Приборы для измерения силы тока
Если в каком-либо проводнике течет ток, то он характеризуется такой величиной, как «сила тока». Сила тока в свою очередь характеризуется количеством электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника за единицу времени. Но мы все учились в школе и знаем, что электронов в проводнике миллиарды миллиардов и считать количество электронов было бы бессмысленно.
Поэтому ученые вывернулись из этой ситуации и придумали единицу измерения силы тока и назвали ее «Ампер», в честь французского физика-математика Андре Мари Ампера. Что же собой представляет 1 Ампер? Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение провода проходит заряд, равный 1 Кулону. Или простым языком, все электроны в сумме должны давать заряд в 1 Кулон и они должны в течение одной секунды пройти через поперечное сечение проводника. Если учесть, что заряд одного электрона 1.6х10 -19 , то можно узнать, сколько электронов в 1 Кулоне. А вот для того, чтобы измерять амперы, ученые придумали прибор и назвали его «амперметром».
Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. Любой амперметр рассчитан на измерение токов определенной величины. В электронике в основном оперируют микроАмперами (мкА), миллиАмперами (мА), а также Амперами (А). Следовательно, в зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) и микроамперметры (PA3).
На принципиальных схемах амперметр, как измерительный прибор обозначается вот так.
Какие бывают амперметры?
Первый тип амперметра – аналоговый. Их ещё называют стрелочными. Вот так они выглядят.
Такие амперметры имеют магнитоэлектрическую систему. Они состоят из катушки тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку, она стремится установиться по полю под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна току. В свою очередь повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой пропорционален углу закручивания. При равновесии эти моменты буду равны, и стрелка покажет значение, пропорциональное протекающему через нее току. Иногда, для того, чтобы увеличить предел измерения, параллельно амперметру ставят резистор определенной величины, рассчитанной заранее. Это так называемый шунтирующий резистор – шунт.
Про шунтирующее действие измерительных приборов уже подробно рассказывалось в статье про вольтметр. Там же затрагивалось такое понятие, как входное сопротивление прибора. Так вот, применительно к вольтметру, его входное сопротивление должно быть как можно больше. Это необходимо для того, чтобы прибор не влиял на работу схемы при проведении измерений и выдавал точные результаты.
Применительно к амперметру складывается обратная ситуация. Так как амперметр для проведения измерений включается в разрыв электрической цепи, то необходимо стремиться к тому, чтобы его внутреннее сопротивление протекающему току было минимальным. Грубо говоря, сопротивление между его измерительными щупами должно быт мало. В противном случае, для электрической цепи амперметр будет представлять резистор. А, как известно, чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток через него проходит. Таким образом, при включении амперметра в измерительную цепь, мы искусственно понижаем ток в этой цепи. Понятно, что в таком случае, показания амперметра будут некорректные. Но не стоит расстраиваться, так как измерительная техника разрабатывается с учётом всех этих особенностей.
Это лишь ещё один намёк на то, что при обращении с мультиметрами стоит внимательно относиться к выбору режима работы и правильному замеру тех или иных величин. Несоблюдение этих правил может привести к порче прибора.
Аналоговые амперметры до сих пор используются в современном мире. Их плюс таковы, что им не требуется независимое питание для выдачи результатов, так как они используют питание замеряемой цепи. Также они удобны при отображении информации. Думаю, лучше наблюдать за стрелкой, чем за цифрами. На некоторых амперметрах есть винтик корректировки для точного выставления стрелки прибора к нулю. Минусы – это большая инертность, то есть для стрелки прибора нужно какое-то время, чтобы она пришла в устойчивое состояние. Хоть этот недостаток в современных аналоговых приборах проявляется слабо, но он все-таки есть.
Второй тип амперметра – это цифровой амперметр. Он состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует силу тока в цифровые данные, который потом отображаются на ЖК-дисплее.
Цифровые амперметры лишены инертности, и выдача результатов измерений зависит от частоты процессора, который выдает результаты на дисплей. В дорогих цифровых амперметрах он может выдать до 1000 и более результатов в секунду. Также цифровые амперметры требуют меньше габаритов для установки, что немаловажно в современной аппаратуре. Минусы – это то, что для измерения им требуется собственный источник питания, который питает все внутренние узлы и микросхемы прибора. Есть, конечно, и такие цифровые амперметры, которые используют питание измеряемой цепи, но они все равно редко используются в виду своей дороговизны.
Амперметры делятся на амперметры для измерения силы тока постоянного напряжения и для измерения силы тока переменного напряжения. Но, допустим, у вас нет амперметра, чтобы измерить силу тока переменного напряжения. Что же тогда делать? Можно собрать очень простую схемку. Выглядит она вот так:
Но чтобы не собирать самостоятельно измерительную схему и доводить её до ума, купите себе мультиметр. В хорошем мультиметре есть функции измерения силы тока, как для постоянного, так и для переменного напряжения.
