Включение амперметра в цепь переменного тока

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трансформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Практически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум – на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, – чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, – он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трансформатор. Измерительный трансформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трансформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трансформаторов.

Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трансформаторы бывают двух типов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трансформатор напряжения. Это понижающий трансформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трансформаторы на схемах изображают как обычные трансформаторы.

Трансформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трансформатор остается практически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трансформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трансформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трансформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трансформатора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трансформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трансформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трансформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трансформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трансформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трансформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трансформаторов характерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трансформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трансформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. – в процентах от номинального значения.

Если взять амперметр переменного тока, можно с легкостью измерить силу тока. Учитываются типы приборов, назначение, маркировка. Важно рассмотреть устройство и схему амперметра.

Амперметр переменного тока

Амперметром постоянного тока называют прибор, который показывает силу тока в цепи. Показатель измеряется в амперах. Из этих данных можно узнать о магнитодвижущей силе, понять электрический потенциал. Изобретателем устройства является И. Швейгер, университетский профессор из Галле. Произошло это еще в XIX веке. И тогда прибор носил название «токовый гальванометр».

Что измеряют амперметром

Физическая величина амперметра демонстрирует силу тока в цепи. Ампер привязан к международной системе единиц. Начиная с 1948 года, определена его формула. В ней учитывается магнитодвижущая сила плюс проводимость проводников.

Интересная информация! Есть разделение на кратные и дольные единицы. Опираясь на международное бюро мер и весов, амперметр способен показывать значения в декаамперах, гектоамперах, килоамперах и так далее.

Сфера применения широка, и электрики обязательно держат прибор под рукой. Цифровые, а также аналоговые модификации востребованы в промышленности. Еще встречаются модификации для потребности народного хозяйства. В энергетической области устройства позволяют определить силу тока на выходе у электротехники.

Строители используют приборы на площадках, чтобы провести проводку в домах и сооружениях. Автотранспорт, как известно, также функционирует на электронике. Устанавливая бортовой компьютер, важно знать силу тока. Отдельное направление – научные институты. Работая с радиоэлектроникой, важно подключать электрооборудование. Блоки питания подлежат тестированию, и чтобы проверить регулятор, важно использовать амперметр.

Принципы работы

Принцип работы зависит от типа модификации, а для этого стоит рассмотреть устройство амперметра постоянного тока.

Основные элементы механической модели:

• рамка;
• наконечники;
• центральная катушка;
• подключенный сердечник;
• магнит;
• пружина.

Если рассматривать магнитоэлектрические модели, они включают следующие элементы:

Принцип работы механических модификаций построен на полярности подключения к цепи. На стрелку оказывается воздействие магнитного поля. Направление грузика зависит от амплитуды импульсов. При возрастании электричества стрелка отклоняется в левую сторону.

Амперметр – типы

В зависимости от конструкции различают следующие амперметры:

• электродинамические;
• ферродинамические;
• электромагнитные;
• электрические.

Классификация по способу вывода информации:

Если оценивать рынок, предлагается большое количество электродинамических амперметров. Измерители изготавливаются с катушками, имеется ряд особенностей:

• широкий диапазон работы;
• подходит для цепи переменного тока;
• неподвижная катушка;
• точный контрольный прибор.

Устройства востребованы в лабораториях, частных предприятиях. Они функционируют при частоте максимум до 200 Гц. К слабым сторонам стоит отнести повышенную чувствительность к перегрузкам. Если взглянуть на схему электродинамического амперметра, учитывается использование проводных конденсаторов.

Преобладают рабочие резисторы повышенной проводимости. Если есть потребность в приобретении, стоит обратить внимание на измеряемые величины. Также в расчет берется показатель сопротивления. При подключении амперметра в цепи определяется воздействие силы тока от 1 ампера. Эксперты полагают, что электродинамические приборы обеспечивают наиболее высокую точность.

Класс оборудования должен указываться производителем. Также встречаются модели с экранированным, статическим построением компонентов. Если взглянуть на панель, может встречаться различное разделение по амперам.

Важно! Ферродинамический прибор поставляется с подвижными и неподвижными катушками.

• частотная погрешность;
• четкая позиция сердечника;
• широкий температурный диапазон;
• проблема с намагничиванием;
• подходит для щитовых установок.

Электрики выбирают их за счет высокого класса надежности. Амперметры данного типа являются компактными. Они способны использоваться на плоской поверхности или монтироваться на рейку. Конфигурация предоставляется с поворотными механизмами либо рядом подшипников. За основу используется пластик, есть варианты с металлической защитой.

