Амперметр назначение: Для чего нужен амперметр

Содержание

что измеряют и как ими пользоваться? Схемы подключения и принцип работы. Класс точности стрелочных, щитовых и других амперметров

Очень часто нам по различным причинам требуется осуществить измерить определенный параметр или характеристику в какой-то электрической цепи – дома, на работе или в автомобиле. Если речь идет о силе тока, то для вычисления данной характеристики требуется использовать специальное устройство, которое имеет название амперметр. Оно называет так, по причине того, что единицей измерения данной величины является ампер. Попробуем разобраться, что это за прибор, какими они бывают и как правильно их использовать, дабы измеряемый параметр был точным.

Что это и для чего нужен?

Амперметр – прибор, главным назначением которого является замер силы тока в электросетях. Причем речь идет о токе постоянного и переменного характера. Устройство подключается последовательно к части электроцепи, где осуществляется поверка.

Учитывая, что замеряемый ток будет сильно зависеть от сопротивления частей электроцепи, внутреннее сопротивление самого прибора должно быть низким. Это дает возможность существенно уменьшить влияние самого прибора на цепь, что замеряется, и увеличить точность самих показаний.

Обычно шкала прибора содержит такие обозначения, как мкА, мА, а и кА. В зависимости от необходимой точности и измерительного предела и следует выбирать подходящее устройство.

Увеличения силы, которую требуется измерить, можно добиться благодаря включению в электроцепь усилителей магнитного типа, шунтов, а также токовых трансформаторов. Это позволит существенно повысить предел величины измерений.

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.

Вывод результатов будет зависеть от частоты процессора, что отвечает за передачу соответствующих данных на дисплей.

Класс точности

Чтобы пользование амперметром было действительно эффективным, следует знать погрешность, с которой он осуществляет измерения. В основные характеристики такого прибора входит понятие «класс точности». Данная величина определяется несколькими погрешностями. А если говорить точнее – их границами. Этот параметр еще часто называют приведенной погрешностью. Согласно этому критерию амперметры, да и другие измерительные устройства, могут быть следующих классов:

  • 0,05;
  • 0,1;
  • 0,2;
  • 0,5;
  • 1;
  • 1,5;
  • 2,5;
  • 4.

Устройства, что относятся к первым 4 классам называют прецизионными или точными. Их показания будут иметь максимальную точность. А вот приборы, что относятся к другим четырем группам, называют техническими. Если же случилось так, что пометки на устройстве нет, то оно считается внеклассным. Это значит, что его погрешность в измерениях будет даже больше 4%.

В случае с амперметрами классы точности предназначены для понимания границ абсолютной погрешности прибора. И это не будет гарантией, что в показания не будут внесены коррективы из-за других факторов, среди которых можно назвать частоту переменного тока, действие магнитных полей или температурных перепадов. Отдельно следует сказать, что маркировка амперметров в вопросе классов точности осуществляется согласно ГОСТ.

Обзор видов

Теперь немного расскажем о категориях амперметров, ведь от этого, а также принципа работы будет зависеть точность полученных результатов. Как уже говорилось, есть 2 основные группы устройств:

  • цифровые;
  • аналоговые.

Модели из последней категории могут быть:

  • электродинамические;
  • электромагнитные;
  • магнитоэлектрические;
  • ферродинамические.

Кроме того, рассматриваемые устройства подразделяются по типу замеряемого тока на:

  • предназначенные для постоянного;
  • для переменного тока.

Кроме того, есть и иные спецприборы для токозамеров, что применяются в определенных узких сферах и не столь часто, что упомянутые выше. Скажем об упомянутых устройствах чуть подробнее. Аналоговый чаще всего бывает стрелочный. О нем уже говорилось выше. Как говорилось выше и о цифровых аналогах, которые преобразуют входной сигнал в информацию на табло при помощи специального аналого-цифрового преобразователя.

Иногда такой прибор еще называют электронным.

Цифровые устройства все более активно используются в различных сферах жизни. Они довольно невелики, удобны в использовании и отличаются точными измерениями. Кроме того, они мобильны, по причине небольшой массы. Они невосприимчивы к механическим ударам и вибрациям. Они еще и невосприимчивы к расположению в различных плоскостях. Еще одна категория устройств, о которой нужно сказать – магнитоэлектрические

. Принцип действия этой категории основан на взаимодействии поля магнита и движущейся катушки, что располагается в корпусе.

Преимуществами будет малое потребление электрической энергии при работе, высочайшая точность и чувствительность замеров. Такие устройства имеют специальную равномерную градуировку измерительной шкалы. Они предназначены для проведения замеров, где требуется максимально возможная точность. Минусами таких амперметров будет сложность конструкции и наличие катушки, что движется. Такой прибор также может использоваться лишь с током постоянного типа. Несмотря на эти минусы, магнитоэлектрические устройства применяются в разных промышленных сферах.

Второй тип – электромагнитный. Эти аналоги не оснащены перемещающейся катушкой, в отличие от вышеупомянутых устройств. Они сделаны намного проще. В корпусе обычно расположено специальное устройство, а также один либо пара сердечников, смонтированных на оси. Чувствительность таких амперметров будет несколько меньше, чем у вышеупомянутых приборов. Естественно, что и измерительная точность окажется ниже. Если говорить о сильных сторонах этой категории устройств, то следует назвать главной их универсальность. Они могут применяться, как в электрических цепях с различным типом тока. А это позволяет существенно увеличить сферу его использования.

Третья категория – электродинамические. Они работают благодаря взаимодействию токовых полей, проходящих по катушкам. В конструкции этих устройств присутствуют как неподвижные, так и подвижные части. Они универсальны, ведь могут применяться для замеров как постоянного, так и переменного тока. Минусом можно назвать очень высокую чувствительность, из-за чего на них воздействуют даже на слабые магнитные поля, если они располагаются рядом.

А они могут стать причиной помех. Потому электродинамические амперметры применяются лишь в экранированных местах.

Ферродинамические амперметры – следующая категория. Их эффективность и точность измерений является наиболее высокой среди всех существующих категорий. Магнитные поля, что располагаются неподалеку от прибора, какого-то особого влияния оказывать не будут, из-за чего нет смысла устанавливать какие-то защитные экраны. Такой амперметр будет состоять из трех элементов:

  • неподвижной катушки;
  • провода ферромагнитного типа;
  • сердечника.

Подобная конструкция дает возможность существенно увеличить надежность работы прибора. По этой причине ферродинамические амперметры обычно применяются в оборонной и военной сферах. Плюсами такого амперметра еще будут простота применения, а также удобство применения, высокая измерительная точность.

Еще одна категория рассматриваемых приборов – термоэлектрические. Их используют исключительно для электроцепей с высокой токовой частотой. В корпусе этой группы приборов имеется специальный механизм магнитоэлектрического типа, состоящий из проводки с припаянной термопарой. Когда ток проходит здесь, то осуществляется нагревание проводных жил. Чем больше будет сила тока, тем нагрев будет сильнее. Именно по этому моменту специальная система осуществляется перевод нагревания в токовый показатель.

Тут необходимо еще назвать, что по конструкции и методике транспортировки амперметр может быть:

  • щитовой, что может крепиться на DIN-рейку в специальном шкафу;
  • переносной;
  • стационарный.

Кроме того, они бывают разные и по фазам. Чаще всего на рынке можно встретить однофазный или трехфазный амперметр. Последний, кстати, используется довольно редко. Также в последнее время часто стали продаваться устройства, которые могут заряжаться через специальный порт USB, что позволяет при необходимости найти для них быстро зарядку. Ведь подойдет даже блок питания от мобильного телефона.

Советы по выбору

Немного следует сказать об особенностях, которые позволят выбрать максимально эффективное устройство для определенных нужд. Например, чтобы измерения были максимально точны, следует выбирать устройство с сопротивлением до полуома. Кроме того, будет отлично, если у прибора зажимы контактов будет иметь специальный антикоррозийный слой – так он прослужит дольше. Кроме того, корпус должен быть выполнен из максимально качественных материалов, не иметь повреждений и деформаций, по возможности быть герметичным, чтобы влага не попадала внутрь. Это продлит срок службы устройства и окажет существенное влияние на точность показаний.

Лучше всего приобретать цифровые устройства, которые не имеют таких недостатков, как стрелочные. Еще один совет состоит в том, что ни в коем случае нельзя подключать амперметр в сеть напрямую при отсутствии нагрузки. Иначе он просто сломается. Кроме того, во время проведения измерений нельзя прикасаться к токоведущим частям устройства, которые не имеют изоляции, из-за вероятности удара током. Если имеется механический амперметр, то он полностью должен соответствовать по характеристикам сети, для которой его будут использовать.

Подобные приборы ни в коем случае нельзя бросать или трясти. Это может негативно сказаться на точности данных.

Как пользоваться?

Теперь поговорим о том, какие нужно совершить действия, чтобы правильно воспользоваться амперметром и осуществить измерение показаний. Его следует подключать только между источником электричества и нагрузкой. Кроме того, следует точно знать, какой тип напряжения присутствует в источнике электропитания. Применять нужно только соответствующий амперметр под него, в противном случае он сломается. Если говорить именно об алгоритме действий, то он будет выглядеть так:

  • сначала выбираем нужный шунт, максимальный ток которого будет меньше, чем замеряемая величина;
  • амперметр следует подключить к шунтам при помощи специальных гаек, что располагаются на самом устройстве;
  • подключение прибора следует делать лишь после того, как прибор, что будет измеряться, обесточат;
  • теперь нужно включить амперметр в электроцепь с шунтом;
  • следует правильно соединить элементы, дабы была полностью соблюдена полярность, чтобы данные отображались правильно;
  • включаем электропитание, и проверяем результаты замеров на амперметре.

Следует добавить, что перед началом проведения всех измерений, необходимо проверить исправность амперметра по причине того, что его условия хранения могут быть неправильными. Вследствие это может повыситься погрешность измерений, либо устройство может просто поломаться. Кроме того, ни в коем разе не следует подключаться амперметр в розетку при отсутствии какой-либо нагрузки.

Из-за того, что у него имеется крайне маленькое входное сопротивление, в случае такого подключения он просто поломается.

Возможные неисправности

Главной и наиболее распространенной неполадкой любого рассматриваемого типа прибора являются неверные показатели полученный силы тока. Поэтому во время использования амперметр требуется иногда проверять на возникновение неполадок. Для этого просто необходимо сравнивать его данные с замерами контрольного устройства. Проверяемый прибор следует соединить последовательно с контрольным устройством, аккумулятором и реостатом. Если применяется такая схема, то можно применять устройства КИ 1093 либо ГАРО 531. Если используется последний вариант, то он будет работать в качестве эталонного устройства с шунтом наружного типа. Кнопку переключения типа проверок устанавливают в нужное положение. Если этот процесс осуществляется на автомобиле, то наружный шунт подключается последовательно с амперметром автомобиля.

Тогда следует отсоединить кабель от аккумулятора и в разрыв включить шунт. Как нагрузку можно использовать электрическое оборудование автомобиля. Если амперметр исправен, то расхождение его замеров с цифрами контрольного устройства должно оказаться в допустимых пределах. Если амперметр проверяется на ГАРО 531, то в электроцепь, что будет состоять из аккумулятора, проверяемого прибора и реостата нагрузки требуется последовательно включить наружный шунт. А выводы от него следует присоединить к разъемам 1 и 2. Вместо реостата нагрузки, можно применить нагревательное устройство. Замер величины тока осуществляется по микроамперметру прибора, после чего его результаты сравниваются с результатами проверяемого устройства.

В следующем видео вас ждет расчет шунта для амперметра.

7. Охарактеризуйте амперметр (назначение, особенности подключения, расширение пределов измерений).

Амперметр – это прибор для измерения силы тока.

Особенности амперметра:

  • Подключается в цепь только последовательно

  • В цепях постоянного тока необходимо соблюдать полярность

  • Для измерения величины постоянного тока применяются амперметр магнитоэлектрической системы, а переменного - электромагнитной системы.

  • Для измерения малых токов используют микроамперметры и миллиамперметры

  • Для расширения пределов измерений в цепях постоянного тока параллельно к амперметру подключают шунт.

Шунт выбирают по коэффициенту шунтирования и величине сопротивления.

Предположим, необходимо измерить ток 25А амперметром с максимальным значением на шкале 1А. Определим сопротивление шунта, если сопротивление амперметра 0,075Ом.

сначала необходимо определить коэффициент шунтирования

После этого находите сопротивление шунта

8. Охарактеризуйте вольтметр (назначение, особенности подключения, расширение пределов измерений).

Вольтметр – это прибор для измерения ЭДС источника и падения напряжения на участке цепи.

Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Классификация

Особенности вольтметра:

  • Подключается в цепь только параллельно

  • В цепях постоянного тока необходимо соблюдать полярность

  • Для расширения пределов измерений в цепях постоянного тока последовательно с вольтметром подключают добавочное сопротивление

  • Для расширения пределов измерений вольтметра в цепях переменного тока используют трансформаторы напряжения.

Для измерения напряжения в цепях постоянного тока применя­ют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного тока - электромагнитные и электродинамические. 

9. Охарактеризуйте мультиметр (назначение, особенности подключения).

Мультиме́тр— комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр.

Устройство мультиметра и правила работы с ним.

Простые цифровые мультиметры имеют на лицевой панели ЖК индикатор, поворотный переключатель пределов измерения и три гнезда для подключения щупов. Питание мультиметра осуществляется от батарейки типа "Крона" напряжением 9В. Для замены батарейки необходимо снять заднюю крышку прибора, при этом также открывается доступ к печатной плате мультиметра, на которой расположен, в том числе, предохранитель номиналом 200 мА.

Одно из гнезд для подключения щупов, а именно гнездо СОМ, задействовано всегда, при любом роде выполняемых измерений. Обычно к гнезду СОМ присоединяется щуп черного цвета. к гнезду VΩmA подключается щуп красного цвета при измерении постоянного и переменного напряжения, сопротивления и постоянного тока величиной до 200 мА. Для измерения постоянного тока величиной более 200 мА красный щуп из гнезда VΩmA необходимо вынуть и подключить его в гнездо 10А.

На лицевой панели мультиметра кроме того расположен восьми контактный разъем (сокетт) подключения транзисторов для измерения коэффициента усиления по тока h31э (или hFE). Причем измерить коэффициент усиления по току удается только у биполярных низкочастотных транзисторов малой и средней мощности. Так как в процессе обслуживания и ремонта оборудования КИП нет необходимости измерять коэффициент усиления транзисторов, то данный режим работы мультиметра рассматриваться не будет. Скажу лишь только, что к контакту Е разъема подключается эмиттер транзистора, к контакту В - база, к контакту С - коллектор, но перед этим необходимо, например, по справочнику определить структуру транзистора: p-n-p или n-p-n и выбрать соответствующую сторону разъема.

В режиме проверки целостности полупроводниковых диодов мультиметр генерирует небольшое испытательное напряжение и ток, которое и прикладывается к проверяемому диоду. Если диод исправен, то при подключении красного щупа (плюса) мультиметра к аноду, а черного щупа к катоду на дисплее высветиться значение падения напряжения на p-n переходе диода. Для кремниевых диодов это напряжение находиться в пределах 0,6...0,9 В. При обратной полярности подключения (красный щуп - катод, черный щуп - анод) на дисплее высветится единица, так как диод проводит ток только в одном направлении. При проверке диодов без выпаивания их из схемы ремонтируемого устройства имейте ввиду, что соединенные с диодом другие радиодетали могут исказить результат измерения. Поэтому желательно хотя бы один вывод диода отсоединять от схемы.

Отключение мультиметра по окончанию проведения измерений осуществляется путем установки поворотного переключателя в положение OFF.

При работе с мультиметром не прикасайтесь к оголенной части щупов, так как, во-первых, это может привести к поражению электрическим током (при измерении тока и напряжения) и, во-вторых, из-за относительно низкого электрического сопротивления тела человека может возрасти погрешность измерения, особенно при измерении больших сопротивлений.

Недорогие мультиметры DT 830B и им подобные можно применять только для измерений, производимых при наладке оборудования и поиске неисправностей. Их нельзя использовать при калибровке и уж тем более при поверке датчиков и другого оборудования КИП, так как точность измерения данных мультиметров недостаточна для этих целей и, кроме того, они не внесены в государственный реестр средств измерения. При поверке и калибровке оборудования следует использовать более точные мультиметры, например, отечественные приборы серии В7 или импортные мультиметры APPA, Fluke и аналогичные.

Всегда следите за степенью разряда батареи мультиметра, так как в случае сильного разряда батареи погрешность измерения прибора резко возрастает. При покупке мультиметра отдавайте предпочтение тем моделям, у которых есть индикатор разряда батареи. И меняйте батарею сразу же, как только загорится индикатор разряда батареи.

Выбирая между несколькими моделями мультиметров, следует отдавать предпочтение тем моделям, которые имеют более широкие пределы измерения (или большее количество поддиапазонов измерения) напряжения, тока и сопротивления и минимальную погрешностьизмерения. Дополнительный функционал приборов, такой как измерение температуры, емкости, встроенный генератор импульсов зачастую остается не востребованным, и делать упор на наличие этих функций при покупке мультиметра не стоит.

Если значение измеряемой величины вам не известно даже ориентировочно, то всегда начинайте измерения, установив максимально возможный предел измерения для данного рода измерений. Мультиметр, особенно недорогие модели, является не ремонтопригодным устройством (точнее дешевле купить новый прибор, чем ремонтировать вышедший из строя) поэтому при выполнении измерений будьте внимательны и следите за тем, в какие гнезда вставлены щупы и в каком положении находиться поворотный переключатель.

Амперметр и вольтметр - презентация онлайн

1. Амперметры и Вольтметры

2. Амперметр

Прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу
амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах,
амперах или килоамперах в соответствии с пределами
измерения прибора.
В электрическую цепь
амперметр включается последовательно с тем участком
электрической цепи, силу тока в котором измеряют.
Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в
идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на
исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.
Для увеличения предела измерений амперметр
снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного
тока), трансформатором тока (только для цепей
переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей
постоянного тока). Очень опасно пытаться использовать
амперметр в качестве вольтметра (подключать его
непосредственно к источнику питания): это приведёт
к короткому замыканию!
A
Виды Амперметров
Амперметры делятся на: стрелочной измерительной головкой
(рис. а) и с цифровым индикатором (рис б).
а)
б)

4. Приборы со стрелочной головкой

Наиболее распространены амперметры, в которых
движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на
угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.
Амперметры бывают магнитоэлектрическими,
электромагнитными, электродинамическими, тепловыми,
индукционными, детекторными, термоэлектрическими и
фотоэлектрическими.
Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу
постоянного тока; индукционными и детекторными — силу
переменного тока; амперметры других систем измеряют
силу любого тока. Самыми точными и чувствительными
являются магнитоэлектрические и электродинамические
амперметры.
Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться
дополнительными электронными схемами для усиления
сигнала, подаваемого на головку, защиты головки от
перегруза и прочее.

5. Вольтметр

Измерительный
прибор непосредственного отсчёта для
определения напряжения или ЭДС в
электрических цепях.
Подключается параллельно нагрузке или
источнику электрической энергии.
Идеальный вольтметр должен
обладать бесконечно большим
внутренним сопротивлением. Поэтому
чем выше внутреннее сопротивление в
реальном вольтметре, тем меньше
влияния оказывает прибор на
измеряемый объект и, следовательно,
тем выше точность и разнообразнее
области применения.
V

6. Виды Вольтметров

1)Аналоговые электромеханические
вольтметры
2) Аналоговые электронные вольтметры
общего назначения
3) Цифровые электронные вольтметры
общего назначения
4)Диодно-компенсационные
вольтметры переменного тока
5) Импульсные вольтметры
6) Фазочувствительные вольтметры
7) Селективные вольтметры

7. Аналоговые электронные вольтметры общего назначения

Аналоговые электронные
вольтметры содержат, помимо
магнитоэлектрического
измерительного прибора и
добавочных
сопротивлений, измерительный
усилитель (постоянного или
переменного тока), который
позволяет иметь более низкие
пределы измерения (до
десятков — единиц милливольт и
ниже), существенно повысить
входное сопротивление прибора,
получить линейную шкалу на
малых пределах измерения
переменного напряжения.

8. Цифровые электронные вольтметры общего назначения

Принцип работы
вольтметров дискретного
действия состоит в
преобразовании
измеряемого постоянного
или медленно меняющегося
напряжения в
электрический код с
помощью аналогоцифрового
преобразователя, который
отображается на табло в
цифровой форме.

9. Спасибо за внимание.

Вольтметр и амперметр

Основное назначение измерительных модулей

Самыми известными измерительными приборами, которые используются как в бытовых, так и в производственных условиях считаются вольтметр и амперметр. Главная их функция — это получения известных параметров электрического тока. Исходя из названия описываемых приборов можно сделать вывод какие именно измерения ими можно проводить. Если это вольтметр, то его задачей является измерение напряжения и так называемой электродвижущей силы. Именно такое определение и заключат в себе Вольт. В случае с амперметром — это I или сила тока в рабочей электрической цепи.

У вольтметра практически всегда большее сопротивление обмоток в. Это существенное имеющиеся в конструкции отличие от амперметра. Существует и иной вариант, когда имеет место наличие дополнительного сопротивления в принципиальной, технической схеме. Выглядит это так:

 

Точность измерений

Если говорить о конструктивном исполнении двух приборов, то внешнее их сходство очевидно. Как, впрочем, и основополагающий принцип их работы. Он базируется на двухстороннем взаимодействии двух полей — магнитного с одной и электрического с другой стороны. Именно это и объясняет колебания стрелки на цифровой шкале в ходе измерительных манипуляций. Но на этом их сходства заканчиваются. Дело в том, что модули производят измерения разных характеристик тока в электрической цепи. При этом, например, амперметр обязательно будет иметь минимальное сопротивление. В противном в ходе измерительного процесса прибор правильных данных не покажет. А выдаст он только сильно искажённые данные по причине неточного значения в электрической цепи силы тока. Если исходить из существующих теоретических обоснований, то сопротивление у амперметра обязательно будет равняться – 0. Добиться такого на практике практически нереально — у них всегда своя особенная чувствительность. Масштабы устройств в данном случае могут быть совершенно разными. У них на шкале указываются миллиамперы (мА), килоамперы или же собственно – амперы (А).

Совершенно противоположный рабочий принцип положен в устройство вольтметров. Здесь для того чтобы электрическое напряжение гарантировано было стабильным, приходиться производить значительное уменьшение параметра I (силы тока). Опять же согласно существующей теории для максимально точных показаний снимаемых с прибора придётся создать особые условия. Они должны позволить сопротивлению у вольтметра стремиться к бесконечности. Сделать это на практике также сложно. Но вывод здесь один — точность проводимых измерений напряжения вольтметром напрямую зависит от параметра сопротивления (чем он выше, тем лучше).

Методы подключения

Важно упомянуть о том, что способы подключения обычного амперметра и вольтметра несхожи. Они принципиально отличаются между собой. Это обусловлено прежде всего разными конструктивными особенностями. Выполняемые задачами также не имеют сходства. Так, вольтметр подключается при соблюдении принципа параллельности относительно измеряемого участка электрической цепи. Таким образом будут получены максимально точные показатели напряжения – U. Если же произвести подключение так называемым "методом последовательного соединения", то тогда будут получены силы тока или I.

Обязательно необходимо запомнить, что амперметр может выйти из строя по причине внезапного короткого замыкания. Возникнуть такая ситуация может из-за подключения прибора напрямую к источнику питания. Делать это строго запрещено. А вот поступить таким образом с вольтметром уже можно. Его подсоединение к открытым выводам (например, контактным клеммам) электрического тока КТ (короткого замыкания) не спровоцирует.

Амперметр/Вольтметр (вольтамперметр, ампервольтметр) на Дин рейку D52-2042

  • Питание от контролируемого напряжения

  • Измерение напряжения - АС100...450 В

  • Рабочий диапазон частот - от 45 до 65 Гц

  • Бесконтактное измерение тока - 0...99,9 А

  • Основная погрешность измерений напряжения, не хуже ±1 ед. младшего разряда

  • Основная погрешность измерений тока, не хуже ±2 ед. младшего разряда

  • Подсветка индикаторов; красного цвета для напряжения и зелёного - для тока

  • Корпус шириной 3 модуля (54мм)

 

НАЗНАЧЕНИЕ ВОЛЬТАМПЕРМЕТРА

 Цифровой промышленный вольтамперметр ВАР-М01 (далее вольтамперметр) предназначен для технологического контроля величины напряжения и тока в электрических цепях переменного тока, как в промышленных зонах, так и сферах ЖКХ, бытовом секторе, прочих объектах народного хозяйства. Может применяться в составе систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами в качестве основного или дополнительного индикатора на передвижных и стационарных объектах. Является средством контроля. Периодической поверке не подлежит.

 

КОНСТРУКЦИЯ ВОЛЬТАМПЕРМЕТРА

 Вольтамперметр выпускается в пластмассовом корпусе с передним присоединением. Крепление осуществляется на монтажную рейку - DIN шириной 35 мм (ГОСТ Р МЭК 60715 - 2003). Конструкция клемм обеспечивает зажим проводов сечением от 0,5 до 4 мм2 (От 20 до 10 AWG). На лицевой панели прибора расположены цифровые индикаторы отображающие величину напряжения и тока. Индикаторы имеют высокую яркость свечения, обеспечивающую считывание информации при любой освещённости.