Схема для измерения силы тока выглядит вот так:
Это означает, что амперметр мы должны подключать последовательно нагрузке.
Для того чтобы правильно измерить силу тока, нам надо знать, какое напряжение вырабатывает источник питания: переменное или постоянное. Если будем замерять силу тока постоянного напряжения, то и амперметр нам нужен для измерения силы тока постоянного напряжения, а если для переменного, то и амперметр нужен соответствующий. В нашем случае нагрузкой может быть любой прибор или схема, которая потребляет ток. Это может быть лампочка, сотовый телефон или даже компьютер.
Измерение силы тока с помощью амперметра.
Давайте рассмотрим на практике, как замерять силу тока с помощью цифрового мультиметра DT-9202A.
В красном кружочке у нас буковка «А
» означает, что ставя переключатель на этот участок, мы сможем замерить силу тока переменного напряжения, а ставя переключатель на секцию со значком «А=» (в синем кружке), мы сможем замерять силу тока постоянного напряжения.
Чтобы измерить силу тока до 200 мА (200m) как переменного, так и постоянного напряжения, нужно поставить щупы такого мультиметра в определенные клеммы:
Если же мы будем измерять силу тока более чем в 5 Ампер, то я рекомендую вам переставить щуп в другую клемму:
Если даже примерно не знаете, сколько должно потреблять ваше устройство или нагрузка, то всегда ставьте щуп и переключатель на самый большой предел измерения. Тем самым вы сохраните своему прибору жизнь.
На фото снизу я измеряю силу тока, которая кушает лампочка на 12 Вольт. С трансформатора я снимаю переменное напряжение 10 Вольт. Как мы видим, сила тока, потребляемая лампочкой — 1.14 Ампер. Обратите особое внимание, что переключатель мультиметра поставлен на измерение силы тока переменного напряжения (А
А вот так мы замеряем постоянный ток, который потребляет автомобильная сирена. Орет она так, что даже уши закладывает 
.
Обратите также внимание, так как у нас аккумулятор постоянного напряжения 12 Вольт, то и переключатель режимов мультиметра мы поставили на измерение постоянного тока.
А вот столько у нас кушает лампочка: 1.93 Ампера. Здесь замеряется постоянный ток, который потребляется лампой накаливания от аккумулятора.
Никогда не подключайте амперметр в розетку без всякой нагрузки! Тем самым вы просто-напросто спалите прибор. Как уже говорилось, амперметр обладает малым входным сопротивлением.
При измерении силы тока не касайтесь голых проводов, а также оголённых частей измерительных щупов. Это исключит электрический удар током. Будьте внимательны со схемой подключения амперметра.
Если Вы хотите узнать больше про измерения электрических величин, то загляните на сайт Практическая электроника. Там вы найдёте много познавательной информации по электронике.
Единицей измерения силы тока считается «Ампер», он получил такое название в честь известного физика Андре Ампера. Сила тока в проводнике равная один ампер эквивалентна проходящему заряд в один кулон за единицу времени. Или все свободные электроны прошедшие за одну секунду через поперечное сечение проводника в сумме эквивалентны заряду в один Кулон . Так как заряд одного электрона равен 1.6×10 -19 , то можно легко вычислить, сколько свободных электронов в одном Кулоне.
Амперметр – это измерительное устройство предназначенное для измерения силы тока в цепи с протекающим током . Любой из них предназначен для измерения токов фиксированной величины.
Кроме амперметра, бывают измерительные приборы заточенные под измерение токовой силы меньших номиналов, их называю миллиамперметрами и микроамперметрами. Так же, как и вольтметры, современные амперметры бывают цифровыми и стрелочными.
На принципиальных схемах амперметры обозначаются кружком и буквой внутри: А, мА (миллиамперметр) и мкА (микроамперметр). Рядом с условным обозначением прибора указывается его порядковый номер в схеме и буквенное обозначение «PА». Например. Если таких приборов в схеме будет два или более, то около первого пишут «PА1», а у второго «PА2» и т.п.
Схема включения амперметра
Для измерения силы тока амперметр включается непосредственно в схему последовательно с нагрузкой, то есть в разрыв цепи. Таким образом, на весь период времени измерения амперметр является еще одним элементом схемы, через который следует ток, но при этом, в работе схемы это измерительное устройство никакого влияния не оказывает. На рисунке ниже показана схема включения миллиамперметра в питающую цепь лампы накаливания.
Не забывайте, что амперметры бывают на разные диапазоны измерений, и если при измерении выбрать меньший диапазон по отношению к измеряемой величине, то амперметр может и перегореть. Допустим, у миллиамперметра диапазон измерений 0-300 мА, значит, это электрическую величину следует измерять только в этих пределах, так как при измерении значений свыше 300 мА прибор выйдет из строя.
