Амперметры переменного тока

Рекомендации по выбору

Чтобы выбрать хороший вольтметр, следует понимать определенные моменты:

• в каких именно диапазонах будут осуществляться измерения. (от этого зависит необходимый класс точности устройства);
• где и как будут проводиться работы, предполагающие использование вольтметра;
• нет ли надобности в иных типах измерений.

Если осуществляется работа с большими напряжениями, то лучше всего приобрести электромеханический киловольтметр. Такое устройство имеет достаточный класс точности для больших значений и отличается высокой надежностью. Электронные модели для подобного случая не подойдут, ведь перегрузки обычно становятся причиной их поломки. Если работы проводятся в мастерской либо лаборатории, то лучше приобрести стационарный прибор. Они бывают как цифровыми, так и электромеханическими.

Тем, кто живет в частном доме, можно посоветовать купить щитовой прибор. Он обычно монтируется в DIN-рейку (как устанавливаются УЗО либо счетчики). Стоимость изделий не очень высока, и обычно их можно встретить в цифровом исполнении. Но если присутствует такое явление, как постоянные скачки напряжения, то лучше приобрести электромеханический прибор, который будет и надежнее, и дешевле.

Если по каким-то причинам требуется провести определить показания электроцепи в полевых условиях, то лучше будет купить даже не вольтметр, а мультиметр. Если еще десятилетие назад точность таких приборов была не слишком хорошей, то сейчас с этим нет проблем. Да и стоимость их не так уж и высока. В то же время тестер будет отличным решением по следующим причинам.

• Возможность выбора измерительного диапазона.
• Наличие удобных щупов, а кое-где и так называемых крокодильчиков.
• Компактные размеры. Определенные модели вообще легко помещаются в карман.
• Возможность измерения нескольких характеристик. Мультиметры могут осуществлять замеры силу тока, напряжение, сопротивление. А самые новые модели способны даже измерять температуру и прозванивать цепь на наличие обрыва кабеля, а также осуществлять проверку транзисторов.

Параметры

Амперметры бывают аналоговые и цифровые. Последние зачастую продаются не отдельно, а в составе мультиметров — универсальных приборов для замеров не только силы тока, но и других величин. В современных условиях предпочитают пользоваться именно такими устройствами из-за ряда преимуществ:

• простота и скорость измерений;
• бесконтактный замер, а значит, полная безопасность;
• низкая погрешность.

Однако и аналоговые до сих пор востребованы. Они используются в лабораториях, на промышленных предприятиях, на ТЭЦ и других точках производства электроэнергии. Аналоговые делятся на несколько подвидов:

• магнитоэлектрические (классические);
• электромагнитные;
• электродинамические;
• ферродинамические.

Среди аналоговых конструкций ферродинамические — самые точные, но по соотношению цена-качество выигрывают магнитоэлектрические и электромагнитные.

Приборы делятся и по уровню максимальной нагрузки. Так, для измерения небольших величин используются устройства со шкалой в микроамперах и миллиамперах. Если следует узнать показатели стандартной бытовой сети или промышленной, используются шкалы в амперах и килоамперах соответственно.

Виды

В зависимости от способа отображения результатов измерений различают цифровые (когда результат выводится на дисплей) и аналоговые приборы (результат отображается колебаниями стрелки на шкале).

Ферродинамический

Самый точный вид аналоговых амперметров. Устойчив к влиянию магнитного поля окружающих предметов, можно использовать без специальной защиты.

Конструкция представляет собой ферромагнитный провод (замкнутый), плотно зафиксированную катушку и сердечники. Используется в различных отраслях тяжелой и военной промышленности.

Плюсы:

• точность замеров;
• легкость в эксплуатации;
• надежность.

Электромагнитный

Имеет довольно простую конструкцию. Состоит из одного или нескольких сердечников и специального устройства. Точность измерения параметров ниже, чем у остальных видов приборов. Применяются для снятия параметров в стандартных электроустановках переменного тока, у которых частота 50 Гц.

Из плюсов – это универсальный прибор, которым можно измерять силу как переменного, так и постоянного тока.

Термоэлектрический

Устройство замеряет силу тока на основании взаимодействия подвижной катушки и магнитного поля магнита.

Состоит из проводника (магнитоэлектрического механизма), к которому припаяна термопара. Она фиксирует момент, когда механизм нагревается под силой тока, проходящего по проводку. Из-за повышения температуры образуется излучение, которое влияет непосредственно на стрелку прибора – она отклоняется на угол, пропорциональный силе тока.

Используется для измерения постоянного тока в лабораторных условиях и разных сферах промышленности. Более чувствителен, чем электромагнитный.

Плюсы:

• потребляет мало электричества при использовании;
• показывает точный результат;
• высокочувствителен.

Минусы:

• ограниченная сфера применения;
• наличие подвижной детали;
• сложная конструкция.

Электродинамический

В корпусе амперметра находятся две катушки – подвижная и плотно зафиксированная. Используются для измерения силы тока в цепях с частотой до 200 Гц.

Плюсы – это универсальный амперметр, который может работать как с постоянным, так и с переменным током.

Минусы – слишком высокая чувствительность прибора. Поля от находящихся поблизости предметов могут создавать для него существенные помехи. Чтобы получить максимально правдивые показатели, нужно использовать электродинамический амперметр вместе с защитным экраном.

Высокая точность прибора позволяет использовать его для поверки новых амперметров других видов.

Цифровой

Все большей популярности набирают цифровые амперметры. Их широко используют как в быту, так и в разных сферах промышленности. Устройство имеет аналого-цифровой преобразователь (компаратор), который выводит результат замеров на ЖК-дисплей.

Погрешность показателей варьируется от 0,2% до 0,5% в зависимости от типа устройства и производителя. На рынке встречаются устройства, адаптированные для работы в разных сетях.

Плюсы:

• прост в эксплуатации;
• компактные размеры;
• минимальная погрешность;
• невосприимчивость к вибрациям;
• результат измерений выводится сразу на экран, без задержки, как в аналоговых устройствах.
• устойчивость к механическим ударам.

Минусы:

• нуждается в собственном источнике питания;
• высокая стоимость относительно аналоговых вариантов.

Цифровые амперметры могут быть разной конструкции – зафиксированные на DIN-рейке либо в щитовом исполнении.

Есть еще один, отдельный вид амперметров – демонстрационное устройство, используемое в классах учебных заведений и лабораториях. Обладает режимом гальванометра и характеризуется широким диапазоном измерений (от 0,91 до 9,99 А).

Рейтинг лучших цифровых амперметров

PEAKMETER PM8232

Отличное компактное устройство, которое позволит провести замеры в любом месте и при любых обстоятельствах. Работа осуществляется от батареей. Понятный и информативный интерфейс позволит снять более точные показания. При этом потребление энергии небольшое, что позволит использовать аппарат длительный период.

Также большим плюсом является справка, которая подтверждает полную безопасность продукта для пользователя. Это отличное универсальное средство, которое поможет как опытным радиолюбителям, так и новичкам.

Средняя цена – 1 000 рублей.

PEAKMETER PM8232

Достоинства:

• Понятный интерфейс;
• Хорошая точность;
• Эффективность;
• Прочность;
• Простота замеров.

Недостатки:

TDM ЦП-60А-1,0

Хороший брендовый продукт, предназначенный для домашней эксплуатации в гараже или небольших автомобильных мастерских. Информативный дисплей поможет получить наиболее точные показания силы тока в цепи. Корпус изготавливается из тонкого листа металла.

TDM ЦП-60А-1,0

Достоинства:

• Внешнее исполнение;
• Небольшая цена;
• Хорошая точность;
• Дисплей.

Недостатки:

Амперметр EKF AD-723

Профессиональное устройство, предназначенное для получения точной информации. Используется во многих лабораториях и производственных предприятиях. Корпус изготовлен из качественного металла, который прослужит длительный период и не испортится визуально.

Средняя цена – 4 500 рублей.

Амперметр EKF AD-723

Достоинства:

• Высокая степень защиты;
• Три дисплея;
• Надежность;
• Качественная сборка.

Недостатки:

Амперметр ЦА2101

Этот вариант подойдет для размещения в научных лабораториях, так как обладает высокой точностью, что позволяет получить наиболее достоверные результаты. Ни одна ТЭЦ или ГЭС не обходится без этого изделия.

Амперметр ЦА2101

Достоинства:

• Надежность;
• Минимальная погрешность;
• Комплектация;
• Эффективность.