 

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЛЬТАМПЕРМЕТРА

 Окружающая среда – взрывобезопасная, не содержащая пыли в количестве, нарушающем работу прибора, а также агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Вибрация мест крепления реле с частотой от 1 до 100Гц при ускорении до 9,8м/с2. Реле устойчиво к воздействию помех степени жёсткости 3 в соответствии с требованиям ГОСТ Р 51317.4.1 - 2000, ГОСТ Р 51317.4.4 - 99, ГОСТ Р 51317.4.5 - 99. Конденсация влаги на поверхности изделия не допускается.

 

РАБОТА ВОЛЬТАМПЕРМЕТРА

 Вольтамперметр не требует оперативного питания и подключается непосредственно в измеряемую цепь (клеммы 1 и 2). Ток измеряется бесконтактным способом, с помощью встроенного трансформатора тока. Проводник с измеряемым током пропускается сквозь отверстие в корпусе сверху вниз.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛЬТАМПЕРМЕТРА ВАР-М01

Измерительная цепь, она же питание

 

клеммы 1-2

Диапазон измеряемого напряжения

В

АС100...450

Частота измеряемого напряжения

Гц

45…70

Измерение тока

 

Встроенный трансформатор тока
Диаметр отверстия для провода – 10,5 мм

Диапазон измеряемого тока

А

0...99,9

Основная погрешность измерений напряжения, не хуже

 

±1 ед. младшего разряда

Основная погрешность измерений тока, не хуже

 

±2 ед. младшего разряда

Потребляемая мощность, активная, не хуже

Вт

1,0

Потребляемая мощность, реактивная (емкостной характер), не более

ВА 18,0*

Степень защиты (по корпусу/по клеммам)

 

IP40/IP20

Диапазон рабочих температур

0С

-25…+55 (УХЛ4)

Температура хранения

0С

-40...+70

Относительная влажность воздуха

%

до 80 при 250С

Рабочее положение в пространстве

 

произвольное

Режим работы

 

непрерывный

Габаритные размеры

мм

54х80х64

Масса

кг

0,12

Средний срок службы, не менее

лет

8

Средняя наработка на отказ, не менее

ч

50000

* - Бытовые счётчики электроэнергии реактивную мощность не учитывают

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ВОЛЬТАМПЕРМЕТРА

 

Цифровые модульные вольтметры и амперметры.


Цифровой амперметр.

Амперметр - это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. Любой амперметр рассчитан на измерение токов определенной величины. В электронике в основном оперируют микроАмперметрами (мкА), миллиАмперметрами (мА), а такжке Амперметрами (А). Следовательно в зависимости от измеряемого тока приборы делятся на амперметры (РА1), миллиамперметры (РА2) и макроамперметры (РА3), которые обозначаются на принципиальных схемах следующим образом:

Аналоговый амперметр (стрелочный).

Амперметры этого типа имеют магнитноэлектрическую систему. Они состоят из катушки тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку, она стремиться установиться по полю под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна току. В свою очередь повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой пропорционален углу закручивания. При равновесии эти моменты будут равны, и стрелка покажет значение, пропорциональное протекающему через нее току. Иногда, для того, чтобы увеличить предел измерения, параллельно амперметру ставят резистор (шунт - шунтирующий резистор) определенной величины, рассчитанной заранее. Так как амперметр для проведения измерений включается в разрыв цепи, то необходимо стремиться к тому, чтобы его внутреннее сопротивление протекающему току было минимальным. В противном случае, для электрической цепи амперметр будет представлять резистор. (Чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток через него проходит). Таким образом, при включении амперметра в цепь, мы понижаем ток в этой цепи, но измерительная техника разрабатывается с учетом этих особенностей и показания амперметра корректны.

Аналоговые амперметры до сих пор находят своё применение.

схема: 

Плюсы:

  • не требуется независимое питание, т.е. питание от замеряемой цепи
  • удобны при отображении информации, на многих присутсвует возможность коррекции

Минусы:

  • большая инертность (стрелкам прибора требуется некоторое время, чтобы прийти в устойчивое состояние), в современных аналоговых приборах этот недостаток проявляется слабо,но он есть.

Цифровой амперметр.

Цифровой амперметр состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует силу тока в цифровые данные, которые потом отображаются на ЖК-дисплее.

Цифровые амперметры лишены инертности, и выдача результатов измерений зависит от частоты процессора, который выдает результаты на дисплей. В дорогих цифровых амперметрах он может выдать до 1000 и более результатов в секудну. Также цифровые амперметры требуют меньше габаритов для установки, модульные корпуса для установки на din-рейку. Минусы - это то, что для измерения им требуется собственный источник питания, который питает все внутренние узлы и микросхемы прибора. Есть и такие цифровые амперметры, которые используют питание измеряемой цепи, но они редко используются в виду своей дороговизны.

Амперметры делятся на амперметры для измерения силы тока постоянного напряжения и для измерения силы тока переменного напряжения.

на сайте vserele.ru можно посмотреть следующие модели:

Амперметр цифровой А-05 для измерения величины тока в цепях переменного тока с частотой 50 Гц.

Амперметр цифровой А-05 (DC) для измерения силы постоянного тока с наружным шунтом 75мВ.

Цифровой вольтметр.

Вольтметр - это прибор, предназначенный для определения напряжения в электрических цепях.

 По виду измеряемой величины цифровые вольтметры делятся на: вольт­метры постоянного тока, переменного тока (средневыпрямленного или сред­него квадратического значения), импульсные вольтметры — для измерения параметров видео- и радиоимпульсных сигналов и универсальные вольтмет­ры, предназначенные для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также ряда других электрических и неэлектрических величин (сопро­тивления, температуры и прочее).

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых величин. Более подробно с устройством и работой цифрового вольтметра можно ознакомиться из лекции "Электромагнитные измерения.Цифровые вольтметры. "

В электронике в основном оперируют Вольтметрами (В), миллиВольтметрами (мВ), а такжке микроВольтметрами (мкВ). Следовательно в зависимости от измеряемого тока приборы делятся на вольтметры (РV1), милливольтметры (РV2) и макровольтметры (РV3), которые обозначаются на принципиальных схемах следующим образом:

Иногда рядом с изображением вольтметра также указывается максимальная величина напряжения, которую способен измерить вольтметр. (для стрелочных приборов)

Кроме этого, рядом с выводами вольтметра могут быть знаки полярности подключения его в схему для измерения постоянного напряжения.

схема:

на сайте vserele.ru можно посмотреть следующие модели:

Вольтметр цифровой V–03 используется для измерений величины напряжения в однофазной и трехфазной цепях переменного тока с частотой 50 Гц.

Вольтметр цифровой V-03 (DC) предназначен для контроля постоянного и переменного однофазного (50Гц) напряжения в диапазоне 150-300В.

Амперметр переменного тока А3-1 - Нижегородское научно-производственное объединение имени М. В. Фрунзе

НАЗНАЧЕНИЕ

Амперметр переменного тока А3-1 предназначен для измерения действующего значения силы переменного тока синусоидальной формы.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕНННОСТИ

  • Входная измерительная цепь прибора развязана от источника питания через трансформатор тока.
  • Показания прибора выводятся на цифровой светодиодный индикатор.
  • Прибор работает в автоматическом режиме выбора предела измерения.
  • Выход за допустимый диапазон измерения индицируется на  индикаторе прибора.
  • Конструкция корпуса прибора позволяет легко его встраивать в различные устройства, в составе которых он может работать.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Показатели

Величины

Измерение действующего значения силы переменного тока синусоидальной формы

от 1 до 2200 мА
в частотном диапазоне 20 – 500 Гц

Предел допускаемой основной погрешности измерения действующего значения силы переменного тока не превышает

±(1,5 % Ix  +  2 ед.мл.р.), где Ix – измеряемое значение силы переменного тока; ед.мл.р. – единица младшего разряда

Рабочие условия эксплуатации:
температура окружающего воздуха
относительная влажность при температуре +30 °С
атмосферное давление


от минус 30 до +50 °С
  до 90 %
  630-800 мм рт.ст

Напряжение питания

15В ±10% (внешний источник постоянного тока)

Питание

от внешнего источника  напряжением 15 В

Потребляемая мощность

не более 2 В·А

Масса

не более 0,1 кг

Габаритные размеры

88х65х36 мм

Наработка на отказ

не менее 10000 ч

Функциональный символ и определение амперметра - Электротехника 123

Что такое амперметр? Амперметр или амперметр - это электрическое измерительное устройство, которое, как видно из его номенклатуры, полезно для измерения ампер, то есть для измерения электрического тока в цепи.

Обычное обозначение амперметра - заглавная буква A, указанная внутри круга. Так символизируют амперметр в электрических цепях.

История амперметра:

Ганс Кристиан Орстед в 1820 году открыл связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами.Его наблюдения показали, что стрелка компаса отклоняется от направления на север, когда в соседнем проводе течет ток. Ниже приведено изображение первого амперметра:

Амперметр Функция и использование

Амперметр используется для измерения протекания электрического тока в цепи. Как правило, любые измерительные устройства не должны влиять на исследуемую цепь, поэтому для амперметра важно, чтобы внутреннее сопротивление было очень маленьким (в идеале близким к нулю), чтобы измерительное устройство не мешало действующей цепи i.е. ток не нарушается.

Это очень важно, как подключить амперметр к цепи, потому что, если амперметр подключен через разность напряжений, он будет проводить большой ток, и амперметры выйдут из строя. Поэтому всякий раз, когда вы хотите понять, как подключить амперметр, помните, что он должен быть включен последовательно в цепь, а не параллельно источнику напряжения.

Помимо внутреннего повреждения, высокие токи могут также повредить стрелку аналогового амперметра.Сильный ток заставляет иглу двигаться слишком быстро, ударяя по булавке в конце шкалы. Всегда устанавливайте амперметр на максимально возможную шкалу, а затем уменьшайте ее до соответствующего уровня.

Типы амперметров / амперметров

Существуют различные типы амперметров, как указано ниже:

  • Амперметры с подвижной катушкой
  • Электродинамические амперметры
  • Амперметры с подвижным железом
  • Амперметры с горячей проволокой
  • Цифровые амперметры
  • Интегрирующие амперметры

С подвижной катушкой Амперметр использует магнитное отклонение, при котором ток, проходящий через катушку, заставляет катушку перемещаться в магнитном поле.

В электродинамическом амперметре вместо постоянного магнита механизма d’Arsonval используется электромагнит.

Амперметр с подвижным железом использует кусок железа, который перемещается под действием электромагнитной силы неподвижной катушки с проволокой. В амперметре с термоэлементом ток проходит через провод, который расширяется при нагревании.

Цифровой амперметр

использует шунтирующий резистор для создания калиброванного напряжения, пропорционального протекающему току.

Для интегрирующего амперметра ток суммируется во времени, давая в результате произведение тока и времени; который пропорционален энергии, передаваемой с этим током.

Амперметр и вольтметр

Если мы сравним амперметр и вольтметр, разница очень очевидна: амперметр измеряет ток в виде ампер, а вольтметр измеряет разность потенциалов в вольтах.

Вольтметры используются для измерения разности потенциалов между двумя точками. Поскольку вольтметр не должен влиять на схему, вольтметры имеют очень высокий (в идеале бесконечный) импеданс. Таким образом, вольтметр не должен потреблять ток и не влиять на схему.В общем, все устройства имеют физические ограничения. Эти ограничения указываются производителем устройства и называются номинальными характеристиками устройства. Номинальные значения обычно выражаются в виде пределов напряжения , пределов тока или пределов мощности. Инженер-эксплуатант должен убедиться, что во время работы устройства эти номинальные (предельные значения) не превышаются.

Что такое токоизмерительные клещи?

Токоизмерительные клещи - это электрический испытательный прибор, который объединяет базовый цифровой мультиметр с датчиком тока.

Клещи для измерения тока. Зонды измеряют напряжение. Наличие шарнирной челюсти, интегрированной в электрический счетчик, позволяет техническим специалистам зажимать челюсти вокруг провода, кабеля или другого проводника в любой точке электрической системы, а затем измерять ток в этой цепи, не отключая / не отключая ее.

Жесткие губки под пластиковыми деталями состоят из ферритного железа и предназначены для обнаружения, концентрации и измерения магнитного поля, создаваемого током, протекающим через проводник.

