Устройство амперметра и вольтметра

Изначально вольтметры и амперметры были только механическими, и лишь спустя многие годы, с развитием микроэлектроники, начали выпускаться цифровые вольтметры и амперметры. Тем не менее, даже сейчас механические измерительные приборы пользуются популярностью. Они, по сравнению с цифровыми, устойчивы к помехам и дают более наглядное представление о динамике измеряемой величины. Их внутренние механизмы остаются практически теми же, что и канонические магнитоэлектрические механизмы первых вольтметров и амперметров.

В данной статье мы рассмотрим устройство типичного стрелочного прибора, чтобы каждый новичок мог бы понимать основные принципы работы вольтметров и амперметров.

В своей работе стрелочный измерительный прибор использует магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит с выраженными полюсными наконечниками закреплен неподвижно. Между этими полюсами расположен неподвижный стальной сердечник так, что в воздушном кольцеобразном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками магнита формируется постоянное магнитное поле.

В зазор вставлена подвижная алюминиевая рамка, на которую очень тонким проводом намотана катушка. Рамка закреплена на полуосях, и может поворачиваться вместе с катушкой. К рамке спиральными пружинами прикреплена стрелка прибора. Через пружины к катушке подводится ток.

Когда по проводу катушки проходит ток I, то, поскольку катушка помещена в магнитное поле, и ток в ее проводниках течет пересекая перпендикулярно магнитные силовые линии в зазоре, на нее будет действовать вращающая сила со стороны магнитного поля. Электромагнитная сила создаст вращающий момент М, и катушка вместе с рамкой и стрелкой станет поворачиваться на некоторый угол α.

Поскольку индукция магнитного поля в зазоре неизменна (магнит постоянный), то вращающий момент будет всегда пропорционален именно току в катушке, и величина его будет зависеть от тока и от неизменных конструктивных параметров данного конкретного прибора (с1). Этот момент будет равен:

Препятствующий повороту рамки момент противодействия, возникающий из-за наличия пружин, окажется пропорционален углу закручивания пружин, то есть углу поворота стрелки, связанной с подвижной частью:

Таким образом, поворот будет продолжаться до тех пор, пока момент М, создаваемый током в рамке не окажется равным моменту противодействия Мпр от пружин, то есть пока не наступит равновесие. В этот момент стрелка остановится:

Очевидно, угол закручивания пружин будет пропорционален току рамки (и измеряемому току), по этой причине приборы магнитоэлектрической системы обладают равномерной шкалой. Коэффициент пропорциональности k между углом поворота стрелки и единицей измеряемого тока называется чувствительностью прибора.

Обратная величина именуется ценой деления или постоянной прибора. Значение измеренной величины определяется как произведение цены деления на количество делений отсчета на шкале.

Чтобы избежать мешающих колебаний подвижной рамки при переходах стрелки от одного ее положения к другому, в данных приборах применяют магнитно-индукционные или воздушные демпферы.

Магнитно-индукционный демпфер представляет собой пластину из алюминия, которая закреплена на поворотной оси прибора, и всегда движется вместе со стрелкой в поле постоянного магнита. Возникающие вихревые токи тормозят катушку. Суть в том, что по правилу Ленца, вихревые токи а пластине, взаимодействуя с порождающим их магнитным полем постоянного магнита, препятствуют движению пластины, и колебания стрелки быстро затухают. Роль такого магнитно-индукционного демпфера и выполняет алюминиевый каркас, на который намотана катушка.

При повороте рамки, магнитный поток от постоянного магнита, пронизывающий алюминиевый каркас, изменяется, а значит в алюминиевом каркасе индуцируются вихревые токи, которые при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита оказывают тормозящее действие, и колебания стрелки прекращаются.

Воздушные демпферы магнитоэлектрических приборов представляют собой цилиндрические камеры с помещенными внутри поршнями, связанными с подвижными системами приборов. Когда подвижная часть приходит в движение, поршень в форме крыла тормозится в камере, и колебания стрелки затухают.

