Цифровой амперметр принцип работы и общая характеристика

Шунт расчет компонента микроамперметра постоянного тока, основные формулы и подбор параметров сопрот

Шунт (англ. Shunt) — электрическое или магнитное ответвление, которое включают параллельно основного контура цепи. Параллельное подключение одного звена электрической цепи к другому с целью понижения общего электрического сопротивления называется процессом шунтирования. Это нашло широкое применение в схемотехнике.

Шунты измерительных приборов

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

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

  • внутренними;
  • наружными (внешними).

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

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

Многопредельный шунт устроен в виде ряда резисторов, которые возможно коммутировать в соответствии с пределом измерения, рычажным тумблером либо путем перемещения провода с одной клемы на другую.

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

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

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

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

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

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

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

Расчет и изготовление шунта

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

Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.

Основные понятия и формулы

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

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

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

Расчет шунтирующего звена

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

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

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

Длина проводника

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

Согласно соотношению: Rш=p*J/S,

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

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

Тогда искомая величина будет равна:

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

Расчет шунта для амперметра постоянного тока определил такие выходные данные:

максимальный ток измерения — 30 мА;

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

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

Амперметр для зарядного устройства

Нелишним будет знать, как сделать из вольтметра амперметр и применить его в процессе контролирования силы тока при зарядке аккумуляторных батарей.

Необходимый стрелочный вольтметр проверяется на способность стрелки полностью отклонятся вдоль измерительной шкалы. Следует убедиться в отсутствии добавочных сопротивлений или внутреннего шунта.

Читайте также:  Средняя цена бензина в регионах России в 2020 году сравнение с другими странами

До этого был рассмотрен расчетный метод подбора шунтирующего резистора, в этом случае самодельный амперметр получается сугубо практическим путем, с помощью добавочного изм. прибора или тестера с пределом измерения до 8 А.

Соединяется в простую схему зарядный выпрямитель, дополнительный образцовый амперметр, проводник для будущего шунта и заряжаемая аккумуляторная батарея.

Для изготовления шунта для амперметра 10А своими руками на концах неизолированного толстого медного проводника длиною до 80 см выгибаются кольцеобразные дуги под крепеж болтом. После чего подсоединяется последовательно с образцовым изм. прибором в электрическую цепь выпрямитель — аккумулятор.

Один из концов стрелочного вольтметра основательно соединяется с шунтом, а другим, как щупом, проводится по медному проводу. Подается питание через выпрямитель и устанавливается по образцовому амперметру сила тока в цепи 5А.

Начиная от места крепления, щупом от вольтметра следует вести по проводу, пока на обоих приборах не установятся одинаковые значения тока. Согласно величине сопротивления рамки используемого стрелочного вольтметра определяется нужная длина провода шунтирования величиною до метра.

Проводник шунта возможно смотать в виде спирали либо как-то еще. Витки легонько растянуть с целью избежать прикосновений между ними или изолировать хлорвиниловой трубкой по всей длине спирали шунта.

Вариант предварительного определения длины провода для последующей замены изолированным проводником тоже вполне приемлем и практичен, но требует внимательности и тщательности в операциях замены шунта, повторяя все этапы по нескольку раз. Связано это с точностью показаний амперметра.

Соединительные провода от вольтметра должны быть обязательно припаяны непосредственно к шунтирующей спирали, иначе прибор будет иметь погрешности в показаниях.

Провода соединяющие шунт и изм. прибор выбирают произвольной длины, поэтому шунтирующий элемент возможно поместить в любой части корпуса выпрямителя.

Шкала амперметра для измерения величины постоянного тока равномерная, этим нужно руководствоваться при ее выборе. Букву V правильно заменить на А, а цифровые значения подогнать из расчета максимального тока в 10 А.

Originally posted 2018-04-18 12:28:37.

Измерение тока и напряжения. Вольтметр и амперметр.

Приветствую всех читателей на нашем сайте и сегодня в рамках курса “Основы электроники” мы будем изучать основные способы измерения силы тока, напряжения и других параметров электрических цепей. Естественно, без внимания не останутся и основные измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр.

