§ 38. Амперметр. Измерение силы тока

Силу тока в цепи измеряют прибором, называемым амперметром. Амперметр — это тот же гальванометр, только приспособленный для измерения силы тока, его шкала проградуирована в амперах (рис. 61, а).

На шкале амперметра обычно ставят букву А. На схемах его изображают кружком с буквой А (рис. 61, б).

При включении в цепь амперметр, как всякий измерительный прибор, не должен влиять на измеряемую величину. Поэтому он устроен так, что при включении его в цепь сила тока в ней почти не изменяется. Амперметр, используемый в школе для демонстрационных опытов, изображён на рисунке 61, (а), для лабораторных работ — на рисунке 61, (в). В технике используются амперметры с разной ценой деления, в зависимости от назначения. По шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Превышать эту силу тока нельзя, так как прибор может испортиться.

При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.

Включают амперметр в цепь с помощью двух клемм, или зажимов, имеющихся на приборе. У одной из клемм амперметра стоит знак « + », у другой — «-» (иногда знака «-» нет). Клемму со знаком «+» нужно обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова. Это следует из того, что заряд, проходящий через любое поперечное сечение проводников цепи в 1 с, одинаков. Когда в цепи существует ток, то заряд нигде в проводниках цепи не накапливается, подобно тому как нигде в отдельных частях трубы не собирается вода, когда она течёт по трубе. Поэтому при измерении силы тока амперметр можно включать в любое место цепи, состоящей из ряда последовательно соединённых проводников, так как сила тока во всех точках цепи одинакова. Если включить один амперметр в цепь до лампы, другой после неё, то оба они покажут одинаковую силу тока (рис. 62).

Сила тока — очень важная характеристика электрической цепи. Работающим с электрическими цепями надо знать, что для человеческого организма безопасной считается сила тока до 1 мА. Сила тока больше 100 мА приводит к серьёзным поражениям организма.

Вопросы

1. Как называют прибор для измерения силы тока?
2. В каких единицах градуируют шкалу амперметра?
3. Как включают амперметр в цепь?

Упражнение 25

1. При включении в цепь амперметра так, как показано на рисунке 63, а, сила тока была 0,5 А. Каковы будут показания амперметра при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 63, б?

2. Как можно проверить правильность показаний амперметра с помощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?
3. Рассмотрите амперметры, данные на рисунках 61, 62. Определите цену деления шкалы каждого амперметра. Какую наибольшую силу тока они могут измерять? Перерисуйте шкалу амперметра (см. рис. 61, а) в тетрадь и покажите, каково будет положение стрелки при силе тока 0,3 А и 1,5 А.
4. Имеется точный амперметр. Как, пользуясь им, нанести шкалу на другой, ещё не проградуированный амперметр?

Источник

Амперметр. Назначение, типы амперметров их устройство и принцип работы, как пользоваться и подключать

Назначение амперметра.

Амперметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения силы электрического тока в каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается единицах, называемых амперами, отсюда и название прибора — «Амперметр». На практике значения электрического тока измеряются в различных диапазонах — от микроампер (мкА) до килоампер (кА).

Амперметр — это тот же гальванометр, только приспособленный для измерения силы тока, его шкала проградуирована в амперах.

На схемах амперметр изображают кружком с буквой А в центре.

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр. Перед измерением необходимо прочитать инструкцию к конкретной модели мультиметра, чтобы его правильно настроить и подключить в электрическую цепь.

Как работает амперметр?

Существует два типа амперметров: аналоговые, показывающие значение путем отклонения стрелки механического устройства, и все чаще использующиеся в настоящее время цифровые приборы, оснащенные сложными электронными схемами.

При изготовлении аналоговых амперметров необходимо использовать эффекты, зависящие от величины электрического тока. Чаще всего они связаны с созданием магнитного поля проводником, в котором течет электрический ток. Чем выше сила тока, тем больше эффект, производимый данным явлением.

Каждый аналоговый амперметр имеет подвижную и неподвижную части. К подвижной части прикреплена стрелка, которая перемещается по шкале и позволяет считывать показания прибора. Чтобы избежать ошибок при снятии показаний, которые вызваны эффектом параллакса, следует смотреть на стрелку под прямым углом к ​​шкале, чему способствует зеркало, расположенное рядом со шкалой (см. рисунок 1).