  1. Токоизмерительные клещи.
  2. Тактильный барьер (для защиты пальцев от ударов).
  3. Кнопка удержания: фиксирует показание дисплея. Чтение прекращается при повторном нажатии кнопки.
  4. Циферблат (он же поворотный переключатель).
  5. Дисплей.
  6. Кнопка подсветки.
  7. Кнопка «Мин. Макс.»: При первом нажатии на дисплее отображается максимальный ввод. При последующих нажатиях отображаются минимальные и средние значения. Работает в режимах тока, напряжения и частоты.
  8. Кнопка пускового тока.
  9. Кнопка нуля (желтая): удаляет смещение постоянного тока из измерений постоянного тока. Также служит кнопкой переключения диска для выбора желтых функций, разбросанных по циферблату.
  10. Рычаг освобождения кулачков.
  11. Метки совмещения: Для соответствия требованиям точности провод должен быть совмещен с этими метками.
  12. Общий входной разъем.
  13. Входной разъем вольт / Ом.
  14. Вход для гибкого токового пробника.

Изначально созданные как одноцелевой измерительный прибор, современные токоизмерительные клещи предлагают больше функций измерения, большую точность и в некоторых случаях специализированные функции измерения.Современные токоизмерительные клещи включают в себя большинство основных функций цифрового мультиметра (DMM), таких как возможность измерения напряжения, целостности цепи и сопротивления.

Токоизмерительные клещи стали популярными инструментами в первую очередь по двум причинам:

  • Безопасность. Токоизмерительные клещи позволяют электрикам обойти старый метод разрезания провода и вставки измерительных проводов измерителя в цепь для измерения тока в линии. Зажимы токоизмерительных клещей не должны касаться проводника во время измерения.
  • Удобство. Во время измерения нет необходимости отключать цепь, по которой проходит ток, что значительно повышает эффективность.

Токоизмерительные клещи предпочтительнее для измерения высоких уровней тока. Цифровые мультиметры не могут измерять ток 10 А в течение более 30 секунд без риска повреждения измерителя.

Токоизмерительные клещи предлагают минимальный диапазон тока от 0 A до 100 A. Многие модели имеют диапазон до 600 A. Другие достигают 999 A или 1400 A, а некоторые съемные аксессуары для зажимов, такие как iFlex®, могут измерять до 2500 А.

Токоизмерительные клещи используются в промышленном оборудовании, промышленных системах управления, бытовых / коммерческих / промышленных электрических системах и коммерческих / промышленных HVAC. В основном они используются для:

  • Обслуживание: Для ремонта существующих систем по мере необходимости.
  • Установка: Для устранения проблем с установкой, выполнения заключительных испытаний цепи и наблюдения за электриками-стажерами при установке электрического оборудования.
  • Техническое обслуживание: Для выполнения планового и профилактического обслуживания, а также поиска неисправностей в системе.

Существуют три типа токоизмерительных клещей:

  • Токоизмерительные клещи с трансформатором тока: измеряют только переменный ток (ac).
  • Токоизмерительные клещи на эффекте Холла: измеряют как переменный, так и постоянный ток (переменный и постоянный).
  • Гибкие клещи: используют пояс Роговского; измерять только переменный ток; подходит для измерения в ограниченном пространстве.
Найдите подходящие клещи

Как и что измеряет амперметр - Wira Electrical

Три основных измерительных инструмента для электрических устройств: вольтметры, амперметры и омметры.Вы, должно быть, использовали эти инструменты, не один или два, а все. У инженера-электрика нет опыта в таких вещах. В основном они просты в эксплуатации и изготовлении, но пока остановимся на амперметрах. По этой причине мы сейчас узнаем, что измеряет амперметр.

Амперметр - это устройство для измерения силы тока в электрической цепи или, точнее, потока электричества. Подобно тому, что мы прочитали в основном объяснении электрической цепи, единицы измерения электрического тока в Амперах с символом «А».

Следовательно, амперметр или амперметр - это инструмент для измерения количества «ампер» в цепи. Не удивляйтесь, если вы найдете «амперметр», потому что люди часто ошибаются.

Звучит очень похоже, но правильный - «амперметр». Странный? Но что есть, то есть. Это не так уж и плохо, но звучит так странно.

Что такое амперметр

В системе СИ единица измерения ампер - это ампер, поэтому его измерительный инструмент называется амперметр или просто амперметр.Несмотря на то, что существует два типа тока: переменный ток и постоянный ток, амперметр не имеет проблем с измерением обоих.

Из этого краткого объяснения мы заключаем вопрос:

Что измеряет амперметр?
Амперметр используется для измерения электрического тока в электрической цепи, измеряемого в амперах (A).

Амперметр сконструирован с использованием подвижной катушки со стрелкой, перемещаемой гальванометром. Не путайте его с вольтметром при подключении к электрической цепи.Вы должны подключить амперметр последовательно с элементом схемы. Внутри амперметра очень низкое сопротивление.

Почему?

Использование закона Ома, где I = V / R, очевидно, что нам нужно, чтобы сопротивление было как можно более низким, потому что мы не хотим изменять текущее значение. Представьте себе схему ниже, в ней есть источник напряжения 10 В и резистор 2 Ом. Мы добавим резистор 0,5 Ом в качестве сопротивления амперметра.

Даже если на амперметре 0.5 Ом, это все равно повлияет на ток в цепи. Предполагается, что ток внутри цепи составляет 10/2 = 5 А. Амперметр «сопротивление 0,5 Ом» снизит ток до 10 / 2,5 = 4 А.

Это, конечно, пустая трата.

Теперь вы понимаете, почему амперметр рассчитан на очень маленькое сопротивление, близкое к нулю.

Чтобы не влиять на значение тока, в амперметре используется небольшой резистор, подключенный параллельно гальванометру. Цель этой конструкции - заставить весь ток течь через резистор.

Почему?

Так же, как вы узнали из базовой электроники, больший ток будет проходить через ветвь с меньшим сопротивлением.

Следующая проблема: амперметр - это цифровой измерительный инструмент? Ответ - нет. Амперметр - это аналоговый инструмент. Вы можете найти или использовать «цифровой» амперметр, но это не означает, что амперметр работает цифровым способом. Амперметр даже не механический. Цифровой амперметр, который вы используете, должен иметь цифровой дисплей (7-сегментный дисплей), но это из-за преобразователя.

В цифровом мультиметре используется АЦП (аналого-цифровой преобразователь), обеспечиваемый микроконтроллером, который выполняет все вычисления и отображение через резистор.

В идеале амперметр должен иметь нулевое сопротивление, поэтому амперметр не изменит никакого значения в цепи. Но, как мы уже понимаем, идеальное состояние возникает только в математическом анализе, а не в практическом. Даже проводник имеет очень маленькое сопротивление.

Будьте осторожны при использовании амперметра.Как было сказано выше, амперметр необходимо подключить последовательно к ответвлению. Если вы подключите амперметр параллельно, ток будет очень высоким (можно предположить «короткозамкнутым») и перегорит предохранитель, выйдет из строя амперметр или даже сломаются компоненты цепи.

Амперметр Функция

Гальванометр и амперметр

Гальванометр может определять значение и направление тока в цепи. Как уже говорилось выше, он имеет указатель, прикрепленный к якорю, сделанный из катушек.Дисплей откалиброван для считывания результатов движения.

Так в чем разница между гальванометром и амперметром?

Если вы видели самую простую схему постоянного тока, то вы понимаете, что якорь может перемещаться с помощью набора магнитов, в то время как якорь возбуждается электрическим током. Ту же концепцию можно использовать для различения гальванометра и амперметра:

Для гальванометра нужен набор магнитов, а для амперметра он не нужен.

Другое отличие состоит в том, что гальванометр может измерять только постоянный ток.

Вы можете это представить? Почему он не может измерить значение переменного тока? Поскольку переменный ток имеет отрицательную полярность, он будет перемещать указатель в противоположном направлении. На мой взгляд, довольно запутано.

Так как же амперметр измеряет переменный ток? В то время как амперметр постоянного тока по-прежнему использует принцип движущейся катушки и магнита, амперметр переменного тока подсчитывает железные части, которые перемещаются в присутствии электромагнитной силы неподвижного провода катушки.

Символ амперметра как для переменного, так и для постоянного тока остается прежним.Как вольтметр, но вместо этого мы используем букву «А». Вы можете найти это в следующем разделе, как нам использовать амперметр.

Шунтирующее сопротивление

Гальванометр обладает двумя характеристиками:

  • Очень чувствительное устройство даже при небольшом изменении электрического тока.
  • Невозможно измерить высокий электрический потенциал.

Поскольку мы не должны изменять электрический ток, нам разрешается использовать только очень маленькое сопротивление. Но как это сделать с гальванометром?

Подключаем резистор параллельно гальванометру.Поскольку это «параллельное» соединение, мы можем назвать его шунтирующим сопротивлением. (Шунт = Параллельный)

Помните, о чем мы говорили выше, почему мы включили амперметр последовательно со схемой? Мы будем использовать сопротивление шунта, чтобы пропустить через него весь ток, так что гальванометр будет получать только очень небольшой ток.

Таким образом, гальванометр может измерять гораздо более высокий ток. Конечно, сопротивление шунта одновременно защищает гальванометр.

Как определить значение сопротивления шунта? Соблюдайте уравнение ниже:

Где:

S = сопротивление шунта
G = сопротивление гальванометра
I g = максимальный ток, который может пройти через гальванометр для полного отклонения
I = измеряемый ток

Поскольку I - это ток, который мы измеряем, тогда I g является единственным током, который может проходить через гальванометр для полного отклонения.А остальной ток ( I - I g ) должен проходить через сопротивление шунта.

Мы рассматриваем G и S параллельно.

Эффективное сопротивление амперметра выражается как:

Как работает амперметр

Амперметр предназначен для измерения электрического тока в цепи.

Как это работает?

Амперметр измеряет ток, протекающий через набор катушек с очень низким сопротивлением и индуктивным сопротивлением.Импеданс должен быть очень маленьким, чтобы амперметр не изменил текущее значение из-за своего дополнительного импеданса.

На изображении выше показан амперметр с подвижной катушкой, который мы часто называем аналоговым амперметром. Внутри него есть фиксированные магниты, которые предназначены для противодействия протекающему через него электрическому току. Его указатель индикатора перемещается с помощью якоря, расположенного в центре магнита (аналогично простым двигателям постоянного тока). Указатель расположен в точном месте со шкалой и числом на экране дисплея.

Самое важное в любом измерительном инструменте - это то, что они не должны изменять значения переменных в цепи. Вольтметру, амперметру и омметру запрещается изменять напряжение, ток и сопротивление внутри цепи.

Как и что измеряет амперметр

Узнав, что такое амперметр и гальванометр, давайте применим их на практике: как и что измеряет амперметр.

Что мы должны понимать здесь:

  • Понимание того, что измеряет амперметр
  • Знание того, как использовать амперметр для измерения тока

Понимание того, что измеряет амперметр

Если вы читаете этот пост, я готов поспорить вы поняли, что сейчас происходит.Трудно выучить амперметр, если вы даже не знаете, что такое мера амперметра. Все, что вам нужно прочитать в первую очередь, можно найти в моем сообщении о том, что такое электрические токи. Резюме,

Электрический ток - это изменение заряда за период времени, измеряемое в амперах (А), а заряд - это атомная частица в электрической системе, измеряемый в кулонах

Не забудьте подключить амперметр последовательно со схемой. Если вы по ошибке подключите его параллельно, это приведет к короткому замыканию.

Умение использовать амперметр для измерения тока

Например, давайте воспользуемся простой электрической схемой, представленной ниже. Мы будем использовать источник напряжения 3 В и набор из 3 резисторов с сопротивлением 10 Ом. Из закона Ома мы легко узнаем, что сила тока будет 1 ампер. Поскольку очень просто рассчитать схему, нам не нужен амперметр.

Но что мы будем делать, если схема сложная, с большим количеством компонентов и сочетанием последовательно-параллельного соединения, в то время как у нас нет роскоши времени? Здесь размещаются измерительные инструменты.

В любом случае, давайте проанализируем схему ниже:

Давайте вычислим i 1 , i 2 и i 3 .

Для начала мы сначала найдем токи с основным законом Ома, чтобы позже проверить показания измерительных инструментов.

Для i 1 , поскольку это ток, включенный последовательно с источником напряжения, мы можем принять его как полный ток в цепи. Чтобы рассчитать полный ток в цепи, нам нужно сначала рассчитать общее сопротивление в цепи.

А затем общее сопротивление

Общий ток

Для i 2 и i 3 мы можем использовать текущее деление. Поскольку R 2 и R 3 имеют одинаковое сопротивление, мы разделим общий ток на 2. Следовательно,

i 2 = 0,1 A и i 3 = 0,1 A

У нас есть текущие значения здесь.Пора применить другой подход с амперметром.

Какое сопротивление у амперметра? Предположим, он имеет сопротивление 0,01 Ом.

Для i 1 мы поместим амперметр между источником напряжения и R1. схема становится:

Как вы заметили, i 1 составляет 0,19998 А. Это очень близко к 2 А, если использовать закон Ома. Почему они разные? Потому что, если мы используем математические методы, мы предполагаем, что каждый компонент находится в идеальном состоянии.Идеальный амперметр имеет нулевое внутреннее сопротивление, что практически невозможно. Сопротивление амперметра 0,01 Ом немного снижает общий ток, и мы можем игнорировать разницу.