Измерение тока. Амперметр.

И начнем мы с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой примерчик:

Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору. Кроме того, в цепи присутствует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи ��

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление r_А . Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится сопротивление, и мы получим следующее значение:

Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.

При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:

В этой формуле n – это коэффициент шунтирования – число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1 А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:

В данной задаче нам необходимо измерить ток I . Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

Читайте также:  Замена приборной панели Ауди А6 C5 своими руками - пошаговая инструкция

В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.

Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:

Выразим ток шунта через ток амперметра:

Измеряемый ток равен:

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

Но сопротивление шунта нам также известно ( R = frac ). В итоге мы получаем:

Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нам и нужно измерить ��

С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.

Измерение напряжения. Вольтметр.

Прибор, предназначенный для измерения напряжения называется вольтметр. И, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся с чем это связано:

Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:

Итак, величина тока составила бы 1 А, а соответственно напряжение на резисторе 2 было бы равно 20 В. С этим все понятно, а теперь мы хотим измерить это напряжение вольтметром и включаем его параллельно с R_2 . Если бы сопротивление вольтметра было бы бесконечно большим, то через него просто не потек бы ток ( I_B = 0 ), и прибор не оказал бы никакого воздействия на исходную цепь. Но поскольку r_В имеет конечную величину и не равно бесконечности, то через вольтметр потечет ток. В связи с этим напряжение на резисторе R_2 уже не будет таким, каким бы оно было при отсутствии измерительного прибора. Вот поэтому идеальным был бы такой вольтметр, через который не проходил бы ток.

Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:

Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример:

Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление R_3 . Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе R_2:medspace U_2 = R_2medspace I_2 . Давайте определим, какой результат при таком включении выдаст нам вольтметр:

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

Таким образом: U_В = frac . То есть показания вольтметра будут в n раз меньше, чем величина напряжения, которое мы измеряли. Так что, используя данный метод, возможно увеличить пределы измерения вольтметра!

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

Для решения обеих задач возможно совместное использование амперметра и вольтметра. В предыдущих статьях (про мощность и сопротивление) мы подробно останавливались на понятиях сопротивления и мощности и их связи с напряжением и сопротивлением, таким образом, зная ток и напряжение электрической цепи можно произвести расчет нужного нам параметра. Ну а кроме того есть специальные приборы, которые позволяют произвести измерения сопротивления участка цепи – омметр – и мощности – ваттметр.

В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями и заходите к нам на сайт! До скорых встреч!

Амперметр: виды, сфера использования, советы по выбору

Амперметр используют, чтобы снять замеры силы тока в электроцепи. Его подключают последовательно к тому участку, в котором снимаются замеры. Внутреннее сопротивление прибора слишком маленькое, чтобы как-то влиять на результаты замеров.

Особенности прибора

Приборы классифицируют в зависимости от силы измеряемого тока – амперметры, микро- и миллиамперметры.

Амперметры различаются в зависимости от того, насколько подробно представлена шкала с долями ампера:

  • для измерения в микроамперах – микроамперметры;
  • для измерения в миллиамперах – миллиамперметры и т.д.

Пределы измерений можно расширить, если в цепь к амперметру добавить магнитный усилитель, трансформатор тока или шунт. Если использовать шунт, то нужно выбрать такой, чтобы сопротивление в рабочей катушке и в нем было 10:1, 100:1 или 1000:1.

Шунт крепится к амперметру с помощью специальных гаек.

Подключая оборудования к сети важно учитывать его полярность – если подключить неправильно, прибор будет показывать отрицательные значения.

Принцип действия

На оси кронштейна располагается якорь из стали и постоянный магнит. Стрелка прибора находится на нуле, когда на якорь воздействует только постоянный магнит.

При подключении прибора к цепи, магнитный поток от протекающего по шине тока тоже начинает воздействовать на якорь, вследствие чего стрелка стремиться отклониться на 90°. Чем выше сила тока, тем сильнее сможет отклониться стрелка – именно этот параметр и замеряет амперметр.