Рис. 1. Индикаторный микроамперметр с зеркалом, установленным для уменьшения эффекта параллакса при снятии показаний

Типы амперметров их устройство и принцип работы

Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с протеканием электрического тока через проводник. Некоторые из них перечислены ниже.

Магнитоэлектрический амперметр

Конструкция магнитоэлектрического амперметра, основанного на этом явлении, показана на рис. 2. Вращающаяся катушка, через которую протекает измеряемый электрический ток, отмечена красным цветом. Части катушки, перпендикулярные плоскости рисунка, используются в качестве проводника.

Магнитное поле создается постоянным магнитом, сформированным таким образом, чтобы поле было радиальным. Таким образом, каждый фрагмент взаимодействующего проводника всегда перпендикулярен вектору индукции магнитного поля, независимо от положения катушки с указателем.

Формула, описывающая силу магнитного взаимодействия, действующую на прямолинейный проводник с током, помещенным в магнитное поле, имеет вид: F = I * L * B (1), где:

Согласно этой формуле, на токоведущие проводники перпендикулярно плоскости (см. рисунок 2) действует сила, направление которой перпендикулярно как этим проводникам, так и вектору индукции магнитного поля. Эта сила вызывает вращение катушки. Значение силы, согласно формуле (1), равно F = I * l * B * sin α (2), где:

Пружина, обозначенная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки таким образом, что устанавливается равновесное положение в зависимости от силы тока, значение которой можно определить по стрелке, расположенной над шкалой амперметра.

Таким образом, описанный амперметр показывает направление протекания электрического тока. Его можно использовать только для постоянного или однонаправленного тока. Такова, в частности, конструкция гальванометров.

Электродинамический амперметр

Электродинамический амперметр состоит из двух катушек — подвижной и неподвижной (см. рисунок 3).

Если через обе катушки протекает электрический ток, значение которого мы хотим измерить, магнитные поля будут взаимодействовать, вызывая отклонение подвижной катушки и прикрепленного к ней указателя (стрелки). Этот эффект не зависит от направления протекания электрического тока. Электродинамический амперметр может использоваться для измерения постоянного и переменного тока, включая быстро меняющийся ток. Это точные устройства, но дорогие. Чаще всего они используются в лабораториях в качестве эталонных измерительных приборов.

Индукционный амперметр

Электрические токи I₁ и I₂ (см. рисунок 4), протекающие в катушках электромагнитов, создают пульсирующие магнитные потоки, которые вызывают вихревые токи в диске, помещенном в воздушный зазор электромагнитов.

Вихревые токи также создают магнитное поле, которое отталкивающе взаимодействует с полем катушки, заставляя диск вращаться.

Индуктивный амперметр можно использовать только для измерения переменного тока, т.к. постоянный ток не будет вызывать вихревые токи в диске. Этот тип конструкции в настоящее время используются только в качестве счетчиков электроэнергии.

Как пользоваться и подключать амперметр к цепи?

Для измерения силы тока в простейшей электрической цепи мы должны обязательно разорвать цепь в любом месте и в этот разрыв подключить прибор (см. рисунок 5). Такое подключение называют последовательным. То есть, например, для измерения силы тока в проводнике амперметр подключают последовательно с этим проводником — в этом случае через проводник и амперметр идёт одинаковый ток.

Рис. 5. Способ подключения амперметра в электрической цепи

В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова. Это следует из того, что заряд, проходящий через любое поперечное сечение проводников цепи за 1 с, одинаков. Когда в электрической цепи существует ток, то заряд нигде в проводниках цепи не накапливается, подобно тому как нигде в отдельных частях трубы не собирается вода, когда она течёт по трубе. Поэтому при измерении силы тока амперметр можно включать в любое место цепи, состоящей из ряда последовательно соединённых проводников, так как сила тока во всех точках цепи одинакова. Если включить один амперметр в электрическую цепь до лампы, другой после неё, то оба они покажут одинаковую силу тока.

Внимание! Нельзя присоединять амперметр к зажимам источника без какого-либо приёмника тока, соединённого последовательно с амперметром. Можно испортить амперметр!