Для достижения нужной точности измерений, прибор не должен быть подвержен влиянию силы тяжести в процессе измерения, а отклонение стрелки должно быть связано лишь с вращающим моментом, возникающим при взаимодействии тока катушки с магнитным полем постоянного магнита и с торможением рамки пружинами.

Чтобы исключить вредное влияние силы тяжести и избежать связанных с ним погрешностей, к подвижной части прибора добавляют противовесы в виде грузиков, перемещающихся на стержнях.

Для снижения трения стальные наконечники выполняются из отполированной износостойкой стали или из вольфрамо-молибденового сплава, а подпятники изготавливают из твердого минерала (агат, корунд, рубин и т. д.). Зазор между наконечником и подпятником настраивают при помощи стопорного винта.

Для точной установки стрелки в нулевое исходное положение, прибор оснащается корректором. Корректором в стрелочном приборе служит винт, выведенный наружу, и соединенный поводком с пружиной. При помощи винта можно передвигать немного спираль на оси, регулируя таким образом исходное положение стрелки.

Большинство современных приборов имеют подвижную часть, подвешенную на паре растяжек в виде упругих металлических лент, служащих для подачи тока на катушку, и создающих противодействующий момент. Растяжки соединены с парой плоских пружин, расположенных взаимно перпендикулярно.

Справедливости ради отметим, что кроме классического механизма, рассмотренного выше, встречаются также и приборы с магнитами не только п-образной формы, но и с цилиндрическими магнитами, и с магнитами в форме призм, и даже с внутрирамочными магнитами, которые сами могут быть подвижными.

Для измерения тока или напряжения, магнитоэлектрический прибор включают в цепь постоянного тока по схеме амперметра или вольтметра, разница лишь в сопротивлении катушки и в схеме включения прибора в цепь. Разумеется через катушку прибора не должен проходить весь измеряемый ток при измерении тока, и не должна потребляться большая мощность при измерении напряжения. Для создания надлежащих условий служит добавочный резистор, встроенный в корпус измерительного прибора.

Сопротивление добавочного резистора в схеме вольтметра превосходит сопротивление катушки во много раз, и этот резистор изготовлен из металла с чрезвычайно малым температурным коэффициентом сопротивления, такого как манганин или константан. Резистор, включаемый параллельно катушке в амперметре, называется шунтом.

Сопротивление шунта напротив во много раз меньше сопротивления измерительной рабочей катушки, поэтому через провод катушки проходит только мизерная доля измеряемого тока, в то время как основной ток течет через шунт. Добавочный резистор и шунт позволяют расширить пределы измерения прибора.

Направление отклонения стрелки прибора зависит от направления тока через измерительную катушку, поэтому при включении прибора в цепь важно правильно соблюсти полярность, иначе стрелка будет двигаться в другую сторону. Соответственно, магнитоэлектрические приборы в каноническом виде непригодны для включения в цепь переменного тока, поскольку стрелка будет просто вибрировать оставаясь на одном месте.

Тем не менее, к достоинствам магнитоэлектрических приборов (амперметров, вольтметров) относятся высокая точность, равномерность шкалы и устойчивость к помехам, порождаемым внешними магнитными полями. К недостаткам — непригодность к измерению переменного тока (чтобы измерить переменный ток, нужно будет его сначала выпрямить), требование к соблюдению полярности и уязвимость тонкой проволоки измерительной катушки к перегрузкам.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Амперметр и Вольтметр: в чем разница и отличие

Чем отличается Вольтметр от Амперметра – описание, фото, таблица сравнения

Электрический ток может иметь силу и напряжение. Эти характеристики разные и поэтому измеряются разными приборами. Выясним, как они называются и в чем между ними принципиальное отличие.

Определения амперметра и вольтметра

Амперметром называют устройство, определяющее силу тока.

Вольтметром называют прибор, с помощью которого узнают напряжение электрического тока.

Сравнение амперметра и вольтметра

Каждое из двух устройств используется для измерения определенных данных при исследовании электрического тока. Из названий приборов сразу понятно, что они замеряют: амперами исчисляется сила тока, в вольтах – напряжение. Однако принцип работы у амперметра и вольтметра один и тот же. Во время замера происходит взаимодействие двух полей – электрического и магнитного. Стрелка на табло отклоняется и фиксирует показатели.