Главное всегда помнить, что Амперметр включается в схему последовательно и всегда в разрыв цепи. Если требуется измерить силу больше максимального измеряемого уровня, то необходимо использовать схему включения амперметра через шунт или токовый трансформатор.
 |
Измерение силы тока с помощью амперметра
Измерение силы тока мультиметром видео руководство
Упрощенная схема для измерения силы тока выглядит вот так:
Из схемы хорошо видно, что это измерительное устройство мы должны подсоединять последовательно нагрузке, в разрыв цепи. Итак перейдем к практике, в первом примере нам требуется измерить силу постоянного тока до 200 мА, поэтому нужно поставить щупы такого мультиметра в определенные клеммы и переключить его в нужный диапазон
Для измерения силу тока (постоянного или переменного) в диапазоне до 20 Ампер, необходимо не только переставить щуп в другую клемму мультиметра, но и переключатель переводится на диапазон «10А»
И еще совет. Возьмите за правило при измерение силы тока: когда закончите работать на пределе «10А» сразу же переставляйте плюсовой (красного цвета) щуп на свое основное место. Этим вы сбережете нервы себе и сохраните в рабочем состоянии щупы или мультиметр.
Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать об теории и практики измерения тока мультиметром. Главное всегда помните, что при измерении напряжения вольтметр следует подключать параллельно нагрузке или источнику питания, а при измерении силы тока прибор включается в разрыв электрической цепи и через него идет ток.
|
Аналоговые или стрелочные амперметры (смотри рисунок ниже). Они обладают магнитоэлектрической системой, состоящей из катушки с тонкой проволокой, которая перемещается между полюсами постоянного магнита. Как только через катушку потечет ток, она переместиться под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна протекающему току. Повороту катушки оказывает сопротивление специальная пружина с упругим моментом пропорциональным углу закручивания. При равновесии эти моменты равны, а стрелка покажет значение, пропорциональное идущему через нее току. Для увеличения пределов измерения, параллельно амперметру подключают шунтирующий резистор заданной величины, рассчитанной заранее по определенным формулам.
Любой амперметр при измерениях должен быть включен в разрыв цепи, поэтому его внутреннее сопротивление протекающему току минимально. Поэтому, сопротивление между его измерительными щупами должно быть очень низким. Иначе, для схемы амперметр будет аналогичен сопротивлению. А чем оно выше, тем меньший ток через него следует. Но не стоит заморачиваться, ведь любая измерительная техника разрабатывается с учетом этих и некоторых других особенностей.
Плюсами аналоговых амперметров: им не требуется отдельное питание для выдачи показаний, так как они используют ток замеряемой цепи, они достаточно удобны при выводе информации. На многих моделях присутствует подстроечный винт корректировки для повышения точности измерения. Но без недостатков тоже не обходится, во первых большая инертность, то есть для отклонения стрелки требуется какое-то время. Хоть он почти и незаметен, но он все-таки имеет место быть.
Цифровые амперметры состоят из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует протекающий ток в цифровые коды, который потом выводяться на ЖК-экране.
Цифровые амперметры лишены инертности свойственной аналоговым приборам, и выдача результатов зависит только от частоты процессора. В дорогих цифровых приборах он может выдать до 1000 и выше результатов измерений в секунду. Кроме того цифровые приборы изготавливаются меньших размеров, что очень критично в современной технике. Минусы тоже конечно присутствуют – им необходим автономный источник питания, обычно это батарейка.
Амперметры различают для измерения постоянного и переменного тока. Если у вас вдруг нет прибора, для фиксации результатов переменного тока можно использовать схему стандартного выпрямителя и типовой измеритель постоянного тока, а еще лучше приобрести мультиметр.
|
Как и любой измерительный прибор, амперметр можно сделать свои руками, не веришь смотри это прикольное видео, которое поможет вам измерить силу тока, если вы окажитесь попаданцем в глубоком прошлом или отсталом параллельном мире.
Радиолюбители Ардуинщики могут собрать более точную в измерительном плане схему и на типовой плате Arduino:
Предлагаю для повторения простенький проект амперметра, который способен измерять неизвестное текущее значение постоянного тока. При этом его величина отображается на LCD-дисплее 16×2.
Для самоделки была использована плата Arduino pro mini. Концепция работы схемы, состоит в применении АЦП для считывания напряжение, которое в последствии делится на значение сопротивления резистора, через который протекает ток, чтобы получить искомую величину. Резистор в данном случае представляет собой обычный шунт, т.к включен в схему так, чтобы через него протекал ток в схеме, а измерительными выводами он подключается параллельно плате Ардуино для считывания напряжения. На каждом терминале, подсоединенном к определенной линии АЦП,имеется напряжение в интервале от 0 до 5 В, и разность напряжений этих двух терминалов и будет пропорциональна токовому значению, идущему через шунт. Схема подключения шунта показана на рисунке ниже.