Для каждого амперметра существует верхний предел измерения (предельная сила тока), то есть по шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Включение амперметра в электрическую цепь с большей силой тока недопустимо, так как он может выйти из строя.

При включении в цепь амперметр, как всякий измерительный прибор, не должен влиять на измеряемую величину. Поэтому он устроен так, что при включении его в цепь сила тока в ней почти не изменяется. Как мы уже знаем, любые измерительные электроприборы обладают определенным электрическим сопротивлением. При включении последовательно в электрическую цепь амперметра его электрическое сопротивление добавляется к полному электрическому сопротивлению электрической цепи. Это вызывает нежелательное уменьшение силы тока. Чтобы этого не случилось, сопротивление амперметра должно быть мало. Идеальным был бы амперметр без сопротивления (R = 0), но на практике этого достичь невозможно.

Как увеличить диапазон измерения амперметра?

Чтобы измерение тока было как можно более точным, нам необходимо использовать соответствующий диапазон измерений. Попытка считывания значений в несколько мА, когда шкала перекрывает измерения до 100 А закончится тем, что мы даже не заметим отклонения стрелки амперметра.

Разработчики амперметров используют различные технические решения для того, чтобы иметь возможность измерять силу тока в различных диапазонах. В некоторых случаях мы можем сами изменить диапазон измерения прибора. Если мы добавим к нему дополнительный резистор (так называемый шунт), как показано на рис. 6, мы сможем измерять более высокие токи, не подвергая хрупкую структуру амперметра разрушению.

Рис. 6. Расширение диапазона магнитоэлектрического амперметра путем добавления шунтирующего резистора

Следовательно, сопротивление шунтирующего резистора можно будет рассчитать так:

По конструктивным соображениям шунтирующий резистор используется только для магнитоэлектрического амперметра.

Источник

Измерение силы тока амперметром

Для измерения величины тока (силы тока) в цепях постоянного и переменного тока используют электроизмерительный прибор амперметр. Амперметр включается в цепь последовательно с источником тока.

Поскольку ток — это упорядоченное движение заряженных частиц вдоль проводника (через поперечное сечение проводника), то для измерения его величины необходимо пропустить измеряемый ток еще и через амперметр. Поэтому амперметр включается именно в разрыв исследуемой цепи, когда нужно измерить ток, а ни в коем случае не параллельно ей.

В выходной цепи современного амперметра обычно находится шунт — калиброванный резистор повышенной точности и довольно малого сопротивления (считанные доли ома), на котором электронная схема прибора измеряет падение напряжения, и по нему косвенным путем вычисляет ток (или как говорят — силу тока).

Амперметр, как отдельный измерительный прибор или как одна из функций мультиметра, имеет несколько диапазонов измерения тока. Выбор диапазона осуществляется при помощи переключателя, расположенного на лицевой панели прибора.

Обычно на мультиметре можно выбрать одно из следующих значений (максимальное значение для диапазона): 200мкА, 2мА, 20мА, 200мА, 10А и т.д. Кроме того у некоторых мультиметров есть возможность измерения постоянного, переменного, либо и постоянного и переменного тока.

Вид тока также выбирается на шкале переключателя. Для измерения тока и напряжения у мультиметров имеются два отдельных гнезда для подключения щупов: одно гнездо — для измерения напряжения, второе гнездо — для измерения тока. Третье — общий провод, который остается на своем месте независимо от того, что измеряется, ток или напряжение.

Подключите щупы к соответствующим гнездам мультиметра или амперметра. Включите прибор и переведите его в режим измерения тока, выбрав вид тока и диапазон с помощью переключателя. Если диапазон неизвестен, то стоит начать с самого большого значения из доступных на шкале переключателя, потом можно будет уменьшить. Обесточьте цепь, в которой необходимо будет измерить ток.

Присоедините щупы (соблюдая осторожность!) так, чтобы прибор оказался включен в разрыв цепи. Подайте ток в цепь. Спустя пару секунд прибор отобразит на своем дисплее действующее значение измеренного тока.

Если диапазон 10А или более, то значение измеренного тока будет отображено в амперах. Если диапазон например 200мА, 20мА или 2мА (порядок величин таков, но в принципе значения на шкале могут отличаться от этих), то на дисплее будут показания в миллиамперах. Если выбран диапазон 200мкА (или такого же порядка) — на дисплее будут показаны микроамперы.

Амперметр никогда нельзя подключать параллельно источнику тока, ибо в этом случае ток короткого замыкания пройдет через измерительный шунт внутри прибора и если ток окажется больше предельно допустимого для прибора, то прибор мгновенно сгорит.

Если источником тока является, например, розетка или другой источник с низким внутренним сопротивлением, это может закончиться трагедией с жертвами, а в самом лучшем случае — быстрым выходом прибора из строя.

Если вам необходимо измерить ток короткого замыкания пальчиковой батарейки — такое может пройти для амперметра безвредно, но правилом включения амперметра лучше не пренебрегать никогда.

Амперметр включается всегда последовательно в цепь и только в тот момент, когда эта цепь обесточена! Потребители в исправной цепи сами ограничат ток рабочей величиной.

Особенной разновидностью амперметра являются электроизмерительные токовые клещи. Они имеют очень большой диапазон измеряемых токов, и их невозможно включить неправильно. Токовые клещи просто накидываются в обхват участка цепи, ток в которой нужно измерить, и сразу показывают ток. Более распространены токовые клещи для измерения переменного тока, но существуют и модели для измерения постоянного тока (на базе датчика холла).

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

Источник

На какую силу тока рассчитан амперметр

Андрей взял свой стрелочный амперметр, рассчитанный на измерение силы тока не более 7 А, и решил увеличить его предел измерений до 14 А. Для этого Андрей припаял параллельно к выходам амперметра дополнительный резистор (шунт) и переградуировал шкалу прибора, получив тем самым амперметр с уменьшенным внутренним сопротивлением и расширенным диапазоном измерений. То есть, когда амперметр по старой шкале показывал значение силы тока 7 А, на новой шкале стрелка указывала на деление в 14 А.

1) Если полный ток, текущий через параллельно соединённые амперметр и шунт составляет 14 А, а ток, текущий через амперметр, составляет 7 А, то какой ток течёт через шунт?

2) Если считать, что внутреннее сопротивление амперметра составляет 3 Ом, то чему равно сопротивление шунта, который Андрей припаял к амперметру?

3) Точность изготовления резисторов на заводе составляет ±5%. В каком диапазоне может лежать величина полного тока, текущего через шунт и амперметр, если амперметр по старой шкале показывает 4 А? Считайте показания амперметра по старой шкале точными.

Напишите полное решение этой задачи.

1) Так как амперметр и шунт соединены параллельно, то полный ток через них складывается из суммы токов, текущих через шунт и амперметр. Таким образом, если ток через амперметр составляет 7 А, а общий ток 14 А, то ток через шунт равен 7 А.

2) Так как через параллельно соединённые амперметр и шунт текут одинаковые токи, то сопротивление шунта совпадает с внутренним сопротивлением амперметра и равно 3 Ом.

3) Если амперметр показывает 4 А, а его внутреннее сопротивление составляет 3 Ом, то напряжение на нём равно 12 В. Ток, текущий через шунт, равен отношению напряжения на нём к сопротивлению шунта. Так как сопротивление шунта лежит в диапазоне (2,85; 3,15) Ом, то ток, текущий через него, при напряжении в 12 В будет лежать в диапазоне (3,8; 4,2) А. Тогда полный ток через параллельно соединённые амперметр и шунт будет лежать в диапазоне: (7,8; 8,2) А.

Ответ: 1) 7 А; 2) 3 Ом; 3) 7,8 Ответ: 1) 7 А; 2) 3 Ом; 3) 7,8 Решение Спрятать решение ·

Источник

Как измерять силу тока в электрической цепи

Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется Амперметр. Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление, но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.

Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I, а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква А. Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.

На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак «

«, а предназначенных для измерения постоянного тока ставится «–«. Например, –А означает, что прибор предназначен для измерения силы постоянного тока.

О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока». Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного тока величиной до 3 Ампер.