Сердечники поставляются с дополнительной обмоткой, крепление осуществляется на винтах. Серийные щитовые приборы производятся с замкнутыми магнитопроводами. Сердечник у таких конструкций выполнен в виде сплошного цилиндра, на котором надето кольцо. Подвижная рамка служит в качестве измерительной обмотки.

Сердечник зафиксирован в горизонтальном положении. Также у амперметров используется подшипник качения, который крепится рядом с фланцем. Электромагнитный тип имеет ряд преимуществ:

• компактность;
• высокая точность;
• подвижный сердечник;
• учет изменения магнитного поля;
• простота устройств.

Интересно! Амперметры поставляются с ферримагнитными сердечниками, которые установлены по центру.

Катушка может иметь выпуклую либо плоскую форму. В виде обмотки представлена толстая проволока, которая крепится на каркасе. Между элементами предусмотрен небольшой зазор. Под каркасом используется ферромагнитная пластина, расположенная в вертикальном положении. Пружина закреплена в корпусе и служит противодействующей силой стрелки. К числу особенностей стоит приписать такое:

• нет проблем с перемагничиванием;
• минимальный угол отклонения;
• различные измеряемые величины;
• дешевизна продукции;
• подходит для щитовых приборов.

Аналоговый амперметр считается устаревшим, однако такое заявление еще преждевременно. Большинство модификаций работают в широком диапазоне, отличаются повышенной точностью.

• масса от 0.2 кг;
• класс точности 1.5;
• средний размер 80 на 80 мм.

Аналоговые модели просты в монтаже, используются в пластиковом корпусе. Особенности цифровых амперметров:

• разнообразие типов;
• интересный дизайн;
• различные способы монтажа;
• высокая точность.

В цепи переменного тока модели демонстрируют стабильную работу. Модули устанавливаются в источниках питания, используются платы на 4–5 выводов.

• напряжения от 3.5 вольт;
• максимальный ток до 20 а;
• вес от 20 грамм;
• средний размер 40 на 30 мм;
• минимальная температура – 15 градусов;
• точность измерения от 0.5 процента;
• частота обновления 150 мс за один раз;
• максимальная температура + 70 градусов.

Цифровые амперметры Emas, Feron, GTM, Hager могут характеризоваться, как профессиональные. Некоторые подходят для лабораторий, другие – востребованы в промышленности.

Амперметры Ам-2 DigiTOP

Прибор данной серии работает в сети переменного тока с частотой не более 50 Гц.

• максимальный ток – 50 ампер;
• электроцепь – однофазная;
• погрешность не более 1%;
• максимальная температура эксплуатации 55 градусов;
• производитель – Украина;
• минимальная температура – 35 градусов;
• нижний предел – 1 амперметр.

Установка относится к электронным, есть цифровое табло. Она используется на промышленных предприятиях, где установлено электрооборудование. Прибор может быть монтироваться на рейку шириной в 35 мм. Подключение осуществляется согласно схеме. Для питания конструкции не требуется отдельный аккумулятор, источником энергии выступает сеть.

Амперметр лабораторный Э537

В лабораториях остаются востребованными товары представленной серии. Они служат для измерения силы тока в цепи переменного тока.

• класс точности – 0.5;
• масса – 1.2 кг;
• минимальная частота – 45 Гц;
• длина, ширина –140 на 195 мм.

Прибор выделяется высокой точностью и качеством элементов. В лабораториях его можно подключать к электрооборудованию, значение показывается в миллиамперметрах.

Амперметр СА3020

В среде цифровых приборов выгодно смотрится представленный щитовой вариант. Работает в цепи переменного тока.

• минимальная частота – 47 Гц;
• постоянное напряжение – 120 вольт;
• потребляемая мощность – 4 В;
• масса – 0.5 кг;
• максимальная частота – 65 Гц;
• напряжение сети – от 85 вольт.

Прибор имеет высокую степень защиты от замыканий, плюс к этому – устройство очень простое в подключении.

Устройство прибора

Цифровой прибор включает в себя плату, дисплей, а также контакт. Если детальнее рассматривать блок управления, предусмотрены следующие компоненты:

• компаратор;
• операционный усилитель;
• регулятор;
• конденсаторы;
• резисторная сборка;
• резонатор.

Шкала и схема амперметра переменного тока

На схеме видны элементы, отвечающие за уровень напряжения. Распространенными считаются варианты с последовательным подключением резисторов. Максимальное падение напряжения происходит на обмотке.

Интересно! Диоды используются кремниевого типа, они отвечают за стабильность показаний.

Также на схеме показана дополнительная обмотка изоляции. За катушкой трансформатора идут конденсаторы. Кремниевый диод служит для защиты показаний. В сложных схемах амперметр используется с выпрямителями.

Выше описано понятие прибора переменного тока. Рассказана сфера применения, особенности устройств. Показан принцип работы и преимущества конкретных приборов.

Всем нам известно, что амперметр – это прибор для измерения тока, который измеряется в Амперах. Меряет амперы – значит, амперметр.

Но, для того, чтобы замерить ток, необходимо амперметр правильно подключить в цепь. Будь то цепь постоянного или переменного тока. Ведь неправильное включение прибора может привести к выходу его из строя.

Амперметр подключается к электрической цепи последовательно

То есть у нас есть провод, по нему течет электрический ток от источника этого самого тока к потребителю, которым может выступать электрический прибор.

Чтобы измерить ток амперметром, нам необходимо обесточить (отключить) источник питания. Затем необходимо разорвать цепь – в прямом и переносном смысле. Грубо говоря, разрезать провод.

Теперь у нас получится два провода. Берем амперметр, подключаем к прибору две половины разрезанного провода. Нужно учесть тот факт, что ток, протекающий в цепи должен быть меньше максимально измеряемого тока прибора. Максимально измеряемый ток прибора должен быть написан на самом приборе или в документации к нему.

Максимальный ток в цепи можно рассчитать, зная напряжение, нагрузку и сечение провода. Провода должны быть изолированы (покрыты изоляцией), а на концах зачищены.

После того, как провода подключены и надежно закреплены в амперметре, можно включать питание и прибор покажет величину тока в цепи, который и пройдет через амперметр.

Но так никто не делает, потому что разрезанные провода до добра не доводят.

У амперметра малое внутреннее сопротивление, это сделано для того, чтобы оно минимально влияло на величину измеряемого тока. При подключении амперметра в цепь переменного тока не имеет значения, куда подключать прибор.

При подключении амперметра в цепь постоянного тока, если стрелка будет отклоняться в другую сторону, или же будет показывать ноль – следует поменять полярность, поменять провода местами.

Подключение амперметра через шунт

Если ток в цепи окажется больше, чем ток прибора, то можно рассчитать и использовать шунт для измерения тока большей величины. В этом случае цепь разделится на две ветви. У одной будет малое сопротивление амперметра, а у второй большое сопротивление подобранного шунта. Большой ток разделится пропорционально сопротивлениям и по амперметру пройдет малый ток, по шунту – большой. (Более подробно об этом явлении).

Измерение тока амперметром через трансформатор тока или клещи

Бывают случаи, когда надо замерить ток в кабеле, на шине… изолированной шине. Шина – это медная полоса определенного сечения, по которой протекает ток, не автомобильное колесо…

Разрезать кабель или шину бывает накладно, да и бессмысленно. В этом случае можно воспользоваться измерительными клещами или трансформатором тока.

Трансформатор тока имеет две обмотки – высшую и низшую, которые не связаны между собой. Ток приходит на высшую, затем создается ЭДС (более подробно про принцип действия ТТ) и во вторичной обмотке протекает ток, пропорциональный числу витков обмоток. Так вот, если есть необходимость замерить ток, то на кабель вешают «бублик», он же – ТТ. А уже к трансформатору тока присоединяют амперметр. Тут главное правильно быть проинструктированным и не наделать дел. Получается мы снимаем ток амперметром со вторичной обмотки, преобразованный в меньшую сторону и безопасный для измерения и амперметра.

Такой же принцип используется и в измерительных клещах, только и амперметр и ТТ находятся в одном корпусе. Да и плюс ко всему первичная обмотка клещей размыкается одним нажатием кнопки на корпусе и потом замыкается.

Эти два описанных решения гораздо удобнее, чем разрезать провод и садить к амперметру. Главное следить за диапазонами измеряемых приборами и протекаемых в электрических цепях токов.

Мультиметры позволяют измерять постоянный ток до 10 Ампер. Но их часто палят, так как неправильно подключают концы на прибор, не учитывают величину тока в проводах… Но это в основном молодые люди. Часто для «починки» такой неисправности необходимо просто заменить предохранитель в приборе.

Ну, и в конце хотелось бы еще раз повторить основную мысль всего повествования:

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями