Это универсальная модель, что означает, что амперметр может быть подключён как к сетям с постоянным током, так и к сетям с переменным током. К преимуществам можно отнести простоту конструкции и гораздо более широкую область применения по сравнению с ранее представленными типами.
Амперметр и вольтметр. Правила включения. | Теоретические основы физики: постоянный ток
Для определения силы тока используют амперметр. В идеальных условиях его собственное сопротивление стремится к нулю, что позволяет ему не оказывать влияния на измеряемую силу тока. Амперметр включается в электрическую цепь последовательно, с обязательным соблюдением полярности подключения:
Для измерения напряжения на участке электрической цепи предназначен вольтметр. В идеале его собственное сопротивление должно стремиться к бесконечности, чтобы прибора не протекал ток. Вольтметр включается в электрическую цепь параллельно участку, где будет измеряться напряжение, также соблюдая полярность подключения:
Правила записи показаний измерительных приборов с учётом погрешности
Когда вы записываете величины (с учётом погрешности), следует применить следующую формулу:
где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.
Погрешность при измерениях составляет половину цены деления шкалы измерительного прибора, если задание не указывает иное значение погрешности.
Цена деления шкалы — это разница значений величины, которые соответствуют двум ближайшим отметкам на шкале. Чтобы вычислить цену деления шкалы, необходимо выполнить следующие шаги:
- Определите два ближайших штриха на шкале, возле которых указаны значения величин.
- Вычтите из большего значения меньшее.
- Полученное число разделите на количество делений (промежутков), находящихся между ними.
Пример №1. Вычислите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.
Стрелка вольтметра указывает значение 2,0 Вольт. При этом она немного не дотягивает до отметки 2, но всё же находится ближе к ней, чем к предыдущему штриху.
На шкале два ближайших штриха имеют значения 1 В и 2 В. Между ними находятся 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равняется: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).
Согласно условиям задачи, погрешность равна половине цены деления шкалы, то есть 0,1 Вольт. Таким образом, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.
Обозначение амперметра в электрической цепи
Рассмотрим, как обозначается амперметр на электрических схемах. Для начала учтём, что сила тока обозначается символом I. Единица измерения силы тока — один ампер. Эта единица названа в честь французского учёного, который внес значительный вклад в изучение электрического тока и его воздействий (рис. 1).
Сам амперметр на схемах обозначается следующим образом: кружок, внутри которого находится буква А (рис. 2).
Рис. 2. Обозначение амперметра
Теперь обсудим различные виды амперметров: их конструкции, материал и принцип работы.
На рис. 3 представлены фотографии различных моделей амперметров.
Разнообразие амперметров и их отличительные особенности
Амперметры могут различаться по размеру и конструктивным особенностям, однако есть важный момент, который объединяет все типы: амперметры всегда включаются в электрическую цепь последовательно. Обычно процесс описывают так: разрываем цепь и в разрыв добавляем прибор.
Как отличить амперметр от других приборов?
Прежде всего, на всех амперметрах обязательно присутствует буква A, что указывает на то, что это именно амперметр. Кроме того, все амперметры имеют шкалу с делениями и клеммы (зажимы) для подключения проводников. Одна из клемм всегда помечена знаком +, что указывает на необходимость её подключения к положительному полюсу источника тока. Вторая клемма иногда обозначается знаком -, хотя она подразумевается по умолчанию.
Все приборы, изображённые на рис. 3, предназначены для измерения постоянного тока, то есть такого тока, который вырабатывают аккумуляторы и гальванические элементы. На всех этих приборах имеется знак, который говорит о применении в цепях постоянного тока: это горизонтальная прямая линия. Если бы на приборе была изображена волнистая линия, это указывало бы на то, что он предназначен для измерения переменного тока.
Как уже упоминалось, в основе работы всех амперметров лежит магнитное действие электрического тока. На рис. 4 показано устройство амперметра: стрелка устройства прикреплена к очень лёгкой рамке, которая помещена в магнитное поле, создаваемое протекающим током. Эта рамка отклоняется в магнитном поле, и стрелка указывает на шкале различные значения силы тока.
Рис. 4. Устройство амперметра (Источник)
Если шкала прибора рассчитана на отрицательные и положительные значения, то с помощью такого амперметра возможно измерение не только силы тока, но и его направления.
Правильное подключение к электрической цепи
Для понимания того, как подключить амперметр к цепи, необходимо усвоить один ключевой принцип — прибор включается последовательно к нагрузке. Подключение параллельно недопустимо, так как ток движется по наименьшему сопротивлению, минуя прибор и следуя по свободному контуру. В результате, амперметр не продемонстрирует никаких показаний. Такой ситуации может привести к ошибочным выводам о неработоспособности устройства, в то время как причина кроется в неправильно выполненном подключении.
Чтобы обеспечить точность измерений, важно, чтобы амперметр не создавал значительного сопротивления. Поэтому его конструкция включает элементы с минимальным сопротивлением, которые практически не влияют на показания прибора.