Переходя к i 2 и i 3 ,

Мы получаем 0,09999 А для i 2 и i 3 вместо 0,1 А. И снова, мы можем игнорировать различия.

Часто задаваемые вопросы

Как амперметр измеряет ток?

Амперметр измеряет ток, протекающий через набор катушек с очень низким сопротивлением и индуктивным сопротивлением.Импеданс должен быть очень маленьким, чтобы амперметр не изменил текущее значение из-за своего дополнительного импеданса.

Что измеряют амперметры и вольтметры?

Амперметр используется для измерения электрического тока, а вольтметр - для измерения электрического напряжения.

Каков принцип действия амперметра?

Импеданс должен быть очень маленьким, чтобы амперметр не изменил текущее значение из-за своего дополнительного импеданса.

Амперметры имеют высокое сопротивление?

Сопротивление должно быть очень маленьким, чтобы амперметр не изменил текущее значение из-за своего дополнительного сопротивления.

Шунты для амперметра постоянного тока / Шунты для шин

RSN серии

Прецизионный шунт, устанавливаемый на базу

1 ампер - 500 ампер

  • от 1 до 500 ампер
  • 0.1% Допуск
  • Манганин резистивный элемент
  • Неиндуктивный металлический элемент
  • Общие приложения:
    • Блок питания
    • Преобразователи мощности
    • Текущие измерения
Тип Технические характеристики
Номинальная мощность
50 мВ, 100 мВ, по индивидуальному заказу
Допуск напряжения ± 0.1%
Рабочая температура. от -30 ° C до 70 ° C
Температура хранения. от -55 ° C до 80 ° C
Материалы

Элемент сопротивления: Манганин

Клеммная колодка RSN: латунь

База: бакелит


Полные технические характеристики см. В техническом паспорте PDF
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об амперметре постоянного тока и токовых шунтах

Шунт амперметра создает соединение с очень низким сопротивлением между двумя точками в электрической цепи.Электричество должно куда-то идти с этим сопротивлением, поэтому существует альтернативный путь для протекания части тока. Обычно этот шунт создает падение напряжения, которое позволяет использовать амперметр для измерения силы тока в цепи.

Шунтирующий режим

Рекомендуется, чтобы шунты не использовались более чем на 2/3 номинального тока при нормальных условиях непрерывной работы. Также важно располагать шунты в хорошо вентилируемом помещении с циркулирующим воздухом.Эти шунты для амперметров постоянного тока лучше всего работают при температурах от 40 до 60 ° C. Если температура достигает 145 ° C или более, это может привести к резкому изменению сопротивления.

Типы шунтов амперметра постоянного тока Амперметрические шунты постоянного тока

Riedon определяются по типу серии, мощности и сопротивлению. Например, есть три основных шунта сборных шин. 15–600 Вт, 300–1200 Вт и 1500–2000 Вт.

Оценка сопротивления

Для оценки сопротивления шунта амперметра Ридона необходимо применить закон омов.Например, шунт амперметра постоянного тока RSI 300–1200 Вт имеет приблизительное сопротивление 0,042 Ом. Это определяется соотношением V / I = R.

Для правильной работы амперметра постоянного тока необходимы шунты. Некоторые из них имеют внешние шунты, но другие используют встроенные шунты для своих операций. Для тех, у кого есть внешние шунты, они будут помещены в цепь, где будет измеряться ток. Эти измерители и шунты должны быть правильно согласованы с их калибровкой и номиналами.

Аналогия с шунтирующей водой

Думая о шунте, часто полезно думать о протекании электричества так же, как вода течет по трубе, проходящей через Т-образный клапан.Шунты действуют во многом как Т-образный клапан, который может ограничивать прохождение части воды через основную трубу в правую трубу и отвод через левую (байпасную) трубу. Измеритель расхода в левой (байпасной) трубе может измерять количество воды, протекающей через нее, и определять сопротивление, которое клапан оказывает на основную трубу. Например, если левый байпас измеряет 1/100 часть воды в байпасе, а клапан показывает ограничение в 1% с 1/100 частью воды, протекающей через правую (основную) трубу, отношение байпаса к ограничение от 1 до 99.Используя это измерение, расход может быть откалиброван для определения расхода через основную трубу.

Как работает шунт для амперметра постоянного тока

Используя эту аналогию, амперметр постоянного тока и шунт работают аналогичным образом. Измеряя, какой ток отводится, можно использовать измеритель для измерения силы тока, протекающего по основному проводу. Чрезвычайно маленькие провода в измерителе позволяют стрелке амперметра постоянного тока перемещаться, показывая величину тока. Измеряя небольшую величину тока в обходе, измеритель может быть намного более чувствительным, поскольку ему нужно измерять лишь крошечную долю от общего тока.

Амперметр постоянного тока необходимо тщательно откалибровать при фиксированных значениях сопротивления, чтобы точно измерить ток, протекающий через основной провод. Обычно сопротивление составляет 50 Ом, а сопротивление шунта составляет доли Ом.

Пример: 100 Амперметр. Для измерителя, откалиброванного на отклонение полной шкалы 100 ампер, измеритель покажет, что через шунт протекает 100 ампер, когда измеритель покажет 100 ампер. Сопротивление шунта составляет 0,002 Ом.

Следовательно, когда через шунт протекает 100 А, получается 100 X 0.00002 = 2 мА, протекающие через счетчик.

Непрерывный ток в зависимости от импульса

Номинальный ток шунта показывает, какой ток дает полное показание амперметра постоянного тока. Продолжительный ток должен оставаться ниже 80% от номинального значения шунта, однако короткие всплески тока, которые могут превышать номинальный ток шунта в 2 раза, могут произойти без повреждения шунта или измерителя. Это часто случается, когда вы запускаете двигатель или проворачиваете двигатель.

Подключение нескольких счетчиков к одному шунту

К одному шунту можно подключить более одного счетчика.Это полезно, когда необходимо наблюдать или контролировать ток в более чем одном месте. Это возможно, потому что по шунту проходит почти весь ток, а токи измерителя очень малы. Если выход генератора переменного тока или другие уровни тока необходимо контролировать более чем в одном месте.

Скорость протекания тока

В электронике очень важно знать скорость тока, протекающего через компонент или устройство. Недостаточный ток может помешать нагреванию фена, а слишком сильный ток может вызвать возгорание волос.Если вы работаете над электрическим проектом «Сделай сам», очень важно знать, сколько тока потребляется. Вот почему шунт амперметра постоянного тока - такой полезный инструмент, позволяющий любителю правильно его измерить.

Амперметр цепи

Одним из преимуществ шунта для амперметра постоянного тока является то, что он обеспечивает соединение с очень низким сопротивлением между двумя точками в электрической цепи. Это важно, потому что он имеет путь потока с таким низким сопротивлением, который подключается параллельно с амперметром.Это означает, что сам шунт является встроенным в прибор, а другие шунты подключены к цепи извне.

Механика амперметра постоянного тока

Чтобы понять механику амперметра постоянного тока, мы должны изучить электрический ток и закон Ома, который определяет, как напряжение, сопротивление и ток связаны друг с другом. Закон Ома определяет роль тока в шунте амперметра.

Вот пример. Представьте, что электрический ток течет через резистор, напряжение падает, и его можно измерить.Зная сопротивление, мы можем рассчитать ток, используя простое уравнение I = V / R.

Амперметры и шунты постоянного тока имеют параллельное соединение

Почему это важно? Это очень важный аспект амперметров, потому что их основная цель - измерение малых электрических токов, а не сильных. С другой стороны, шунты, подключенные параллельно к амперметру, позволяют измерять большие электрические токи. При параллельном подключении напряжение шунта и амперметра падает на измерителе, однако ток шунта остается неизменным.Это означает, что шунт не повлияет на движение стрелки измерителя.

Как устроен шунт для амперметра постоянного тока Шунты для амперметров постоянного тока

предназначены для поддержания температуры материала, даже если через цепь протекает значительный ток. Физические свойства устройства и их отношение к изменениям температуры отображают коэффициент между ними. Это соотношение позволит поддерживать его текущее сопротивление на постоянном уровне с течением времени.

Электрические системы

  • Основная функция электрической системы самолета - генерировать, регулировать и распределять электроэнергию по всему самолету. На самолетах есть несколько различных источников энергии для питания электрических систем самолета. К этим источникам питания относятся: генераторы переменного тока с приводом от двигателя, вспомогательные силовые агрегаты (ВСУ) и внешнее питание. Система электропитания самолета используется для управления полетными приборами, основными системами, такими как противообледенительная система, и услугами для пассажиров, такими как освещение кабины
  • .
  • Электроэнергия вырабатывается двух видов в зависимости от их использования:
    • Постоянный ток (DC): аккумулятор, генератор, трансформатор-выпрямитель
    • Переменный ток (AC): генератор, инвертор
  • Большинство самолетов оборудовано электрической системой постоянного тока на 14 или 28 В
  • Электрическая система состоит из множества компонентов, которые приводят в действие различные системы самолета.
  • Генератор / Генератор
  • Аккумулятор
  • Главный выключатель / аккумулятор
  • Переключатель генератора / генератора
  • Шина, предохранители и автоматические выключатели
  • Регулятор напряжения
  • Амперметр / измеритель нагрузки
  • Статические фитили
  • Сопутствующая электропроводка
  • Справочник пилота по авиационным знаниям, электрическая схема
    • Генераторы и / или генераторы - это аксессуары к источникам питания с приводом от двигателя, которые подают электрический ток в электрическую систему для работы в полете, поддерживая при этом достаточный электрический заряд батареи.
      • Генераторы вращают магнитное поле внутри неподвижных катушек проводов
      • Генераторы переменного тока вырабатывают ток, достаточный для работы всей электрической системы, даже при более низких оборотах двигателя, путем выработки переменного тока, который преобразуется в постоянный ток
      • Электрическая мощность генератора переменного тока более постоянна в широком диапазоне частот вращения двигателя
      • У некоторых самолетов есть розетки, к которым может быть подключен внешний наземный блок питания (GPU) для подачи электроэнергии для запуска, что может быть очень полезно, особенно при запуске в холодную погоду.
      • В генераторе проводники представляют собой медные провода, намотанные на якорь, прикрепленный болтами к ведущему шкиву
      • При вращении якоря медные провода проходят через магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, которые вырабатывают электроэнергию.
      • Генераторы не вырабатывают номинальную мощность до тех пор, пока частота вращения двигателя не достигнет среднего рабочего диапазона - обычно выше 1400 об / мин.
      • Пилоты, которые испытали быстрое затемнение посадочного света при снижении оборотов двигателя на коротком финале, поймут один из недостатков системы с приводом от генератора.
      • Недостатки:
        • Тяжелая
        • Нижняя электрическая мощность
        • Электрический шум и статическое электричество, излучаемые другим бортовым электронным оборудованием
        • Требуют больше обслуживания, чем генераторы
      • Преимущества:
        • Не чувствителен к ошибочным скачкам напряжения или обратной полярности
        • производит электроэнергию, даже если батарея разряжена
    • Узнайте больше о техническом обслуживании генератора, прочтите статьи AOPA по уходу за генератором и 500-часовым осмотрам.
    • Электрическая энергия, запасенная в батарее, обеспечивает источник электроэнергии для запуска двигателя и ограниченный запас электроэнергии для использования в случае выхода из строя генератора или генератора
    • Большинство генераторов постоянного тока не вырабатывают достаточного количества электрического тока при низких оборотах двигателя для работы всей электрической системы
    • Во время работы на низких оборотах двигателя электрическая энергия должна поступать от аккумуляторной батареи, которая может быстро разрядиться
    • Справочник пилота по авиационным знаниям,
      Главный выключатель
    • Электросистема включается или выключается главным выключателем
      • Это было бы то же самое, что повернуть ключи от машины для запуска электрических компонентов без фактического запуска автомобиля
    • При переводе главного переключателя в положение ON подается электроэнергия ко всем цепям электрического оборудования, кроме системы зажигания.
    • Многие летательные аппараты оборудованы переключателем аккумуляторной батареи, который регулирует подачу электроэнергии на самолет аналогично главному переключателю
    • .
    • Кроме того, установлен выключатель генератора, который позволяет пилоту отключать генератор от электрической системы в случае отказа генератора.
    • Когда половина переключателя генератора переменного тока находится в положении ВЫКЛ, вся электрическая нагрузка ложится на аккумулятор.
    • Все второстепенное электрическое оборудование должно быть отключено для экономии заряда батареи
    • Шина используется в качестве терминала в электрической системе самолета для подключения основной электрической системы к оборудованию, использующему электричество в качестве источника энергии
    • Это упрощает систему проводки и обеспечивает общую точку, из которой напряжение может распределяться по всей системе
    • Предохранители или автоматические выключатели используются в электрической системе для защиты цепей и оборудования от электрической перегрузки
    • Запасные предохранители с надлежащим пределом силы тока должны иметься в самолете для замены неисправных или перегоревших предохранителей
    • Автоматические выключатели имеют ту же функцию, что и предохранители, но могут быть сброшены вручную, а не заменены, если в электрической системе возникает состояние перегрузки.
    • Таблички на панели предохранителей или выключателя идентифицируют цепь по имени и показывают предел силы тока
    • Амазонка, Вольтметр
    • Регулятор напряжения управляет скоростью заряда аккумулятора, стабилизируя электрическую мощность генератора или генератора переменного тока
    • Выходное напряжение генератора / генератора должно быть выше напряжения батареи
    • Например, аккумулятор на 12 В будет питаться от системы генератора / генератора примерно на 14 В.
    • Разница в напряжении держит аккумулятор заряженным
    • Рассмотрите дополнительные решения для панельных приборов, которые могут подключаться к прикуривателям (если таковые имеются).
      • Убедитесь, что цифровой вольтметр соответствует электрической системе (т.е., 12В или 24В)
    • Амазонка, Вольтметр
    • Статические фитили контролируют электрический разряд в атмосферу, изолируя шум и предотвращая его влияние на оборудование связи самолета
    • Этот разряд предотвращает накопление, что обеспечивает удовлетворительную работу бортовых систем навигации и радиосвязи.
  • Оборудование, которое обычно использует электрическую систему, включает:
  • Системы освещения самолетов включают в себя как внутреннее, так и внешнее освещение
  • Внешнее освещение состоит из фонарей, предотвращающих столкновение,
    • Система освещения самолета для предотвращения столкновений может использовать один или несколько проблесковых маяков и / или проблесковых маячков красного или белого цвета.
    • Они помогают другим привлечь внимание к местонахождению действующего воздушного судна, особенно ночью, когда их использование является обязательным.
    • Следует проявлять осторожность во время их работы в ночное время, когда они находятся рядом с другими людьми, находясь на земле.
      • Это означает, что их использование на земле должно быть ограничено, когда это необходимо (при работающем двигателе), если в противном случае их использование может ослепить пилотов, работающих поблизости.
      • Таким образом, при проведении предполетного полета, быстро проверьте работу огней, а затем выключите их на оставшуюся часть обхода.
    • Навигационные огни - это красный (левое крыло) и зеленый (правое крыло) огни, которые обеспечивают информацию о местоположении самолета.
    • Кроме того, белый свет направлен в сторону кормовой части самолета
  • Этот тип манометра имеет шкалу, начинающуюся с нуля, и показывает нагрузку на генератор / генератор.
    • Электрическая система 28 В постоянного тока
    • Питание от генератора на 60 А (с ременным приводом) и 24-вольтовой батареи (левая передняя сторона межсетевого экрана)
    • Модуль распределения питания (J-box), расположенный на левой передней стороне межсетевого экрана, содержит все реле, блок управления генератором и разъем внешнего питания в модуле
    • Электрическая система 14 В постоянного тока
    • Питание от генератора переменного тока на 60 А (с ременным приводом) и 12-вольтовой батареи на 35 ампер-часов
  • Если у вас его еще нет, подумайте о покупке портативного радио
  • Все еще что-то ищете? Продолжить поиск:

