, по которой движется стрелка. Современные приборы имеют цифровой дисплей, на котором отображается значение величины тока.

Приборы со стрелочной головкой

Стрелочные амперметры постепенно исчезают. Они отличаются более сложным устройством, чем современные модели, и обладают ограниченной областью применения. Еще один недостаток – меньший срок работы из-за наличия большего количества механических деталей. При этом современные условия иногда требуют измерения меньших величин, чем требуется для отклонения стрелки даже на одно деление. Из-за этого стрелочные приборы приходится модифицировать усилителями сигнала.

Интересно. Долгое время эти приборы не имели аналогов – точность измерений была достаточно высокой. Однако развитие электротехнической промышленности позволило разработать более дешевые в изготовлении приборы.

Принцип действия стрелочной головки

Еще одна сложность при использовании стрелочного амперметра – принцип работы стрелки, отличающийся в разных системах измерения:

1. Магнитоэлектрическая. Стрелка поворачивается по линейной шкале, пропорциональной силе тока. Вращающий момент задается током, проходящим через обмотку рамки.
2. Электромагнитная. Стрелка закреплена на сердечнике из ферромагнита, который двигается внутри катушки.
3. Электродинамическая. Используются две катушки с последовательным либо параллельным соединением. На подвижной – закреплена стрелка, поворачивающаяся от взаимодействия между токами катушек.

Во всех типах прибора используется корректор – специальный винт, соединенный с пружиной. Он необходим для установки стрелки в нулевое положение.

Игнорирование начальной регулировки может привести к неправильному отображению величины измеряемого тока, так как стартовое положение стрелки будет находиться левее нуля.

Приборы с цифровым индикатором

Цифровые устройства вытесняют аналоговые, благодаря ряду отличий:

• простота изготовления – дешевле производить, легче собрать самостоятельно;
• возможность измерения меньших величин;
• отсутствие износа подвижных частей – дольше служат, не требуют замены элементов;
• наглядная и удобная индикация;
• меньший вес.

Переход к цифровому исполнению позволил шире применять приборы в быту. Они проще в использовании – вертикальное и горизонтальное расположение не влияет на работу. Также они лучше защищены от внешних воздействий, например, механических ударов по корпусу.

Магнитоэлектрические амперметры

Устройства, реагирующие на магнитные явления (магнитоэлектрические) применяют для того, чтобы замерить токи очень маленьких значений в цепях с постоянным током. Внутри них нет ничего лишнего, кроме катушки, подсоединенной к ней стрелки и шкалы с делениями.

Термоэлектрические амперметры

Используют для измерения переменного тока с высокой частотой. Внутри прибора установлен нагревательный элемент (проводник с высоким сопротивлением) с термопарой. Из-за проходящего тока нагревается проводник, и термопара фиксирует величину. Из-за возникающего тепла отклоняется рамка со стрелкой на определенный угол.

Ферродинамические

Очень надежные приборы, которые обладают высокой прочностью и мало подвергаются воздействию магнитных полей, возникающих не в приборе. Такого рода амперметры устанавливают в автоматические контролирующие системы как самописцы.

Бывает так, что шкалы прибора недостаточно и необходимо увеличить значения, которые стоит замерить. Чтобы этого достичь используется шунтирование (проводник с высоким сопротивлением присоединяется параллельно прибору). Например, чтобы установить значение силы в сто ампер, а прибор рассчитан всего на десять, то присоединяют шунт, у которого значение сопротивления в девять раз ниже, чем у прибора.

На схемах принципиальных амперметры всегда обозначаются подобным образом:

Основанные на электродинамике

Можно применять не только для замеров силы постоянного тока, но и переменного. Из-за особенностей прибора, его можно применять в таких сетях, где частота достигает двухсот герц. Электродинамический амперметр используется в основном как контрольный измеритель для проверки приборов.

В отличие от магнитоэлектрических их можно применять и для сетей с переменным током, чаще всего в цепях промышленного назначения с частотой в пятьдесят герц. Электромагнитным амперметром можно пользоваться для замеров в цепях с большой силой тока.