Амперметр тока

Внутреннее сопротивление — амперметр

Внутреннее сопротивление амперметра 1 мОм ( миллиОм), устанавливаемое по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Можно снизить это сопротивление, однако использование амперметра с очень низким сопротивлением в схемах с высоким выходным импедансом ( относительно выводов амперметра) может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы.
 

Внутренние сопротивления амперметров составляют десятые сотые доли ома, миллиамперметров — единицы ом, вольтметров — сотни и тысячи ом, милливольтметров — десятки ом.
 

Определить внутреннее сопротивление амперметра для задачи 7 — 32, если известно сопротивление резистора / ч10 Ом.
 

Оценим внутренние сопротивления амперметра RA, вольтметра Ну и сопротивление jR исследуемой проволоки.
 

В этом случае внутреннее сопротивление амперметра для разных пределов измерения приблизительно обратно пропорционально квадрату отношения пределов измерения.
 

I б) внутреннее сопротивление амперметра f 1 йЧ U U Равно нулю.
 

Эта поправка значительна при небольших значениях R, меньших внутреннего сопротивления амперметра или соизмеримых с ним.
 

Падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R14 и внутреннем сопротивлении амперметра РА1, приложено к эмиттерному переходу транзистора V22, причем полярность этого напряжения такова, что при его увеличении транзистор открывается. Последний, в свою очередь, еще более открывает V22 — процесс протекает лавинообразно. При этом регулирующий элемент ( V23V24) закрывается, и выходное напряжение блока становится близким к нулю. Одновременно включается сигнальная лампа Н2 Перегрузка.
 

По схеме б) аналогично получим: & RX Ra, где Ra — внутреннее сопротивление амперметра.
 

Если г УГА ГУ -, то ключ Кг ставится в положение 2, здесь ГА — внутреннее сопротивление амперметра; г у — внутреннее сопротивление милливольтметра.
 

Включенный в цепь прибор оказывает на ее режим определенное влияние, для уменьшения которого необходимо строго выполнять следующие условия: внутреннее сопротивление амперметра RA должно быть много меньше сопротивления нагрузки RH; внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления нагрузки. Невыполнение этих условий приводит к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадает со значениями отношений RA / R и RjRv Условие Rv J Ra особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках ( нагрузках) с большим сопротивлением в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры с входным сопротивлением до сотен мегаом.
 

Появление этих погрешностей связано с тем, что при расчете по схеме а) из показаний вольтметра не вычитается падение напряжения на внутреннем сопротивлении амперметра, а при расчете по схеме б) из показаний амперметра не вычитается сила тока, ответвляющегося в вольтметр.
 

Во втором случае, если внутреннее сопротивление амперметра имеет величину более 2 % измеренного сопротивления, то погрешность будет завышенной.
 

Расчет и изготовление шунта

Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.

Основные понятия и формулы

Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.

Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).

Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.

Расчет шунтирующего звена

Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.

Перемещая ходунок резистора R, следует добиться максимального показания стрелки на шкале индикатора и зафиксировать показания Iинд на тестере. Вследствие опыта известны величины Iинд = 0.0004 А и Rрам=1кОм (также измеряется тестером), этого достаточно для дальнейшего расчета сопротивления шунта микроамперметра (индикатора) по формуле:

Rш=Rрам * Iинд / Imax; получаем Rш=13,3 Ом.

Длина проводника

Выбрав материал для изготовления и зная величину его удельного сопротивления, необходимо рассчитать длину токовой части шунта.

Согласно соотношению: Rш=p*J/S,

где: p-удельное сопротивление, J-длина, S- площадь поперечного сечения проводника, подбираются геометрические параметры медного провода (p=0.0175 Ом*мм2 /м).

Величину площади можно рассчитать из формулы, вооружившись предполагаемым значением диаметра:

S=3.14*d2/4.

Тогда искомая величина будет равна:

J=R*S/p.

При диаметре проводника d= 0.1 мм, подставив значения получается длина:

J=0.45 м.

Расчет шунта для амперметра постоянного тока определил такие выходные данные:

максимальный ток измерения — 30 мА;

материал проводника — медная жила 0.1 мм в диаметре длиною 0,45 м.

Для удобства и упрощения расчетов относительно шкал измерительных приборов используют онлайн-калькулятор.