В зависимости от способа отображения результатов измерений различают цифровые (когда результат выводится на дисплей) и аналоговые приборы (результат отображается колебаниями стрелки на шкале).

Ферродинамический

Самый точный вид аналоговых амперметров. Устойчив к влиянию магнитного поля окружающих предметов, можно использовать без специальной защиты.

Конструкция представляет собой ферромагнитный провод (замкнутый), плотно зафиксированную катушку и сердечники. Используется в различных отраслях тяжелой и военной промышленности.

Плюсы:

  • точность замеров;
  • легкость в эксплуатации;
  • надежность.
Читайте также:  Удаление катализатора как чем и зачем Как удалить катализатор в домашних условиях

Электромагнитный

Имеет довольно простую конструкцию. Состоит из одного или нескольких сердечников и специального устройства. Точность измерения параметров ниже, чем у остальных видов приборов. Применяются для снятия параметров в стандартных электроустановках переменного тока, у которых частота 50 Гц.

Из плюсов – это универсальный прибор, которым можно измерять силу как переменного, так и постоянного тока.

Термоэлектрический

Устройство замеряет силу тока на основании взаимодействия подвижной катушки и магнитного поля магнита.

Состоит из проводника (магнитоэлектрического механизма), к которому припаяна термопара. Она фиксирует момент, когда механизм нагревается под силой тока, проходящего по проводку. Из-за повышения температуры образуется излучение, которое влияет непосредственно на стрелку прибора – она отклоняется на угол, пропорциональный силе тока.

Используется для измерения постоянного тока в лабораторных условиях и разных сферах промышленности. Более чувствителен, чем электромагнитный.

Плюсы:

  • потребляет мало электричества при использовании;
  • показывает точный результат;
  • высокочувствителен.

Минусы:

  • ограниченная сфера применения;
  • наличие подвижной детали;
  • сложная конструкция.

Электродинамический

В корпусе амперметра находятся две катушки – подвижная и плотно зафиксированная. Используются для измерения силы тока в цепях с частотой до 200 Гц.

Плюсы – это универсальный амперметр, который может работать как с постоянным, так и с переменным током.

Минусы – слишком высокая чувствительность прибора. Поля от находящихся поблизости предметов могут создавать для него существенные помехи. Чтобы получить максимально правдивые показатели, нужно использовать электродинамический амперметр вместе с защитным экраном.

Высокая точность прибора позволяет использовать его для поверки новых амперметров других видов.

Цифровой

Все большей популярности набирают цифровые амперметры. Их широко используют как в быту, так и в разных сферах промышленности. Устройство имеет аналого-цифровой преобразователь (компаратор), который выводит результат замеров на ЖК-дисплей.

Погрешность показателей варьируется от 0,2% до 0,5% в зависимости от типа устройства и производителя. На рынке встречаются устройства, адаптированные для работы в разных сетях.

Плюсы:

  • прост в эксплуатации;
  • компактные размеры;
  • минимальная погрешность;
  • невосприимчивость к вибрациям;
  • результат измерений выводится сразу на экран, без задержки, как в аналоговых устройствах.
  • устойчивость к механическим ударам.

Минусы:

  • нуждается в собственном источнике питания;
  • высокая стоимость относительно аналоговых вариантов.

Цифровые амперметры могут быть разной конструкции – зафиксированные на DIN-рейке либо в щитовом исполнении.

Сфера применения

Амперметры используют в быту и в разных сферах промышленности – например, в компаниях, связанных с продуцированием и распределением тепловой или электрической энергии:

  • строительстве;
  • исследовательских институтах;
  • электролабораториях;
  • автомобильной промышленности.

Амперметром пользуются многие автомобилисты – для контроля величины силы тока в бортовой сети машины, для определения энергопотребления узлов машины и т.д.

В быту чаще всего используются однофазные приборы, для промышленных сетей – трехфазные.

Как выбрать

Самые удобные и точные амперметры – цифровые. В последнее время им на смену пришли более универсальные приборы – мультиметры, которые в числе прочих функций умеют и замерять ток.

