Амперметр — что это такое и устройство прибора

После открытия электрического тока возникла необходимость в его измерении. Несмотря на то, что первые прототипы устройств не отличались точностью, принцип их работы не изменялся уже несколько столетий. Сегодня для замеров используют амперметр – это прибор, измеряющий силу электрического тока.

Классический амперметр что такое

История происхождения

По названию устройства можно догадаться о том, кто приложил руку к его созданию. Андре-Мари Ампер – блестящий ученый своего времени, многие годы посвятивший электродинамике. Ему принадлежат многие знаковые открытия в этой области:

• взаимодействие магнитного поля и электрического тока;
• магнитный эффект катушки с током;
• введение в научную терминологию понятия кибернетики и кинематики.

Основная заслуга ученого – не разработка прибора, а подготовка научного плацдарма для самой возможности создания амперметра и вольтметра. Поэтому первые упоминания измерительного устройства датируют 20-ми годами XIX века, когда самому Амперу было уже за 50.

Тогда речь шла о самом простом приборе – гальваноскопе, состоящем из закрученной проволоки и магнитной стрелки. Он позволял уловить относительные показатели по градусу отклонения стрелки.

Гальванометр – прототип амперметра

В течение следующих десятилетий конструкция совершенствовалась. В 1884 году отечественными учеными были разработаны более совершенные приборы, однако патенты были переданы в Германию, ввиду недостаточного развития электротехнического производства. Лишь к тому времени были утверждены названия современных величин. В 1881 г. в отношении тока приняли решение о том, в чем измеряется сила – в Амперах.

Как устроены амперметры сегодня? В корпусе с индикацией располагаются измерительная катушка и постоянные магниты, которые выравнивают ее при подаче электрического тока. Чем сильнее отклонение, тем выше показатель прибора. Существует несколько разновидностей, отличающихся конструкцией и областью применения.

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.

Стрелочные амперметры

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.

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.

Цифровой амперметр

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.

Включение амперметра в цепь

Существует два главных правила использования прибора:

1. Подключать последовательно с элементом цепи, на котором необходимо измерить силу тока.
2. Соблюдать полярность.

Схема включения амперметра в цепь

Амперметры со стрелкой – это приборы для измерения с ограниченным диапазоном. В случае превышения максимального значения шкалы при включении в цепь используют шунт.

Устройство амперметра

В основе устройства амперметра, также как миллиамперметра – взаимодействие между двумя элементами при прохождении электрического тока. В зависимости от того, что измеряет амперметр, используются свои варианты устройств. Замер сил разного типа тока предполагает особое строение и чувствительность. Существует несколько категорий:

1. Магнитоэлектрические. В основе лежит подвижная катушка, закрепленная на оси между двумя магнитными полюсами.
2. В электромагнитных амперметрах используется сердечник, отодвигаемый на пропорциональное силе тока расстояние.
3. Термоэлектрические. Ключевой элемент – термопара, припаянная к проводке. Величина нагрева по мере подачи тока разной величины трансформируется в показатель его силы, после чего выводится на дисплей.
4. Электродинамические. Подвижная и неподвижная катушки. В быту малоприменимы из-за высокой чувствительности к магнитным полям. Применяются для точных измерений либо в демонстрационных целях.
5. Ферродинамические. Самые точные и дорогие из механических приборов. Благодаря замкнутому проводу, не реагируют на внешние магнитные поля.
6. Цифровой. Используется интегратор, преобразующий величину тока в цифровой эквивалент. От его типа и настройки зависит то, как работают амперметры. Различают несколько классов точности по погрешности измерений.

Несмотря на разницу в конструкции, в основе всех механических приборов лежит общий принцип действия.

Принцип действия

Способ измерения основывается на работе нескольких элементов:

1. На оси между постоянными магнитами располагается якорь со стрелкой.
2. Благодаря воздействию магнитов, стальной якорь находится вдоль силовых линий, в нулевой позиции.
3. При подаче тока появляется магнитный поток с силовыми линиями, перпендикулярными магнитам.
4. Вследствие этого воздействия якорь стремится повернуться под прямым углом, чему мешает основное магнитное поле.
5. Итоговое отклонение стрелки – результат взаимодействия двух потоков.

Принцип работы амперметра

Благодаря простому принципу работы амперметра, механические устройства долгое время отличались лишь материалом изготовления элементов.

Как подключить амперметр

Для правильного подключения необходимо изучить схемы амперметра в разных типах цепей. Для разного тока существуют свои типы прибора – различают амперметры переменного тока и постоянного. Чтобы подключить амперметр постоянного тока, необходимо учитывать диапазон измерения, определив максимальный уровень тока.

Главное – не подключать устройство параллельно. В этом случае велика вероятность того, что оно перегорит. Это связано с низким значением внутреннего сопротивления амперметра.

Внутреннее сопротивление амперметра

Оно должно быть меньше сопротивления самой цепи. Рассчитывается показатель после замеров вольтметром, который подключают параллельно амперметру. Затем показания второго делят на показания первого, результатом будет внутреннее сопротивление. Малое значение необходимо для того, чтобы падение напряжения на приборе не влияло на точность измерений.

Этот прибор – один из самых простых и распространенных. О том, как пользоваться амперметрами, рассказывают еще на уроках физики, поэтому особых проблем при эксплуатации возникнуть не должно, особенно с приходом цифровых амперметров, которые значительно упростили нюансы работы с прибором и расширили область его применения.

Видео

Автор:

Винoгрaдов Aндрeй Aлексaндрoвич