Правила эксплуатации

Схема соединения любого амперметра только последовательная. Она определяется внутренним сопротивлением прибора. Оно, в свою очередь, всегда мало, стремится к минимуму. При включении (милли) амперметра параллельно в сеть с измеряемым током сам измеритель сгорит, чего не скажешь о вольтметре. Цифровой тестер, в котором есть функция миллиамперметра, защищён плавким предохранителем – при превышении замеряемой силы тока тот попросту перегорит, не перегружая датчик тока избыточной силой последнего.

Откалибровать (установить на ноль) прибор необходимо, когда со временем эта калибровка нарушилась: на измерительной головке есть винт, изнутри подтягивающий стрелку за специальное «ушко». Оно немного потянет и сдвинет за собой возвратную пружину, без которой бы стрелка не возвращалась в нулевое положение при отключении тока в электроцепи. Цифровые (милли) амперметры в калибровке не нуждаются – располагающийся на печатной плате датчик тока и электроника тестера или амперметра уже согласованы друг с другом на заводе. Но любой прибор проходит регулярную поверку – и первая выполняется на самом заводе, вторую же опытный пользователь может провести и сам, имея под рукой более новый такой же прибор.

Не подключайте стрелочный амперметр «задом наперёд» – если это не «двусторонний» прибор со шкалой, поделённой на «плюсовую» и «минусовую» части. Цифровой амперметр нечувствителен к смене полярности – он покажет «отрицательное» значение, не влияющее на погрешность.

Не пытайтесь использовать постоянный амперметр в электроцепи с переменным током. Показания цифрового прибора будут меняться каждые полсекунды и «плавать» в широких пределах, становясь то отрицательными, то положительными. В сетях с промышленной частотой тока 50-60 Гц стрелочный амперметр продемонстрирует лишь «вибрацию» стрелки около нуля.

Если ток быстропеременный (от сотен до тысяч герц), то показаний не будет, вообще. Переделка стрелочного постоянного амперметра на переменный заключается в установке диода или диодного моста, включённого параллельно шунту прибора. Диоды должны работать в данном диапазоне частот переменного тока – на каждом из диодов указывается граничная частота, выше которой диод применять нежелательно. Если у вас цифровой тестер, используйте режим переменного вольтметра с резистором в 1 ом, включённым параллельно прибору.

Как измерить ток миллиамперметром, смотрите в следующем видео.

Налаживание

В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.

Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.

Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.

Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.

По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.

Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0. 99.9V.

Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7. 16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.

Шунты измерительных приборов

Измерительный шунт — сопротивление, параллельно подключенное к зажимам измерительного амперметра (параллельно его внутреннему электрическому сопротивлению). Это позволяет прибору расширить измерительный диапазон по току при снижении его чувствительности и разрешающей способности.

Измерительные шунты производят из манганина. В зависимости от конструктивного исполнения бывают:

• внутренними;
• наружными (внешними).

Для определения небольших значений тока (не более 30 А) шунт чаще всего находится внутри корпуса прибора. В случае измерения внушительных значений тока во избежание чрезмерного нагрева корпуса шунт имеет наружную конфигурацию исполнения.

В портативных магнитоэлектрических устройствах, рассчитанных на силу тока не более 30 ампер, внутренние шунты рассчитаны на несколько граничных значений измеряемой величины.

У внешних резисторов, как правило, присутствует калибровка, с расчётом на распространенные значения тока и напряжения. Такие шунтирующие сопротивления имеют ряд номинальных значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

При использовании элементов шунтирования в измерениях величин переменного тока наблюдается добавочная погрешность, связанная с преобразованием частоты, поскольку сопротивления измерительного механизма и шунтирующего устройства находятся в различных зависимостях от частоты.

Шунтирующие звенья классифицируются согласно точности: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, и 0,5. Цифровые значения, отвечающие каждому классу, указывают на допустимую величину расхождения сопротивления с его номиналом, выраженную в процентах.

Эксплуатационные требования, выдвигаемые к элементам шунтирования: низкие потери напряжения в области шунта, во избежание перегрева оборудования; стабильное значение сопротивления, обеспечивающие точность измерения; стойкость к коррозии и к воздействиям окружающей среды.

Контроль величины постоянного тока имеет широкий диапазон применения, в том числе:

• фотоэлектрическая промышленность,
• источники электропитания общественного транспорта,
• электрические генераторы и двигатели,
• оборудование для сварочных работ,
• инверторы,
• и другие системы с наличием высоких значений постоянного тока.