При выборе прибора нужно обращать внимание на следующие критерии:

  • Покрытие зажимов контактов. Зажимы с антикоррозионным слоем будут служить гораздо дольше.
  • Более точные показатели будут у прибора с сопротивлением до 0,5 Ом.
  • Желательно, чтобы корпус был герметичным – это защитит его функциональные детали от влаги.
  • При проведении замеров нельзя дотрагиваться к неизолированным элементам устройства – они могут проводить ток.

Последовательность подключения

Чтобы получить правильные результаты замеров, нужно знать особенности подключения оборудования к цепи и соблюдать технику безопасности.

Прямое подключение амперметра к источнику питания вызовет короткое замыкание!

Порядок действий:

  1. Перед подключением нужно подобрать соответствующий трансформатор или шунт
  2. Установить правильный предел измерений. Рассчитать максимальный ток, который может быть в цепи можно по закону Ома или мощности потребителя.
  3. Установить режим, в котором будет работать амперметр.
  4. Подключить устройство к трансформатору или шунту.
  5. Подать питание.
  6. Цифровые амперметры сразу покажут результаты замеров, аналоговые – спустя некоторое время после включения.

Обзор цифровых моделей

ABB AMTD-2-R 2CSG213655R4011

Цифровой амперметр итальянского производства. Отличается высокой точностью, простотой использования и надежной сборкой. Подключается к цепи через шунт. Из минусов можно отметить высокую стоимость прибора.

Характеристики:

  • погрешность – 0,5%;
  • способ установки – Din 35 мм;
  • потребляемая мощность – 4 ВА;
  • ориентация – горизонтальная;
  • вес – 0,3 кг;
  • диапазон измерения силы тока – 5-600 А;
  • цена – 15 000 руб.

ABB AMTD-1 2CSM320000R1011

Цифровой амперметр, предназначен для замеров переменного тока. Страна-производитель – Италия.

Характеристики:

  • погрешность – 0,5%;
  • способ установки – Din-рейка;
  • ориентация – вертикальная и горизонтальная;
  • вес – 0,3 кг;
  • подсветка дисплея;
  • цена – 8000 руб.

DigiTOP АМ-3м

Трехфазный амперметр для измерения переменного тока. На дисплее отображаются результаты замеров по каждой фазе. Страна-производитель – Украина. Из минусов – довольно высокая погрешность и небольшой диапазон измерений.

Характеристики:

  • погрешность – 1,5%;
  • диапазон измерений – 1-63А;
  • способ установки – монтаж в электрический щит;
  • вес – 0,155 кг;
  • устойчивость к помехам и вибрации;
  • цена – 1500 руб.

EKF PROxima AD-723

Трехфазный амперметр. Страна-производитель – Россия. Из минусов можно отметить отсутствие подсветки и довольно большие размеры – 72х72 см.

Характеристики:

  • погрешность – 0,5%;
  • вес – 0,23 кг;
  • цифровой дисплей;
  • сенсорная панель управления;
  • цена – 2000 руб.

Таким образом, для постоянной работы с измерениями тока лучше выбрать цифровой амперметр – он более надежный, показывает результат с минимальной погрешностью. Для бытовых нужд достаточно аналогового устройства.

Видео-обзор работы амперметра

Ссылка на основную публикацию
Цементация Учебные материалы
Цементация стали что это, как сделать в домашних условиях Накоплено множество методов обработки металлических конструкций. Одним из них является цементация...
Холодильник на газу как работает, плюсы, как выбрать
Абсорбционный холодильник на газу В современном мире трудно представить, что в квартире нет холодильника. Уже давно привычным электрическим устройством, которое...
Холодная сварка для алюминия 2
Холодная сварка для алюминия высокотемпературная Автор: Игорь Дата: 27.04.2016 Статья Фото Видео Для мелких работ по ремонту металлических изделий, когда...
Цена Вебасто с установкой на любой автомобиль
Схема Подключения Вебасто Установите штуцеры в требуемое положение, в соответствии со схемой. Перед установкой смочите уплотнительные кольца водой. Webasto Thermo...
Adblock detector