Что такое пределы измерения амперметра
Расширение пределов измерения амперметра
Лекция Измерение электрического тока и напряжения, мощности и энергии, сопротивления
Измерение тока
Для измерения тока используется амперметр, включаемый в цепь последовательно с электроприемником. Показания амперметра позволяют судить с определенной погрешностью о токе IН протекающем через данный электроприемник–нагрузку RН.
При измерении переменного синусоидального токастрелкиприборов электромагнитной, электродинамической, выпрямительной и тепловой систем будут давать отклонения пропорционально действующему значению тока,и в этих значениях, как правило, градуируют шкалы таких приборов.
При измерении несинусоидального переменного токапоявляется дополнительная погрешность, вызванная влиянием высших гармоник в кривой тока на вращающий момент подвижной части и отклонение стрелки и, следовательно, на показания прибора.
Сопротивление измерительной катушки амперметра очень малои его последовательное включение с нагрузкой практически не вызывает увеличение сопротивления цепи и потери мощности. Так, внутреннее сопротивление амперметров колеблется от RА= 0,2 Ом (электромагнитные и электродинамические системы амперметров) до RА= 0,01 Ом (магнитоэлектрические приборы).
Расширение пределов измерения амперметра
Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока.
Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) RШ сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра.
В том случае, когда сопротивление шунта RШ меньше сопротивления измерительной катушки амперметра RA, сравнительно большая часть измеряемого токаIН проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть IA, определяемая соотношением сопротивлений амперметра RA и шунта RШ:
Из этой формулы можно получить выражение для расчета необходимой величины сопротивления шунта:
Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток IН, протекающий через нагрузку.
Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи.
Измерение напряжения
Для измерения напряжения используются вольтметры. Зажимы этих приборов включаются параллельно нагрузке, как показано на рисунке ниже.
Чтобы включение вольтметра не приводило к изменению токов в цепи и режима работы нагрузки, его собственное сопротивление RB должно быть намного больше сопротивления нагрузки RH. Оно колеблется от 3–5 кОм (электромагнитные и электродинамические приборы) до 6–10 кОм (магнитоэлектрические приборы) и свыше 10 кОм (электронные приборы).
При включении вольтметра параллельно участку цепи отклонение его стрелки будет пропорционально напряжению на этом участке цепи. Вольтметры переменного тока указывают действующее значение измеряемого напряжения.
При ошибочном включении вольтметра, то есть последовательно с электроприемником, напряжение которого должно быть измерено, прибор не будет поврежден, так как через него будет протекать ничтожно малый ток из-за очень большого внутреннего сопротивления вольтметра. В то же время, показания вольтметра при таком включении будут неверны, так как напряжение на нагрузке значительно уменьшится (в сотни и тысячи раз), а вольтметр будет показывать напряжение, близкое к напряжению источника питания.
Расширение пределов измерения вольтметра
Для расширения пределов измерения вольтметра используют добавочное активное сопротивление RД, включаемое последовательно с измерительной катушкой вольтметра.
Величина добавочного сопротивления RД рассчитывается, исходя из требуемой кратности расширения предела измерения nu:
по формуле: RД = RB (n-1),
где UН – измеряемое напряжение на нагрузке, UB – напряжение на вольтметре, RB – активное сопротивление измерительной катушки вольтметра.
С помощью разных добавочных сопротивлений можно получить многопредельный вольтметр с разной ценой деления шкалы.
Измерение мощности
Мощность РН, выделяемая в нагрузке с сопротивлением RН, может быть измеренакосвенным методом с помощью амперметра и вольтметра, так как РН = UI.
Более точно мощность можно измерить непосредственно электродинамическим ваттметром.
Вращающий момент подвижной катушки ваттметра пропорционален произведению токов в проводниках обеих катушек: МВР= К I IU,
где I – ток в неподвижной токовой катушке, практически равный току нагрузки; IU=U/RU – ток в подвижной катушке напряжения (причем IU >RН).
Следовательно МВР= К×I×U/RU=C×U×I = C×P, где С – коэффициент пропорциональности.
Таким образом, вращающий момент ваттметра пропорционален мощности Р и его шкала отградуирована непосредственно в ваттах или киловаттах.
Дляизмерения мощности в однофазной цеписинусоидального тока в основном используются электродинамические ваттметры, которые включают так же, как и при измерениях в цепи постоянного тока.
Ток IU в подвижной катушке пропорционален напряжению U и практически совпадает с ним по фазе, а ток I в неподвижной токовой обмотке равен току нагрузки. Поэтому вращающий момент ваттметра
МВР=CUIcosj = CP,
где j – угол сдвига фаз между U и I; С – коэффициент пропорциональности.
Зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения ваттметра, помеченные звездочками (*) и называемыегенераторными,следует включать в электрическую цепь со стороны источника питания.
Дляизмерения активной мощности в трехфазной цепи переменного тока применяется несколько способов измерения мощности в зависимости от характера трехфазной нагрузки.
Присимметричной нагрузке активную мощность в трехфазной цепи можно измерить путемзамера мощности в одной фазе с помощью ваттметра.
После измерения мощности в одной из фаз РФ, соединенных звездой (U) или треугольником (D) показания ваттметра умножают на три, так как при симметричной нагрузке мощности всех трех фаз одинаковы:
где РYсим и РDсим – активная мощность в трехфазной симметричной нагрузке соединенной звездой и треугольником, соответственно.
В трехпроводной трехфазной цепи при любой нагрузке (симметричной или несимметричной) и любом способе соединения электроприемников (звездой или треугольником) общую активную мощность трехфазной нагрузки можно измерять с помощьюдвух ваттметров.
При этом алгебраическая сумма активных мощностей РW1 и РW2 2-х ваттметров W1 и W2 равна активной мощности РY,D в трехпроводной трехфазной цепи при соответствующем способе соединения фаз (Y или D):
Суммарная мощность двух ваттметров вычисляется с учетом знака мощностей этих ваттметров, как алгебраическая сумма. Практически, для отсчета отрицательной мощности по показаниям ваттметра необходимо изменить направление тока в обмотке напряжения, для чего переключатель направления тока на корпусе ваттметра надо переключить с «+» на «—».
Измерить активную мощность в четырехпроводной трехфазной цепи при несимметричной нагрузке соединенной звездой можно тремя ваттметрами.
Поскольку, в этом случае каждый из ваттметров измеряет активную мощность одной фазы, то мощность в четырехпроводной трехфазной цепи:
где PA, PB, PC – активные мощности фаз А, В, С, соответственно.
Применяются также специальные ваттметры трехфазного тока.
При измерении мощности в трехфазных цепях высокого напряжения и с большими токами ваттметры включаются через измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.
Амперметр
Что такое 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
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:
Включение амперметра в электрическую цепь
Перед тем, как включить амперметр, важно учесть следующие моменты:
При проведении измерений следует обеспечить абсолютное отсутствие вибраций в месте установки амперметра.
Действия при подключении прибора:
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:
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:
Амперметр: назначение, схемы подключения, типы, характеристики
Определение
Амперметр подключается последовательно, с тем участком электроцепи, где предполагается измерять ток. Так как ток, который он измеряет зависит от сопротивления элементов цепи, то сопротивление амперметра должно быть максимально низким (очень маленьким). Это позволяет уменьшить влияние устройства для измерения тока на измеряемую цепь и повысить их точность.
Шкалу прибора градуируют в мкА, мА, А и кА, и в зависимости от требуемой точности и пределов измерения выбирают подходящий прибор. Увеличение измеряемой силы тока добиваются путем включения в цепь шунтов, трансформаторов тока, магнитных усилителей. Это позволяет увеличить предел измеряемой величины тока.
Схемы подключения амперметра
Рисунок — Схема прямого включения амперметра
Рисунок — Схема косвенного включения амперметра через шунт и трансформатор тока
Сфера применения амперметров
Приборы для измерения тока нашли применение в различных сферах. Их активно используют на крупных предприятиях, связанных с генерацией и распределением электрической, тепловой энергии.
Но не только средние и крупные предприятия используют этот прибор: они востребованы и среди обычных людей. Практически любой опытный автоэлектрик имеет в арсенале подобное устройство, позволяющее проводить замеры показателей электропотребления приборов, узлов автомобилей и пр.
Типы амперметров
Исходя из вида отсчетного устройства амперметры делятся на приборы с:
По принципу действия амперметры разделяются
Рассмотрим несколько амперметров разных производителей и разных типов:
Амперметры Ам-2 DigiTOP
Амперметры Ам-2 DigiTOP
Амперметр лабораторный Э537
Амперметр лабораторный Э537Данный прибор (амперметр Э537) предназначается для точного измерения силы тока в цепях переменного и постоянного тока.
Диапазоны измерения 0,5 / 1 A;
Технические характеристики амперметра Э537
Амперметр СА3020
Цифровое устройство амперметр базовой модели выпускается в нескольких типовых модификациях в зависимости от базового значения параметров замеряемого тока. При заказе данной модели цифрового амперметра, требуется заявить, с каким базовым параметром силы тока Вам придётся работать: 1 А, 2 А или 5 А.
Базовые параметры замеряемого тока, Iн-1 Ампер (СА3020-1), 2 Ампер (СА3020-2) или 5 Ампер (СА3020-5);
Измерение тока и напряжения. Вольтметр и амперметр.
Приветствую всех читателей на нашем сайте и сегодня в рамках курса «Основы электроники» мы будем изучать основные способы измерения силы тока, напряжения и других параметров электрических цепей. Естественно, без внимания не останутся и основные измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр.
Измерение тока. Амперметр.
И начнем мы с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой примерчик:
Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору. Кроме того, в цепи присутствует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:
Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи 🙂
Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.
При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:
В этой формуле n — это коэффициент шунтирования — число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.
Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1 А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:
Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:
В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.
Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:
Выразим ток шунта через ток амперметра:
Измеряемый ток равен:
Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:
Но сопротивление шунта нам также известно ( R = \frac
Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нам и нужно измерить 🙂
С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.
Измерение напряжения. Вольтметр.
Прибор, предназначенный для измерения напряжения называется вольтметр. И, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся с чем это связано:
Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:
Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:
Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример:
Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:
Таким образом: U_В = \frac
В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.
Для решения обеих задач возможно совместное использование амперметра и вольтметра. В предыдущих статьях (про мощность и сопротивление) мы подробно останавливались на понятиях сопротивления и мощности и их связи с напряжением и сопротивлением, таким образом, зная ток и напряжение электрической цепи можно произвести расчет нужного нам параметра. Ну а кроме того есть специальные приборы, которые позволяют произвести измерения сопротивления участка цепи — омметр — и мощности — ваттметр.
В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями и заходите к нам на сайт! До скорых встреч!