Во многих промышленных отраслях применение шунтирующих резисторов зарекомендовало себя как надежный, точный и долговременный способ для беспрерывного измерения тока постоянной величины.

Устройство и принцип работы

Устройство этого прибора разберем на примере электродинамического амперметра, ведь в разных моделях оно может существенно различаться. Одними из элементов, из которых состоит амперметр, являются катушки – движущаяся и неподвижная, что могут соединяться одна с другой как параллельно, так и последовательно. Токи, идущие по ним, осуществляют взаимодействие, следствием чего становится отклонение подвижной детали. Именно с ней и соединена стрелка прибора, которая и показывает значение токовой силы. При включении в электрические контуры происходит последовательное соединение рассматриваемого прибора с нагрузкой. Если известно, что сила тока очень велика либо напряжение крайне высокое, то соединение осуществляется при помощи трансформатора.

Если говорить о принципе функционирования, то работает устройство по следующей схеме. Параллельно с магнитом постоянного типа на кронштейновой оси монтируется якорь со стрелкой, выполненный из стали. Упомянутый магнит оказывает воздействие на якорь и тем самым придает ему определенные магнитные характеристики. Расположение самого якоря проходит вдоль силовых линий, что также идут вдоль магнита. Это положение якоря соответствует 0 на показательной шкале. Если ток батареи либо генератора проходит через шину, у нее формируется поток магнитного типа. Его силовые линии в зоне нахождения якоря будут перпендикулярны с такими линиями в магните постоянного типа.

Магнитный поток, что формируется током, осуществляет воздействие на якорь, что будет пытаться совершить 90-градусный поворот. Но относительно исходного положения он не сможет этого сделать по причине потока, что образовывается в магните постоянного типа. Именно от типа величины и направления тока, что проходит через шину, и будет зависеть степень взаимодействия 2 потоков магнитного типа. Естественно, что на такую величину будет осуществляться и крен стрелки от ноля по шкале.

А в случае с цифровым аналогом суть будет такова, что аналого-цифровой преобразователь будет трансформировать значение силы тока в замеры цифрового характера, что будут выводиться на экран прибора.

Микросхема СА3162Е

Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.

Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.

Чтобы получить законченный прибор нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а так же, трех управляющих ключей.

Тип индикаторов может быть любым, -светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.

Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.

Назначение и принцип работы

Амперметр – зашунтированный параллельно гальванометр. В его схеме есть шунт – полосковая линия на печатной плате или кусок медной проволоки, свёрнутый в несколько небольших свитков. Сопротивление шунта – от десятых до тысячных долей ома. Для миллиамперметра применяют до тысячи раз большее сопротивление – от единиц до десятков омов.

Принцип действия амперметра основан на основном постулате для всех электриков – законе Ома. На измерительную головку аналогового (или на датчик тока цифрового) амперметра подаётся внешний ток из измеряемой цепи. По схеме амперметр включается всегда последовательно – в разрыв цепи, в любом месте, между любыми её соседними компонентами, соединёнными также последовательно. Однако не весь ток проходит через шунт – небольшая его часть следует через датчик тока или стрелочную измерительную головку, что тут же обнаруживается в виде показаний.

Миллиамперметр не может пропускать ток больше, чем несколько единиц, десятков или сотен миллиампер – он не рассчитан на большие токи. Превышение диапазона измерений бессмысленно – стрелка или цифровая шкала миллиамперметра «зашкалит», и окончательную силу тока, проходящего по всей электроцепи, трудно прикинуть даже приблизительно. Назначение миллиамперметра – замеры силы тока именно в этих дольных единицах. А показания тока в микроамперах на миллиамперметре будут едва заметными, очень приближёнными.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

R=(Uп/Iи)-Rп, где

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Для несложного вольтметра из китайского амперметра можно выбрать следующие резисторы:

• для первого предела – 1,5 кОм;
• для второго – 19,5 кОм;
• для третьего – 199,5;
• для четвертого – 1999,5.

А вот относительная величина сопротивления этого прибора будет равна 2 кОм/В. Конечно, расчетные номиналы не совпадают со стандартными, поэтому резисторы придется подбирать близкими по значению. Далее проводится финишная подгонка, при которой производится градуировка самого прибора.