Тем не менее, есть моменты, указывающие на разницу между амперметром и вольтметром. И связаны они с уровнем внутреннего сопротивления, которое создается при измерении силы тока или напряжения. В амперметре внутреннее сопротивление находится на предельно низком уровне. Его в конструкции устройства создает шунт – а по факту низкоомный резистор. Во время работы амперметра шунт берет на себя нагрузку от источника электричества и тем самым обеспечивает максимально точное определение силы тока.

У вольтметра, напротив, добавочный внутренний резистор создает повышенное внутреннее сопротивление – и таким образом показатели напряжения тока имеют минимальное искажение от действительных значений.

Еще один факт, определяющий, в чем разница и отличие амперметра и вольтметра, можно обнаружить при подключении устройств к электрической цепи. Способы подключения разные. Так, для работы амперметра необходимо последовательное подсоединение, а прямого подключения к источнику питания или выводным контактам допускать нельзя. Это может привести к короткому замыканию или выходу из строя измерительного устройства.

В работе с вольтметром прямой контакт допустим. Создается параллельное подключение к элементам цепи, но при этом важно не спутать полярность. Клемму вольтметра с (+) подсоединяют к электрическому проводу с (+), а «минусовой» провод от источника тока следует стыковать с соответствующей клеммой вольтметра (-).

Источник

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Электроизмерительные приборы (ЭИП) – тип приспособлений, необходимых для измерения различного рода физических величин.

Разновидности электроизмерительных приборов

Классификация электроизмерительных приборов:

По уровню точности:

Каждая цифровое обозначение указывает на процентный показатель допустимой погрешности.

По сущности работы:

При проведении измерительных испытаний необходимо правильно выбрать соответствующее измерительное устройство.

Устройство, принцип действия

Работу электрических приспособлений рассмотрим на примере базовых устройств, таких как:

Амперметры

Такие устройства измеряют величину электрического тока. Поскольку показания напрямую зависят от поступаемого электросигнала, сопротивление амперметра должно быть меньше, чем резистивность нагрузки. Это необходимо для неизменной силы заряда при подключении нагрузки. По своим конструктивным особенностям такие электроизмерительные приборы подразделяются на:

Как амперметр работает? Идеальный амперметр, является прибором для измерения электрозаряда. Представляет собой проводящий контур, закрепленный на оси между полюсами постоянного магнита.

При отсутствии сигнала контура, благодаря давлению пружины, стрелка находится в нулевом положении. При включении устройства, на подвижный элемент поступает токовый импульс – происходит отклонение стрелки на угол, соответствующей величине тока. Таким образом индикаторная шкала показывает значение, измеренное устройством.

Различают модификации: с аналоговой шкалой, с цифровой шкалой. Кроме того, устройства отличаются ценой деления и пределами измерений.

Аналоговый вольтметр переменного тока и цифровые вольтметры.

Идеальный вольтметр электроизмерительный, как правило, подключается в цепь параллельно. Сопротивление вольтметра пропорционально поданному на него сигнала. Для того чтобы на показания не влияли искажения электроимпульсов, его резистивность рекомендуется делать как можно больше.

Существуют также цифровые вольтметры, имеющие цифровые индикаторные показания. Принцип работы измерителя напряжения аналогичен токовому измерителю, отличие только в градуировках шкал, пределах измерений и модификациях.

Омметр

Устройство, позволяющее измерить как сопротивление амперметра, так и сопротивление вольтметра. Диапазон измерения:

Подключается такой показывающий элемент в цепь последовательно. Измеряет косвенно величину сопротивления, учитывая значение входящего электрического тока и постоянную величину напряжения.

Приборная шкала каждого электроустрйоства имеет нанесенные условные знаки, обозначающие характеристики прибора, класс точности (например, амперметра), виды рабочих токов, номинальное напряжение и т.п.

Пример современного измерителя сопротивления – омметр Виток, имеющий комбинированное питание.