Схема измерения силы тока Амперметром

Согласно закону, ток по проводам течет в любой точке замкнутой цепи одинаковой величины. Следовательно, чтобы измерять величину тока, нужно прибор подключить, разорвав цепь в любом удобном месте. Надо отметить, что при измерении величины тока не имеет значение, какое напряжение приложено к электрической цепи. Источником тока может быть и батарейка на 1,5 В, автомобильный аккумулятор на 12 В или бытовая электросеть 220 В или 380 В.

На схеме измерения также видно, как обозначается амперметр на электрических схемах. Это прописная буква А обведенная окружностью.

Приступая к измерению силы тока в цепи необходимо, как и при любых других измерениях, подготовить прибор, то есть установить переключатели в положение измерения тока с учетом рода его, постоянного или переменного. Если не известна ожидаемая величина тока, то переключатель устанавливается в положение измерения тока максимальной величины.

Как измерять потребляемый ток электроприбором

Для удобства и безопасности работ по измерению потребляемого тока электроприборами необходимо сделать специальный удлинитель с двумя розетками. По внешнему виду самодельный удлинитель ничем не отличается от обыкновенного удлинителя.

Но если снять крышки с розеток, то не трудно заметить, что их выводы соединены не параллельно, как во всех удлинителях, а последовательно.

Как видно на фотографии сетевое напряжение подается на нижние клеммы розеток, а верхние выводы соединены между собой перемычкой из провода с желтой изоляцией.

Все подготовлено для измерения. Вставляете в любую из розеток вилку электроприбора, а в другую розетку, щупы амперметра. Перед измерениями, необходимо переключатели прибора установить в соответствии с видом тока (переменный или постоянный) и на максимальный предел измерения.

Как видно по показаниям амперметра, потребляемый ток прибора составил 0,25 А. Если шкала прибора не позволяет снимать прямой отсчет, как в моем случае, то необходимо выполнить расчет результатов, что очень неудобно. Так как выбран предел измерения амперметра 0,5 А, то чтобы узнать цену деления, нужно 0,5 А разделить на число делений на шкале. Для данного амперметра получается 0,5/100=0,005 А. Стрелка отклонилась на 50 делений. Значит нужно теперь 0,005×50=0,25 А.

Как видите, со стрелочных приборов снимать показания величины тока неудобно и можно легко допустить ошибку. Гораздо удобнее пользоваться цифровыми приборами, например мультиметром M890G.

На фотографии представлен универсальный мультиметр, включенный в режим измерения переменного тока на предел 10 А. Измеренный ток, потребляемый электроприбором составил 5,1 А при напряжении питания 220 В. Следовательно прибор потребляет мощность 1122 Вт.

У мультиметра предусмотрено два сектора для измерения тока, обозначенные буквами А– для постоянного тока и А

для измерения переменного. Поэтому перед началом измерений нужно определить вид тока, оценить его величину и установить указатель переключателя в соответствующее положение.

Розетка мультиметра с надписью COM является общей для всех видов измерений. Розетки, обозначенные mA и 10А предназначены только для подключения щупа при измерении силы тока. При измеряемом токе менее 200 мA штекер щупа вставляется в розетку mA, а при токе величиной до 10 А в розетку 10А.

Внимание, если производить измерение тока, многократно превышающего 200 мА при нахождении вилки щупа в розетке mA, то мультиметр можно вывести из строя.

Если величина измеряемого тока не известна, то измерения нужно начинать, установив предел измерения 10 А. Если ток будет менее 200 мА, то тогда уже переключить прибор в соответствующее положение. Переключение режимов измерения мультиметра допустимо делать только обесточив измеряемую цепь.

Расчет мощности электроприбора по потребляемому току

Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца.

где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Рассмотрим, как посчитать потребляемую мощность на примере:
Вы измеряли ток потребления лампочки фары автомобиля, который составил 5 А, напряжение бортовой сети составляет 12 В. Значит, чтобы найти потребляемую мощность лампочкой нужно напряжение умножить на ток. P=12 В×5 А=60 Вт. Потребляемая лампочкой мощность составила 60 Вт.

Вам надо определить потребляемую мощность стиральной машины. Вы измеряли потребляемый ток, который составил 10 А, следовательно, мощность составит: 220 В×10 А=2,2 кВт. Как видите все очень просто.

Источник