Измерение постоянного тока
Эта форма электрического тока широко используется во многих электронных схемах, включая блоки питания и зарядные устройства. В случае поломки таких устройств мастер, проводя диагностику, в первую очередь ищет место обрыва в электрической цепи. Это значит, что он подключает амперметр в цепь постоянного тока и проверяет, отображает ли прибор какое-либо значение. Если показания отсутствуют, это сигнализирует о том, что в цепи нет тока из-за обрыва вызванного неисправностью какого-либо элемента или провода. Далее мастер использует мультиметр для проверки сопротивления каждого элемента.
В качестве примера подключения амперметра можно использовать следующий эксперимент. Для него потребуется сам прибор, аккумуляторная батарея номинальной ёмкости, например, 1500 мА·ч, которая выдаст ток 150 мА в течение 10 часов. Батарея должна быть полностью заряжена, а также понадобится лампочка, рассчитанная на 150 мА.
Амперметр необходимо подключить между батареей и светильником. При этом он должен показать то же значение, что и потребляемая мощность лампы, то есть 150 мА.
Подключение происходит по следующему алгоритму:
- Провод, соединяющий аккумулятор и лампочку, разрезается;
- Концы провода очищаются и подключаются к амперметру;
- Один свободный конец соединяется с лампочкой;
- Второй конец присоединяется к аккумулятору.
Именно такая последовательность подключения важна; начинать нужно сначала с аккумулятора, затем с лампочки. Если амперметр показывает нуль или стрелка отклоняется в противоположную сторону, необходимо просто поменять места на подключаемых проводах с поправкой на полярность.
Внимание! Максимальный предел измеряемого значения амперметра не должен быть меньше номинального значения тока в цепи.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам учебного комплекта, вам необходимо добавить его в ваш личный кабинет.
Историю видеоуроков можно делиться в личных кабинетах с учениками.
Также можно отслеживать статистику просмотра видеоуроков учениками.
Конспект урока «Амперметр. Измерение силы тока»
Амперметр — это устройство, предназначенное для измерения силы тока в электрической цепи.
Поскольку сила тока циркулирует по всей цепи, амперметр подключается таким образом, чтобы через него проходил ток, что позволяет правильно отображать силы тока на его шкале в амперах, не влияя на сам ток.
Как и на любом другом измерительном приборе, на шкале амперметра установлено максимальное значение. Это обозначает максимальную силу тока, на которую рассчитывает данный прибор. Подключение амперметра при превышении данных значений может привести к его повреждению.
Существует три способа подключения: последовательное, параллельное и смешанное, о которых мы подробнее поговорим далее. Последовательное подключение — это способ, при котором конец одного проводника соединяется с началом другого. При таком подходе сила тока по всей цепи одинаковая, поскольку каждый заряд проходит через каждый срез за одну секунду. Именно по этой причине амперметр подключают к цепи последовательно с устройством, силу тока в котором измеряют.
На амперметре есть две клеммы, из которых одна отмечена знаком +. Эту клемму требуется соединять с проводом, идущим от положительного источника. Сила тока — это важный параметр электрической цепи, который определяет уровень угрозы поражения для человека. Даже 100 мА могу вызвать серьезные повреждения организма при поражении.
Задача 1. Через лампочку проходит ток в 300 мА. Если в цепи подключить два амперметра, один перед лампочкой, а другой после неё, то насколько будут различаться их показания?
Амперметр подключается к цепи последовательно, так что сила тока во всех участках цепи будет одинаковой, следовательно, оба амперметра покажут 300 мА.
Задача 2. На рисунке представлена электрическая цепь, включающая два амперметра. Какое максимальное значение на шкале второго амперметра?
Поскольку первый амперметр показывает ток в два ампера, такой же будет и на втором. Однако для первого амперметра два ампера — это его максимальное значение, а на втором амперметре стрелка расположена ровно посередине. Следовательно, два ампера составляют половину максимального значения вторичного амперметра, таким образом, его максимальное значение будет равно четырем амперам.
Задача 3. К электрической цепи подключили амперметр и лампочку, как показано на рисунке. Какие будут показания амперметра, если через лампочку проходит ток в 80 мА?
Конкретно ответить на этот вопрос невозможно, так как на рисунке амперметр подключен некорректно, таким образом, его показания будут также некорректными.
Принципиальная схема амперметра
В простейшем амперметре, рассчитанном на один диапазон измерений – к примеру, от 0 до 10 А, параллельно гальванометру включён шунт. Это низкоомный резистор со значением сопротивления в пределах от 0,01 до 1 Ом. Грубый расчёт производится согласно закону Ома: сила тока равняется частному, делённому на значение сопротивления.
Ознакомившись с сопротивлением шунта амперметра, можно понять, как правильно его подключать.