В соответствии с законом Ома ток вычислить очень просто:
В данном самодельном амперметре надо правильно выбрать сопротивления шунта Амперметра. Оно должно быть таким, чтобы не оказывать сильного влияния на работу нагрузки. Использование высокого номинала сопротивления приведет к тому, что падение напряжения на резисторе будет слишком высоким, что не обеспечит нагрузку достаточным токовым уровнем. Использование же слишком малого значения сопротивления не позволит АЦП правильно считать. Для выбора шунта можно использовать упрощенное правило: R > Vр / I. Где Vр пнапряжение разрешения АЦП, то есть минимальное напряжение, которое способен различить аналогово-цифровой преобразователь. В нашем случае оно составляет 4.88 мВ. Тогда, например, если минимальное значение для измерения составляет 0.5 мА, то получим: R > 4.88 мВ / 0.5 мА > 9.76. Поэтому шунт амперметра на ардуино будет сопротивлением 10 Ом.
Схема такого измерительного устройства на Arduino показана ниже.
Код программы (скетч) можно посмотреть тут:
Для измерения величины тока в цепях постоянного и переменного тока используют электроизмерительный прибор амперметр. Амперметр включается в цепь последовательно с источником тока.
Поскольку ток — это упорядоченное движение заряженных частиц вдоль проводника (через поперечное сечение проводника), то для измерения его величины необходимо пропустить измеряемый ток еще и через амперметр. Поэтому амперметр включается именно в разрыв исследуемой цепи, когда нужно измерить ток, а ни в коем случае не параллельно ей.
В выходной цепи современного амперметра обычно находится шунт — калиброванный резистор повышенной точности и довольно малого сопротивления (считанные доли ома), на котором электронная схема прибора измеряет падение напряжения, и по нему косвенным путем вычисляет ток (или как говорят — силу тока).
Амперметр, как отдельный измерительный прибор или как одна из функций мультиметра, имеет несколько диапазонов измерения тока. Выбор диапазона осуществляется при помощи переключателя, расположенного на лицевой панели прибора.
Обычно на мультиметре можно выбрать одно из следующих значений (максимальное значение для диапазона): 200мкА, 2мА, 20мА, 200мА, 10А и т.д. Кроме того у некоторых мультиметров есть возможность измерения постоянного, переменного, либо и постоянного и переменного тока.
Вид тока также выбирается на шкале переключателя. Для измерения тока и напряжения у мультиметров имеются два отдельных гнезда для подключения щупов: одно гнездо — для измерения напряжения, второе гнездо — для измерения тока. Третье — общий провод, который остается на своем месте независимо от того, что измеряется, ток или напряжение.
Подключите щупы к соответствующим гнездам мультиметра или амперметра. Включите прибор и переведите его в режим измерения тока, выбрав вид тока и диапазон с помощью переключателя. Если диапазон неизвестен, то стоит начать с самого большого значения из доступных на шкале переключателя, потом можно будет уменьшить. Обесточьте цепь, в которой необходимо будет измерить ток.
Присоедините щупы (соблюдая осторожность!) так, чтобы прибор оказался включен в разрыв цепи. Подайте ток в цепь. Спустя пару секунд прибор отобразит на своем дисплее действующее значение измеренного тока.
Если диапазон 10А или более, то значение измеренного тока будет отображено в амперах. Если диапазон например 200мА, 20мА или 2мА (порядок величин таков, но в принципе значения на шкале могут отличаться от этих), то на дисплее будут показания в миллиамперах. Если выбран диапазон 200мкА (или такого же порядка) — на дисплее будут показаны микроамперы.
Амперметр никогда нельзя подключать параллельно источнику тока, ибо в этом случае ток короткого замыкания пройдет через измерительный шунт внутри прибора и если ток окажется больше предельно допустимого для прибора, то прибор мгновенно сгорит.
Если источником тока является, например, розетка или другой источник с низким внутренним сопротивлением, это может закончиться трагедией с жертвами, а в самом лучшем случае — быстрым выходом прибора из строя.
Если вам необходимо измерить ток короткого замыкания пальчиковой батарейки — такое может пройти для амперметра безвредно, но правилом включения амперметра лучше не пренебрегать никогда.
Амперметр включается всегда последовательно в цепь и только в тот момент, когда эта цепь обесточена! Потребители в исправной цепи сами ограничат ток рабочей величиной.
Особенной разновидностью амперметра являются электроизмерительные токовые клещи. Они имеют очень большой диапазон измеряемых токов, и их невозможно включить неправильно. Токовые клещи просто накидываются в обхват участка цепи, ток в которой нужно измерить, и сразу показывают ток. Более распространены токовые клещи для измерения переменного тока, но существуют и модели для измерения постоянного тока (на базе датчика холла).