Как подключать

Электрические измерительные приборы подключаются:

Амперметр подключается в цепь последовательно, рядом с резистором, возле которого будет проведен замер величины тока.

Как пользоваться амперметром? Данная схема достаточно проста, для того чтобы разобрать, как правильно пользоваться амперметром.

На рисунке 5 указаны:

Как пользоваться вольтметром? Электроприбор имеет параллельные соединения, в тех местах, где будет измеряться напряжение.

На рисунке 6 указаны:

Как пользоваться авометром? Эта разновидность (вольтметр амперметр) – комбинированное устройство. В случае измерения токового сигнала – подключается как измеритель электрозаряда. Если измеряется напряжение – как измеритель напряжения.

Более удобным в работе считается цифровой вольтметр амперметр. При использовании электрических приборов, необходимо соблюдать все правила пожарной безопасности и для правильно работы – учитывать все их конструктивные характеристики.

Видео о принципах работы электроизмерительных приборов

Источник

Вольтметры и амперметры

Изучите показания, схемы и сопротивление вольтметра и амперметра в цепи – устройства измерения напряжения и тока: рисунки, цифровой вольтметр и амперметр.

Вольтметры и амперметры в цепи используют для вычисления напряжения и тока.

Задача обучения

Основные пункты

Термины

Вольтметры

Вольтметр – устройство для вычисления разницы в электрическом потенциале между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр смещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи, в цифровом присутствует цифровой дисплей. Любое измерение вольтметра, которое можно трансформировать в напряжение, будет отображаться на счетчике. Здесь зафиксируется давление, температура и поток.

Демонстрационный прибор, используемый на уроках по физике

Чтобы вольтметр смог вычислить напряжение, он должен подключаться параллельно. Это важно, так как параллельные объекты ощущают единое различие потенциалов. Ниже представлена схема вольтметра и показания.

(а) – Чтобы вычислить отличие потенциалов в этом потоке, вольтметр (V) расположен параллельно по отношению к источнику напряжения или любому из резисторов. Отметьте, что напряжение клеммы вычисляется между точками а и b. Нельзя подключить вольтметр через ЭДС без добавления внутреннего сопротивления. (b) – Применение цифрового вольтметра

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток, а его наименование происходит из единицы измерения – Ампер. Чтобы прибор смог определить ток, его нужно присоединить последовательно. Это важно, так как объекты в последовательной цепи ощущают единый ток. Они не должны подключаться к источнику напряжения – амперметры функционируют при минимальной нагрузке. Можете рассмотреть схему амперметра.

Амперметр установлен в последовательной связи для определения тока. Весь ток в цепи проходит сквозь счетчик. Если амперметр находится между точками d и e или f и a, то приобретет такое же значение

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).

Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.

Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.

Гальванометры в качестве вольтметров

Катушка гальванометра способена функционировать как вольтметр, когда расположена в последовательной связи с серьезным сопротивлением (R). Это значение вычисляется максимальным напряжением. Допустим, вам нужно, чтобы 10В создавало полномасштабное отклонение вольтметра, вмещающего гальванометр с 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Полное сопротивление:

R_полное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,

Заметьте, что приложенные 5В создают отклонение в половину шкалы, отправляя ток всего в 25 мкА сквозь счетчик, так как показание вольтметра располагается пропорционально. В случае с другими диапазонами, напряжение устанавливают последовательно с гальванометром.

Гальванометр в качестве амперметра

Гальванометр можно использовать как амперметр, если прибор установлен в параллельной связи с небольшим сопротивлением, именующимся шунтирующим. Дело в том, что сопротивления шунта маленькое, из-за чего амперметр может вычислять ток намного четче.

Допустим, нам нужен амперметр, фиксирующий полномасштабное отклонение для 1 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Так как R и r параллельны, напряжение на них одинаково.

Так что: IR = I_G/I = R/r.

Решая для R и отмечая, что I_G составляет 50 мкА, а I – 0.999950 А, получим:

Источник

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

Амперметр лабораторный Э537

Данный 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);

Источник