Подключение в цепь
Прибор должен всегда подключаться последовательно, а не параллельно нагрузке. Если вам придётся подключить прибор параллельно – сработает предохранитель, и прибор отключится. При токе свыше нескольких ампер могут сгореть катушка гальванометра и сам шунт. Изгоревшая стрелка не подлежит восстановлению. В начале убедитесь, что линия отключена. Если источник питания имеет низкое напряжение — до 12 В, возможно, удастся обойтись и без отключения. Подключите амперметр в разрыв цепи. Убедитесь, что общая нагрузка тока не превышает предельные значения, на которые рассчитан амперметр (например, если он рассчитан на 10 А). Если прибор не двусторонний (например, -10 и +10 А с нулём посередине) — учитывайте полярность. После включения он покажет, сколько (мили) ампер в час потребляет ваш электроприбор или электрическая цепь.
Особенности подключения амперметра в автомобиле
В автомобилях в основном используют двусторонний амперметр, где ноль располагается не в начале, а в середине шкалы. Минусовой ток (отрицательное значение прибора) это сила, которую потребляет бортовая электроника авто, в то время как положительный ток — это зарядный ток, подаваемый от генератора автомобиля. Это подключение выполняется аналогично и для специальной техники, такой как автокраны, тракторы, экскаваторы и так далее.
Заводская комплектация большинства иномарок уже включает шунт и амперметр, которые производятся данной компанией и включаются последовательно с аккумуляторной батареей через положительный провод. Если стрелка после успешного запуска автомобиля зашкаливает и не возвращается в ноль — это означает, что аккумулятор вышел из строя и подлежит замене.
Установка шунта
Сопротивление шунта определяется внешним сопротивлением подключаемой нагрузки (например, мощного светильника или фары), умноженным на отношение тока, который проходит через сам амперметр, к разнице общего тока в цепи и тока самого амперметра. Ток, проходящий через шунтирующий резистор, значительно больше тока, протекающего через обмотку гальванометра. Обратное справедливо для сопротивления гальванометра и шунта.
В простейшем случае шунт может быть выполнен в виде короткой катушки или полоски из толще меди, стали или алюминия. К его выводам подключается гальванометр. Это как бы громоотвод для больших токов, что позволят сохранить целостность катушки прибора – через неё проходят, возможно, лишь десятитысячные доли тока, который проходит через сам шунт. На практике, гальванометр может быть переосмыслен как милливольтметр — он воспринимает лишь то небольшое падение напряжения на полосе или резисторе шунта. Величина шунтирования равно кратному 10 единицам значению.
Применение трансформаторов
Чтобы измерить силу тока при постоянном напряжении или низком переменном напряжении, можно ограничиться только шунтом. Если речь идет о измерениях переменного тока с высоким потенциалом, то в дополнение к выпрямительному диодному мосту прибору требуются измерительные трансформаторы тока. Зная, какое напряжение находится в электрической цепи (например, 1 кВ), можно использовать повышающий трансформатор напряжения. Его первичная обмотка с низким сопротивлением, намотанная толстым проводом, включается последовательно с подающей линии питания (в разрыв этой линии). Вторичная обмотка, производящая высокую ЭДС, подключается к амперметру. Благодаря низкому сопротивлению прибора, трансформатор будет находиться в режиме замыкания, что указывает на его максимальную нагрузку.
Разделение между постоянным и переменным током
Для постоянного тока не требуется специальных схем – есть миллиамперметр, мощный шунт с сопротивлением в сотую и тысячную доли Ома. Эти элементы подключают друг к другу параллельно – и вся установка помещается в разрыв цепи. Для переменного же тока необходима схема, использующая трансформатор тока, указанная ранее. Чтобы стрелка не колебалась вокруг нуля шкалы с частотой 50 Гц и выше, для её стабилизации применяют диодный выпрямитель. Это может быть один диод или диодный мост. Рекомендуется использовать диоды с высоким номиналом по напряжению, чтобы исключить возможность электрического пробоя и повреждения устройства.
Градуировка шкалы гальванометра (не готового амперметра) условна и зависит от следующих факторов:
- веса стрелки и катушки с эмальпроводом, которые увлекают её за собой;
- силы магнитного поля (или намагничивающей катушки-статора, если постоянный ферритовый магнит не использовался);
- жёсткости возвращающей пружины;
- чёткости работы системы балансира стрелки.
В зависимости от того, какой прибор собирается на основе гальванометра – амперметр, вольтметр или омметр – градуировка осуществляется согласно шунтам и принципиальной схеме прибора.
Например, чтобы проградуировать прибор при 15 вольтах (что соответствует напряжению автомобильного генератора) на 15 ампер, шунт должен иметь сопротивление 1 Ом. В случае, если зарядный ток значителен – на уровне 75 А, требуется установить мощный шунтирующий элемент с номиналом 0,2 Ом. Поправка на сопротивление обмотки гальванометра, как правило, будет очень малой — само оно в несколько сотен раз выше, чем у шунтового соединения, что приводит к погрешности амперметра в 0,2% и ниже. Точный расчёт можно осуществить по вышеуказанной формуле, учитывая сопротивление обмотки гальванометра. Если речь ведется о высоких токах, имеет смысл в разрыв цепи, последовательно с амперметром, установить плавкий или автоматический предохранитель — на случай превышения характеристик прибора.
О том, как корректно подключить амперметр, можно узнать из следующего видео.