Недостатки:

EKF AD-721

Дешевая модель, предназначенная для размещения в небольшой мастерской. Корпус изготовлен из прочного материала, что позволяет выдержать незначительные механические нагрузки. Производство ведется известной компанией.

Средняя цена – 2 000 рублей.

EKF AD-721

Достоинства:

• Эффективность;
• Хорошая точность;
• Небольшая цена;
• Прочный корпус.

Недостатки:

Конструкция

Простейший амперметр или вольтметр состоит из нескольких блоков:

• ЭЛМП — электромеханического преобразователя;
• ИМ — измерительный механизм;
• СМ — стрелочный механизм.

Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой для отображения

Первый предназначен для того, чтобы преобразовывать энергии. Магнитного поля в механическую энергию. Второй механизм включает в себя подвижные и неподвижные части для проведения изменений. Происходит это так: под действием силы тока, который протекает через обмотку ИМ, создается вращающий момент, воздействующий на подвижную часть. Силы механики пропорциональны электрическим силам и ИМ отклоняется на угол, равный этим силам. Данные передаются стрелочному механизму, который и показывает в цифрах количество Вольт.

Если прибор содержит усилители, то он называется электронным. Его отличие заключается в том, что входное устройство помогает поддерживать высокое сопротивление вольтметра и увеличить предел измерений в большую сторону. Далее следует усилитель постоянного тока, который увеличивает значение сигнала до тех величин, которые необходимы для эффективных измерений. Следующие его компоненты идентичны аналоговому инструменту.

Встраиваемое портативное устройство

Преимуществами электромагнитных вольтметров стают:

• высокая точность измерений;
• высокая чувствительность;
• практически полное отсутствие влияние внешних полей;
• практически полное отсутствие влияние атмосферных факторов.

Недостатки тоже имеются: непригодность использовать при переменном токе и чувствительность к перегрузкам в сети.

USB-вольтметр

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:

I = \frac{U}{R} = \frac{12}{100} = 0.12

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление r_А

Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится сопротивление, и мы получим следующее значение:

I = \frac{U}{R_1+r_А}

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:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

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 данной задаче нам необходимо измерить ток I. Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

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:

I_А\medspace r_А = I_R\medspace R

Выразим ток шунта через ток амперметра:

I_R = I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Измеряемый ток равен:

I = I_R + I_А

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

I = I_А + I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Но сопротивление шунта нам также известно (R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}). В итоге мы получаем:

I = I_А\medspace (1 + \frac{r_А\medspace (n\medspace-\medspace 1)}{r_А}\enspace) = I_А\medspace n

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.

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.

Принцип действия

Устройство современного амперметра предполагает наличие нескольких катушек, среди которых есть подвижная и зафиксированная в одном положении. Соединяются они последовательно или по параллельной схеме. При прохождении через катушки происходит взаимодействие токов, в итоге подвижная катушка отклоняется. Включая прибор амперметр в электроцепь, осуществляется последовательное соединение амперметра с током. В цепях с повышенной силой тока или высоким напряжением, подключается прибор через трансформатор для стабилизации напряжения.

Принцип действия классического аналогового амперметра заключается в том, что параллельно с постоянным магнитом на оси фиксируется стальной элемент со стрелкой. От магнита свойства передаются на данный якорь, причем местоположение и якоря, и магнита, находится на пути прохождения силовых линий. При данном расположении якоря на шкале отображается положение стрелки прибора на нулевом значении.

Когда ток батареи или генератора начинает проходить по шине, вокруг нее появляется магнитный поток. А силовые линии на месте крепления якоря на оси перпендикулярны направлению силовых линий в постоянном магните. От электротока и под воздействием магнитного потока якорь пытается выполнить разворот на 90 градусов, однако этому препятствует поток в магните. От значения и направления тока в шине зависит уровень взаимодействия двух разнонаправленных магнитных потоков. Непосредственно на эту величину стрелка отклоняется от нуля на шкале амперметра.

Принцип функционирования цифрового амперметра заключается в том, что аналого-цифровой элемент преобразует значение силы тока в цифровые показатели, которые отображаются на дисплее прибора.  Выдача результата определяется частотой процессора, передающего данные на экран.

Watch this video on YouTube

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.

Watch this video on YouTube

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.