Copyright © 2021 CFI Notebook, Все права защищены.| Политика конфиденциальности | Условия использования | Карта сайта | Патреон | Контакты

Биметаллический амперметр: новый метод измерения силы тока

Emergent Scientist 4 , 2 (2020)

Исследовательская статья

Биметаллический амперметр: новый метод измерения силы тока

Роберт Фредерик Ю * , Цяози Мяо и Чэнхао Юань

Институт Св. Иосифа, Малкольм Роуд, 38, Сингапур 308274, г. Сингапур

* электронная почта: robertfrederikduy @ gmail.ком

Поступило: 22 Февраль 2020 г.
Принято: 3 июнь 2020 г.

Аннотация

Электрический ток, протекающий через биметаллическую катушку, нагревает ее, и из-за теплового расширения катушка либо разматывается, либо наматывается в зависимости от направления чистой теплопередачи и удельной теплоемкости используемых металлов. Это означает, что связав определенную меру ее механического смещения с током, биметаллическую катушку можно использовать в качестве амперметра. Таким образом, математическая модель, связывающая ток со временем, затрачиваемым биметаллической катушкой на разматывание фиксированного смещения, была разработана и проверена с помощью экспериментов, которые показывают хорошее согласие между теоретическими и экспериментальными значениями.

Ключевые слова: биметаллический амперметр / измерение тока / тепловое расширение / тепловое воздействие тока / механическое смещение

© Р.Ф. Uy et al., Опубликовано EDP Sciences, 2020

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно процитировано.

1 Введение

Амперметры - это приборы для измерения электрического тока. Значительно продвинувшись вперед с момента появления электричества, человечество увидело множество приборов для измерения тока. Многие из них подпадают под следующие категории: электромеханические амперметры, термоамперметры, мультиметры, осциллографы и виртуальные инструменты [1]. Каждое из этих устройств использует определенные наблюдаемые эффекты электрического тока, что делает возможным измерение тока.

В эту современную эпоху электричество, несомненно, стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, питая наши фонари, телефоны, ноутбуки и даже автомобили. С повсеместным распространением электронных устройств мы часто наблюдаем, что эти устройства и устройства имеют тенденцию нагреваться или даже перегреваться при использовании в течение длительного периода. Это связано с тем, что, когда электрический ток проходит через металлы, делокализованные электроны сталкиваются с положительными ионами в металлической решетке, передавая энергию проводнику в виде тепла.Следовательно, мы наблюдаем нагрев наших цифровых устройств.

Тепловое расширение - это физическое явление, постоянно происходящее вокруг нас, хотя для большинства повседневных предметов оно часто остается незамеченным. Хотя это и является обычным явлением, это все же жизненно важный аспект физического мира, поскольку он может критически повлиять на нашу жизнь - от повышения уровня моря до структурной целостности инфраструктуры [2]. Интересным объектом теплового расширения является биметаллическая катушка.Известно, что когда объект нагревается и температура повышается, его длина увеличивается пропорционально его коэффициенту линейного теплового расширения, который является характеристикой материала, из которого изготовлен объект. Следовательно, поскольку один металл расширяется быстрее, чем другой, биметаллическая катушка, состоящая из двух разных металлов с разными коэффициентами линейного теплового расширения, при нагревании будет наматываться или раскручиваться.

Измерители тока на основе теплового воздействия уже изобретены и запатентованы.Среди них работы Миллера [3], Гудвина [4,5] и Холла [6], которые послужили источниками вдохновения для нашей работы. Точно так же, используя тепловое расширение в качестве наблюдаемого теплового эффекта электрического тока, мы также разработали термоамперметр. Поскольку электрический ток нагревает проводник, через который он проходит, биметаллическая катушка нагревается, когда она включается последовательно с электрической цепью, что приводит к механическому смещению. Таким образом, был разработан биметаллический амперметр, так что конкретное значение тока соответствует определенному времени, которое требуется биметаллической катушке для раскрутки от начальной точки до конечной точки, причем оба значения являются фиксированными.Затем была сформулирована и экспериментально проверена модель, основанная на сохранении тепловой энергии и связывающая ток и время, необходимое для разматывания катушки, что позволило использовать биметаллический амперметр в качестве необычного, но интересного метода измерения. Текущий.

2 метода

Это исследование состоит из трех этапов: концептуализация и создание биметаллического амперметра, теоретическое моделирование и сбор данных.

2.1 Биметаллический амперметр

Принципиальная схема биметаллического амперметра представлена ​​на рисунке 1, а фотографии частей амперметра показаны на рисунках 2 и 3.

В экспериментальной установке биметаллический змеевик, представляющий собой кухонный термометр для подвесного холодильника / морозильника, созданный Стивом и Лейфом, 1 , был извлечен из первоначального кожуха термометра и установлен на основании палочки для мороженого, как показано на рисунке 2. По словам производителей биметаллической катушки, используются два металла: медь и цинк.

Затем к двум концам биметаллической катушки прикрепили соединительные медные провода, вставив медные провода в отверстия на двух концах катушки.На свободном конце уже было отверстие, так как именно там была прикреплена пластиковая стрелка оригинального термометра, которую мы удалили и заменили металлической стрелкой, а на фиксированном конце - нет. Таким образом, было проделано небольшое отверстие, проткнув его острым концом циркуля. Затем другие концы этих соединительных проводов вставлялись в определенные отверстия на макетной плате, что позволяло легко подключаться к цепи, ток которой должен быть измерен. Соединительный провод, прикрепленный к неподвижному концу катушки, который находится в центре катушки, также был подключен к аналоговому выводу микроконтроллера Arduino Uno.

Кроме того, другая палочка для мороженого использовалась для отметки и фиксации начальной точки, то есть положения металлического указателя, подключенного к свободному концу катушки, при комнатной температуре. Затем была помещена металлическая полоса для фиксации конечной точки, которая достигается биметаллической катушкой после достаточного нагрева током. Начальная и конечная точки были зафиксированы в своих соответствующих положениях, так что угол наклона между ними относительно центра катушки составлял 18 °.

Медный провод также был прикреплен к металлической полосе с помощью изоляционной изоленты и был подключен к другому аналоговому выводу микроконтроллера, а также к понижающему резистору 10 кОм, который, в свою очередь, был подключен к земле микроконтроллера. штырь.

Как показано на рисунке 1, когда электрический ток из внешней цепи входит в амперметр, он течет в биметаллическую катушку. Одновременно с этим ток регистрируется микроконтроллером, который затем предлагает программе Arduino амперметра записать время, когда ток начал течь через амперметр. Обратите внимание, что заземление микроконтроллера Arduino Uno косвенно связано с отрицательной клеммой источника питания внешней схемы, поскольку и микроконтроллер, и источник питания подключены к заземлению ноутбука через USB-соединение.

Электрический ток непрерывно нагревает биметаллическую катушку, заставляя ее раскручиваться из-за различных коэффициентов линейного теплового расширения меди и цинка. В частности, средние значения коэффициентов линейного теплового расширения, найденные в существующей литературе [7–12], составляют 1,66 × 10 –5 ∕ ° C для меди и 3,00 × 10 –5 ∕ ° C для цинка. Поскольку внутренний металл - цинк - имеет более высокий коэффициент линейного теплового расширения, чем внешний металл - медь, - внутренний металл расширяется быстрее, чем внешний металл, что приводит к раскручиванию биметаллической катушки.

Кроме того, к одному концу биметаллической катушки был прикреплен металлический указатель, так что указатель будет перемещаться от начальной точки к конечной точке, когда катушка нагревается электрическим током. Когда указатель затем достигнет конечной точки, ток будет течь к контакту заземления микроконтроллера, проходя через указатель, металлическую полоску и понижающий резистор. Следовательно, вышеупомянутый микроконтроллер запустит программу Arduino для записи времени, когда он обнаружил ток в конечной точке.Затем программа вычтет первое значение времени из второго значения времени, чтобы получить время, необходимое биметаллической катушке для раскрутки от начальной точки до конечной точки. После того, как затраченное время будет рассчитано, амперметр вручную отключается от цепи, чтобы предотвратить дальнейший нагрев катушки, который может вызвать ее дальнейшее расширение, что приведет к ее деформации, поскольку она уже находится в фиксированной конечной точке. Следовательно, понижающий резистор оказывает незначительное влияние на ток, поскольку ток проходит через него только на мгновение, но он играет решающую роль в схеме, поскольку позволяет обнаруживать ток.Наконец, затем используется теоретическая модель для вычисления тока по времени, измеренному микроконтроллером.

рисунок 1

Принципиальная схема экспериментальной установки. Деталь, обведенная пунктирной рамкой, представляет собой биметаллический амперметр. Для этой диаграммы принят обычный ток. Провода внизу показывают, как микроконтроллер и внешняя цепь питаются от ноутбука.

Инжир.2

Фрагмент биметаллического амперметра, вид сверху. На нем показаны различные компоненты основы палочек для мороженого. Для пояснения, часть соединительного провода 2 расположена под основанием палочки для мороженого и соединена с неподвижным концом катушки. Обратите внимание, что соединительные провода 2 и 3 связаны с деталями на Рисунке 3.

Рис. 3

Фрагмент биметаллического амперметра, вид сверху. Он показывает, как компоненты на основании палочек для мороженого подключаются к соответствующим контактам микроконтроллера Arduino Uno.Обратите внимание, что соединительные провода 2 и 3 связаны с деталями на Рисунке 2.

2.2 Математическая модель

Как упоминалось ранее, была сформулирована модель, связывающая время, необходимое биметаллической катушке для разматывания от начальной точки до конечной точки, и ток, проходящий через биметаллический амперметр. Он включает в себя три уравнения, которые количественно определяют тепло, получаемое проводником, тепло, рассеиваемое в окружающую среду, а также повышение температуры, вызванное чистым притоком тепла.

Во-первых, тепло, выделяемое проводником, определяется выражением (1)

, где I - ток, проходящий через биметаллический амперметр, R - сопротивление биметаллического амперметра и t - время, необходимое биметаллической катушке для разматывания от фиксированной начальной точки до фиксированной конечной точки.

Во-вторых, тепло, рассеиваемое в окружающую среду, определяется (2)

, где h - коэффициент общей теплопередачи биметаллического змеевика, A - площадь поверхности биметаллического змеевика и Δ T ( t ) - разница между температурой биметаллического змеевика и температура окружающей среды, которая также является начальной температурой биметаллического змеевика, как функция времени.

В-третьих, повышение температуры из-за чистого притока тепла определяется выражением (3)

, где м, - масса биметаллического змеевика, c - удельная теплоемкость биметаллического змеевика, а Δ T - общее изменение температуры биметаллического змеевика.

Объединив эти три уравнения с использованием закона сохранения энергии, мы получим модель, связывающую I и t : (4)

Из-за трудностей с измерением коэффициента общей теплопередачи h и площади поверхности A биметаллической катушки, закон охлаждения Ньютона был применен, чтобы переписать выражение для потерь тепла в окружающую среду.Вышеупомянутый закон гласит, что скорость охлаждения объекта определяется выражением (5)

, где k - постоянная охлаждения.

Теплоемкость объекта по определению определяется выражением (6)

, который можно переписать как (7)

Подставляя уравнение (2) и уравнение (5) в уравнение (7), получается соотношение между h и k : (8)

, который элегантно упрощает (9)

Подставив уравнение (9) в уравнение (2), теплопотери в окружающую среду можно выразить следующим образом: (10)

Решая уравнение (4) с его последним членом, модифицированным с использованием уравнения (10), мы получаем время, необходимое биметаллической катушке для раскрутки от начальной точки до конечной точки, которое определяется выражением (11)

2.3 Сбор данных

На рис. 1 представлена ​​принципиальная схема экспериментальной установки. Для проверки нашей модели были проведены эксперименты. Эти эксперименты включают в себя поиск значений констант, используемых в нашей модели, а также сбор данных для проверки достоверности данной модели.

Для получения значений констант в уравнении (11) были проведены эксперименты с использованием существующих литературных значений. В таблице 1 приведены значения констант, используемых в модели.

Во-первых, масса м биметаллической катушки была измерена с помощью электронных весов и составила 0,00023 кг.

Во-вторых, удельная теплоемкость c = 388 Дж / (кг ° C) была получена путем усреднения удельных теплоемкостей меди и цинка, найденных в существующей литературе [12–14].

В-третьих, постоянная охлаждения k была получена в результате эксперимента, в котором биметаллический змеевик нагревали до 45 ° C, а время, необходимое для его охлаждения до 35 ° C, измеряли с помощью секундомера.Затем было взято среднее трех значений времени. Используя закон охлаждения Ньютона, который показан в уравнении (5), значение постоянной охлаждения k можно получить из времени t , используя следующее уравнение: (12)

, где T a - температура окружающей среды, T i - начальная температура, T f - конечная температура, а t холодная - температура время, необходимое для охлаждения змеевика от начальной до конечной температуры.

Нам не удалось измерить температуру биметаллической катушки с помощью лабораторных термометров, поскольку стеклянный спиртовой термометр, термопара и инфракрасный термометр, как правило, измеряют температуру окружающей среды, а не температуру катушки. Следовательно, нашим лучшим выбором было записывать показания температуры с использованием шкалы на оригинальном корпусе термометра без прозрачной пластиковой крышки. Поскольку большая часть тепла теряется в воздухе как в экспериментальной установке, так и в биметаллическом амперметре, и как оригинальный корпус термометра, так и основание палочки для мороженого являются плохими проводниками тепла, константа охлаждения k для обеих установок должна быть очень похожей.Кроме того, мы нагрели катушку с помощью фена, поскольку использование электрического тока может привести к неточностям в собранных данных. Если бы мы использовали электрический ток для нагрева катушки, соединительный провод оказывал бы крутящий момент на катушку, предотвращая ее разматывание. Это приведет к тому, что показание температуры будет ниже фактического значения, поскольку шкала на оригинальном корпусе термометра не была откалибрована для учета крутящего момента, создаваемого соединительным проводом.

В нашем эксперименте температура окружающей среды T a составляла 30 ° C, начальная температура T i составляла 45 ° C, конечная температура T f составляла 35 ° C, а среднее затраченное время t cool составило 154 с.Следовательно, для нашей установки значение постоянной охлаждения составляет k = 0,0071 с -1 .

Наконец, мы измерили сопротивление биметаллической катушки с помощью мультиметра, который дал показание R = 0,8 Ом.

Как показано на рисунке 1, разработанный биметаллический амперметр был последовательно подключен к цепи, ток которой должен быть измерен, а также к мультиметру. Используемая схема состояла из резисторов на макетной плате, которые, в свою очередь, были подключены к низковольтному источнику питания.Для получения экспериментального значения тока использовался мультиметр. Для изменения тока меняли сопротивление резисторов и подаваемое напряжение. Более того, для каждого значения тока несколько раз измерялось время, необходимое биметаллической катушке для разматывания, и бралось среднее из трех наиболее точных значений. Этот эксперимент позволяет нам соотнести среднее время с текущим значением.

Таблица 1

Значения констант, используемых в модели.

3 Результат

Фиг. 4 - график, показывающий взаимосвязь между током и временем.Как и ожидалось, время уменьшается с увеличением тока. Это связано с тем, что при более высоком значении тока биметаллическая катушка накапливает тепло с большей скоростью. Таким образом, два металла, медь и цинк, увеличиваются в длине с повышенной скоростью, что приводит к более быстрому разматыванию катушки.

Рис. 4

Связь между текущими I и время на размотку т . Синие точки представляют значения экспериментальных данных, тогда как зеленая кривая представляет собой наиболее подходящую кривую с Δ Т = 18.23 ° С.

4 Обсуждение

Поскольку мы не смогли точно и надежно измерить температуру, мы использовали Python, чтобы найти наиболее подходящую кривую для наших данных, которая дала значение для общего изменения температуры Δ T = 18,23 ° C. Кроме того, угол наклона между начальной и конечной точками относительно центра катушки составляет 18 °, что предположительно соответствует увеличению температуры на 6 ° C, если считать по шкале на оригинальном корпусе термометра.Однако общее изменение температуры Δ T намного превышает 6 ° C, потому что соединительный провод, прикрепленный к свободному концу катушки, оказывает на катушку крутящий момент, препятствуя ее разматыванию.

Из графика на рисунке 4 можно сказать, что теоретическая модель хорошо согласуется с экспериментальными данными. Фактически, была зафиксирована средняя ошибка всего 4%, что доказывает, что предлагаемая модель является хорошим и надежным приближением.

4.1 Анализ ошибок

Расхождения между теоретической моделью и экспериментальными данными возникли в первую очередь из-за разного времени отклика микроконтроллера.Помимо этого, неточности измерений из-за ограниченной точности используемых инструментов и небольших различий в температуре окружающей среды, которая считалась постоянной на протяжении всей фазы сбора данных этого исследования, также способствовали отклонениям экспериментальных данных от теоретическая модель.

4.2 Преобразование значения выходного тока

Следует отметить, что ток, измеряемый биметаллическим амперметром, является током, протекающим через него.Поскольку биметаллический амперметр имеет внутреннее сопротивление, амперметр вызывает увеличение сопротивления всей установки, когда он включен последовательно с определенной цепью. По закону Ома это увеличение сопротивления приводит к уменьшению тока, протекающего через установку, при условии, что напряжение, подаваемое источником питания, остается постоянным. В связи с этим мы вводим поправочный член для преобразования измеренного значения тока в истинное значение тока цепи до ее подключения к биметаллическому амперметру.Этот поправочный член, который необходимо умножить на измеренное значение тока, чтобы получить желаемое значение тока, задается следующим образом: (13)

, где R a - внутреннее сопротивление амперметра, а R c - сопротивление цепи.

4.3 Ограничения биметаллического амперметра

Еще один важный аспект биметаллического амперметра, который необходимо учитывать, - это его ограничения.

Во-первых, диапазон значений тока, который наш биметаллический амперметр смог точно измерить, равен 0.От 26 А до 1,30 А. Это связано с тем, что для электрических токов менее 0,26 А микроконтроллер плохо реагирует на определение тока. Поэтому, хотя металлический указатель уже находится в контакте с металлической полосой в конечной точке, микроконтроллер не обнаруживает ток сразу. Это приводит к увеличению времени измерения микроконтроллером, в результате чего измеренное значение тока оказывается ниже фактического. Другая причина заключается в том, что при еще меньших токах скорость, с которой катушка нагревается, ниже.Таким образом, катушка достигает установившегося состояния, в котором скорость поглощения тепла равна скорости рассеивания тепла, до достижения конечной точки. Кроме того, для значений тока выше 1,30 А уровень точности ниже, поскольку наклон графика зависимости тока от времени для более высоких токов значительно меньше. Это означает, что небольшая ошибка в измеренном времени приведет к большому отклонению значения выходного тока, что значительно снизит точность прибора.

Во-вторых, наш биметаллический амперметр работает только в определенных условиях окружающей среды; то есть окружающие условия работы во время сбора данных должны быть такими же, как и во время использования амперметра для измерения тока.Например, наш биметаллический амперметр хорошо работает только при температуре окружающей среды около 30 ° C и при отсутствии ветра, поскольку это основные условия окружающей среды, в которых были собраны данные для получения значений констант модели. Температура окружающей среды имеет значение, поскольку другая температура окружающей среды приводит к другой скорости потери тепла. Следовательно, время, необходимое катушке для раскрутки от начальной точки до конечной точки, также отклоняется от ожидаемого значения. Кроме того, присутствие ветра увеличивает скорость потери тепла за счет конвекции, что приводит к более низкой скорости разматывания рулона.Тогда это приведет к большему времени, необходимому катушке для раскрутки от начальной точки до конечной точки, и, следовательно, к текущему значению ниже истинного значения. Следовательно, если условия окружающей среды должны измениться, значения констант должны быть повторно откалиброваны, чтобы можно было проводить точные измерения тока.

В-третьих, после каждого измерения тока последующее измерение может быть выполнено только после времени ожидания, которое может быть определено экспериментально. Чтобы узнать время ожидания, необходимо измерить время, необходимое катушке для возврата в исходное положение.Более того, змеевик должен быть размещен в месте с более низкой температурой окружающей среды, чтобы биметаллический змеевик мог остыть до исходной температуры окружающей среды, а не просто приближаться к ней. Обеспечение того, чтобы металлический указатель достиг начальной точки, прежде чем выполнять другое измерение, имеет важное значение, поскольку увеличение длины металлов, необходимых для разматывания биметаллической катушки до конечной точки, должно быть постоянным. Оценка порядка величины времени ожидания составляет 1 Â k , что приблизительно равно 10 2 с для нашей установки.

Наконец, напряжение, подаваемое источником питания внешней цепи, ограничено максимум 5 вольт, чтобы не повредить микроконтроллер.

4.4 Возможные улучшения

Одно из потенциальных улучшений, которое можно будет изучить в будущих исследованиях, - это поиск оптимальных положений фиксированной начальной и конечной точек. Это то, что не исследовалось в данном исследовании, но потенциально может расширить диапазон значений тока, которые могут быть точно измерены биметаллическим амперметром.

Кроме того, сбор данных должен проводиться в месте, где можно легко контролировать температуру окружающей среды. В нашем исследовании данные были собраны в лаборатории нашей школы, где температура окружающей среды колеблется в течение дня. Следовательно, из-за этих небольших различий в температуре окружающей среды скорость потери тепла могла незначительно отличаться в разное время дня. Поэтому для получения более точных и надежных данных их следует собирать в помещении, где можно контролировать температуру окружающей среды.

5 Тупик

Один тупик, с которым мы столкнулись в ходе нашего исследования, заключался в определении тока на основе углового смещения, охватываемого металлической стрелкой, когда биметаллическая катушка нагревалась электрическим током в течение определенного периода - например, двух секунд. . Это связано с тем, что нам было трудно позволить току течь к амперметру точно и многократно в течение определенного периода времени. В основном это происходит из-за времени реакции человека, которым нелегко управлять во время экспериментов.Кроме того, также трудно определить точное местоположение максимального смещения металлического указателя, которое достигается непосредственно перед отключением амперметра от цепи, чтобы точно соотнести текущее значение с угловым смещением указателя. Однако будущая работа может быть направлена ​​на поиск решений, позволяющих обойти препятствия, с которыми мы столкнулись.

Еще одним тупиком, с которым мы столкнулись, было использование оригинального пластикового корпуса термометра. Корпус, поскольку он сделан из пластика, имеет тенденцию плавиться, когда катушка нагревается током в течение длительного периода времени.Поэтому, чтобы решить эту проблему, биметаллическую катушку установили на основании палочек для мороженого.

Мы также зашли в тупик, пытаясь измерить температуру биметаллической катушки. Имея доступ только к стеклянному спиртовому термометру, термопаре и инфракрасному термометру, мы не могли измерить температуру змеевика. Это связано с тем, что стеклянный спиртовой термометр и термопара оказывают крутящий момент на биметаллическую катушку, предотвращая ее раскручивание, когда эти термометры помещаются на обод катушки.Более того, при размещении на фиксированном конце змеевика, чтобы избежать описанного выше сценария, термометр давал показания температуры с незначительным увеличением от температуры окружающей среды. Это связано с тем, что поверхности колбы стеклянного спиртового термометра и зонда термопары в основном контактировали с окружающим воздухом, а не с биметаллической катушкой. Кроме того, из-за небольшой площади поверхности катушки инфракрасный термометр стремится измерять температуру поверхностей вокруг катушки, а не самой биметаллической катушки.

6 Заключение

В этом исследовании был разработан новый биметаллический амперметр, а вместе с ним была разработана и экспериментально подтверждена модель, описывающая взаимосвязь между током и временем размотки биметаллической катушки. При высокой точности измерения показывают среднюю погрешность всего 4%, что свидетельствует о хорошем согласии теоретической модели с экспериментальными данными. Тем не менее, есть еще возможности для улучшения точности и конструкции прибора.Такие улучшения могут быть рассмотрены в будущих исследованиях.

Благодарности

Мы хотели бы выразить нашу благодарность Институту Св. Иосифа за то, что он разрешил нам использовать школьную лабораторию и предоставил нам необходимое оборудование. Кроме того, мы также хотели бы поблагодарить г-жу Вонг Ках Ян, г-жу Лидиавати Вонг, Нгуен Хой Нгуен, Нгуен Као Дуй и До Тхиен Фук за помощь нам различными способами в ходе нашего исследования.

Список литературы

  1. ЧАС.Эрен, Current Measurement, в: H. Peter, R. Thorn (Eds.), Handbook of Measuring System Design, под редакцией Sydenham, John Wiley & Sons, Чичестер, Англия, 2005 г. [Google ученый]
  2. D.R. Дунас-Фрейзер, П.Р. Ганди, Г.З. Ивата, Анализ неопределенности для простого эксперимента по тепловому расширению, Am.J. Phys. 81, 338–342 (2013). [CrossRef] [Google ученый]
  3. Дж.Миллер Х. Термопарный амперметр. Патент США 2100260, выдан 23 ноября 1937 г. [Google ученый]
  4. W.N. Goodwin, Jr. Термоамперметр. Патент США 1 456 951, выдан 29 мая 1923 г. [Google ученый]
  5. W.Н. Гудвин-младший. Термоамперметр. Патент США 2645756, выдан 14 июля 1953 г. [Google ученый]
  6. У.Д. Холл, Термоамперметр. Патент США 2211773, выдан 20 августа 1940 г. [Google ученый]
  7. Коэффициенты линейного теплового расширения.Engineering ToolBox. 2003 г., https://www.engineeringtoolbox.com/linear-expansion-coefficients-d_95.html (по состоянию на 28 декабря 2019 г.) [Google ученый]
  8. Х. Де Кеуленаер, Тепловое расширение: медь против алюминия. Леонардо Энергия, 2019 г., последнее изменение 5 ноября.https://help.leonardo-energy.org/hc/en-us/articles/202823322-Thermal-expansion-Copper-vs-aluminium?mobile_site=true (по состоянию на 28 декабря 2019 г.) [Google ученый]
  9. Р. Шолль, В. Либи, Использование интерферометра Майкельсона для измерения коэффициента теплового расширения меди, Phys.Учитель 47, 306–308 (2009). [CrossRef] [Google ученый]
  10. Список коэффициентов теплового расширения (КТР) для природных и искусственных материалов.Поставки MSE. https://www.msesupplies.com/pages/list-of-thermal-expansion-coefficients-cte-for-natural-and-engineered-materials (по состоянию на 28 декабря 2019 г.) [Google ученый]
  11. Коэффициент линейного теплового расширения металлов. AmesWeb.https://www.amesweb.info/Materials/Linear-Thermal-Expansion-Coefficient-Metals.aspx (по состоянию на 28 декабря 2019 г.) [Google ученый]
  12. Р.А. Сервей, У. Дж. Джуэтт, Физика для ученых и инженеров с современной физикой, Cengage Learning, Бостон, 2018 г. [Google ученый]
  13. Удельная теплоемкость некоторых металлов.Engineering ToolBox. 2003. https://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-metals-d_152.html (по состоянию на 28 декабря 2019 г.) [Google ученый]
  14. Таблица удельной теплоемкости. Совет школьного округа Верхней Канады. http: //www2.ucdsb.on.ca / sizes / stretch / database / Specific_Heat_Capacity_Table.html (по состоянию на 28 декабря 2019 г.) [Google ученый]

Цитируйте эту статью как : Роберт Фредерик Ю, Цяози Мяо, Чэнхао Юань, Биметаллический амперметр: новый метод измерения тока, Emergent Scientist 4 , 2 (2020)

Все таблицы

Таблица 1

Значения констант, используемых в модели.

Все фигуры

рисунок 1

Принципиальная схема экспериментальной установки. Деталь, обведенная пунктирной рамкой, представляет собой биметаллический амперметр. Для этой диаграммы принят обычный ток. Провода внизу показывают, как микроконтроллер и внешняя цепь питаются от ноутбука.

По тексту
Рис. 2

Фрагмент биметаллического амперметра, вид сверху.На нем показаны различные компоненты основы палочек для мороженого. Для пояснения, часть соединительного провода 2 расположена под основанием палочки для мороженого и соединена с неподвижным концом катушки. Обратите внимание, что соединительные провода 2 и 3 связаны с деталями на Рисунке 3.

По тексту
Рис. 3

Фрагмент биметаллического амперметра, вид сверху. Он показывает, как компоненты на основании палочек для мороженого подключаются к соответствующим контактам микроконтроллера Arduino Uno.Обратите внимание, что соединительные провода 2 и 3 связаны с деталями на Рисунке 2.

По тексту
Рис. 4

Связь между текущими I и время на размотку т . Синие точки представляют значения экспериментальных данных, тогда как зеленая кривая представляет собой наиболее подходящую кривую с Δ T = 18,23 ° С.

По тексту
Шунтирующий резистор

| Применение резистора

Определение Шунтирующий резистор

Шунтирующий резистор используется для измерения переменного или постоянного электрического тока.Это делается путем измерения падения напряжения на резисторе.

Шунтирующий резистор для измерения тока

Устройство для измерения электрического тока называется амперметром. Большинство современных амперметров измеряют падение напряжения на прецизионном резисторе с известным сопротивлением. Ток рассчитывается по закону Ома:

$$ I = \ frac {V} {R} $$

Большинство амперметров имеют встроенный резистор для измерения тока. Однако, если ток слишком велик для амперметра, требуется другая настройка.Решение состоит в том, чтобы разместить амперметр параллельно с точным шунтирующим резистором. Другой термин, который иногда используется для обозначения этого типа резистора, - шунт амперметра.

Обычно это манганиновый резистор высокой точности с низким значением сопротивления. Ток делится между шунтирующим резистором и амперметром, так что через амперметр протекает только небольшой (известный) процент. Остальной ток идет в обход амперметра и проходит через шунтирующий резистор. Таким образом, все еще можно измерить большие токи.Действительная сила тока может быть измерена путем правильного масштабирования амперметра. Используя эту конфигурацию, теоретически максимальная сила тока, которую можно измерить, бесконечна. Однако нельзя превышать номинальное напряжение измерительного устройства. Это означает, что максимальный ток, умноженный на значение сопротивления амперметра, не может быть выше номинального напряжения. Кроме того, значение сопротивления амперметра должно быть как можно более низким, чтобы ограничить помехи в цепи. Однако меньший амперметр дает меньшее падение напряжения, что приводит к более низкому разрешению.

Пример расчета

В качестве примера в амперметре в качестве последовательного резистора используется шунтирующий резистор с сопротивлением 1 мОм. Резистор включается в цепь, и на резисторе измеряется падение напряжения 30 мВ. Это означает, что ток равен напряжению, разделенному на сопротивление, или: I = V / R = 0,030 / 0,001 = 30 А. Можно провести тот же расчет, но теперь с неизвестным значением сопротивления и известными напряжением и током. . Это используется для калибровки сопротивления шунта.

Положение шунта в цепи измерения тока

A. Часто шунт размещается на стороне заземления, чтобы исключить синфазное напряжение. Однако существуют и другие недостатки. B. В этой конфигурации синфазное напряжение может быть слишком высоким для амперметра.

Важно тщательно выбирать положение шунтирующего резистора в цепи. Когда цепь имеет общую землю с измерительным устройством, шунт часто помещается как можно ближе к земле.Причина в том, чтобы защитить амперметр от синфазного напряжения, которое может быть слишком высоким и повредить устройство или дать ошибочные результаты. Недостатком такой схемы является то, что токи утечки в обход шунта могут не обнаруживаться. Если шунт размещается в незаземленной ножке, он должен быть изолирован от земли или включать в себя делитель напряжения или усилитель изоляции для защиты прибора. Возможны и другие способы, в том числе использование датчика Холла, чтобы избежать прямого подключения измерительного прибора к цепи высокого напряжения.Однако токовые шунты обычно более доступны.

Определение шунтирующего резистора

Для выбора шунтирующего резистора важны несколько параметров. Шунтирующие резисторы имеют максимальный номинальный ток. Значение сопротивления определяется падением напряжения при максимальном номинальном токе. Например, шунтирующий резистор номиналом 100 А и 50 мВ имеет сопротивление 50/100 = 0,5 мОм. Падение напряжения при максимальном токе обычно составляет 50, 75 или 100 мВ.

Другие важные параметры включают допуск сопротивления, температурный коэффициент сопротивления и номинальную мощность.Номинальная мощность указывает количество электроэнергии, которое резистор может рассеять при данной температуре окружающей среды без повреждения или изменения параметров резистора. Произведенная мощность может быть рассчитана по закону Джоуля. Шунтирующие резисторы обычно имеют коэффициент снижения номинальных характеристик 66% для продолжительной работы. Это определено для продолжительности работы более двух минут. Высокие температуры отрицательно влияют на точность шунта. При температуре выше 80 ° C начинается температурный дрейф. Это ухудшается с повышением температуры, и при температуре выше 140 ° C резистор может быть поврежден, а значение сопротивления может измениться безвозвратно.

Что такое шунт в электронике?

Эта статья посвящена шунтирующим резисторам, основной целью которых является измерение тока. Однако значение термина «шунт» в электронике шире. Шунт - это элемент, который используется в цепи для перенаправления тока вокруг другой части. Области применения сильно различаются. Для некоторых приложений могут использоваться другие электрические устройства, кроме резисторов. Приведено несколько примеров, чтобы проиллюстрировать разнообразие шунтов.

Защита цепи от перенапряжения

Одним из методов защиты цепи от слишком высокого напряжения является использование цепи с ломом.Когда напряжение становится слишком высоким, происходит короткое замыкание устройства. Это приводит к тому, что ток течет параллельно цепи. Это сразу вызывает падение напряжения в цепи. Сильный ток через шунт должен вызвать срабатывание прерывателя цепи или предохранителя.

Обход неисправного устройства

Когда один элемент в последовательной цепи выходит из строя, он разрывает всю цепь. Для решения этой проблемы можно использовать шунт. Более высокое напряжение, которое существует из-за неисправности, вызовет короткое замыкание шунта.Электричество будет проходить вокруг неисправного элемента. Хороший пример - рождественское освещение.

Электрический шум байпаса

Шунты с конденсатором иногда применяются в цепях, где высокочастотный шум является проблемой. Прежде чем нежелательный сигнал достигнет элементов схемы, конденсатор перенаправляет шум на землю.

Проверки безопасности при измерении сопротивления

1.Перед подключением выводов омметра отключите питание в цепи.
2. При подключении выводов к источнику постоянного тока или напряжения убедитесь, что плюс и минус выбраны правильно.
3. Установите на глюкометре правильные настройки (переменный ток, постоянный ток, сопротивление и т. Д.)
4. Достаточно ли высока дальность действия измерителя для тестовой цепи?
5а. При измерении тока или напряжения включите питание и проверьте значение измерителя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *