Как подключить стрелочный амперметр

Как подключить амперметр, что это за прибор?

Весьма часто в нашей жизнедеятельности возникает ситуация, при которой нам необходимо измерить силу тока. Для чего? Чтобы узнать предполагаемую мощность того или иного оборудования, например. Для определения потенциально уровня нагревания кабеля и так далее. Примерно для этих целей нам и понадобится амперметр переменного тока. Именно он служит для измерения силы тока. К слову, с помощью прибора можно измерить силу не только переменного, но и постоянного тока. Как пользоваться этим инструментом?

Подключение

Чтобы понять, как подключить амперметр, нужно уяснить принцип диапазона измерения. То есть, прибор работает в определенном диапазоне, измеряя от значений в мкА до значений в кА. Учитывая техническую схему подключения, следует опередить максимальный уровень тока шкалы. Само подключение происходит последовательно, а не параллельно существующей нагрузки. Иначе существует опасность перенапряжения прибора. Соответственно, он станет нефункционален, проще говоря, перегорит.

Важным моментом является то, что измеряемый ток сильно зависит от общего сопротивления цепи. Из этого следует, что внутреннее сопротивление прибора должно быть предельно небольшим. Иначе, класс точности результатов может быть под вопросом. Ведь само оборудование будет влиять на числительный показатель. Чтобы точнее уяснить, понадобится схема подключения амперметра.

Как подключить амперметр, если величина тока, которая необходима для измерения, превосходит возможности прибора? Для этого как раз и используются разнообразные шунты. Они позволяют расширить измеримый диапазон тока. Нагрузка будет распределена в пользу шунта, он примет на себя большую часть. По сути, шунт просто покажет снижение тока, которое зафиксирует прибор. В данном случае он будет работать по принципу милливольтметра, однако, его показатели будут в амперах, а значит и конечная информации будет корректной.
Для более детального понимания необходима схема включения амперметра через шунт.

Где применяется амперметр?

Амперметр постоянного тока применяется повсеместно. Если мы исключим бытовые нужды, то первым вариантом будут крупные промышленные предприятия. Естественно лишь те, которые, так или иначе, занимаются созданием (генерацией) и дальнейшим потреблением электрической или тепловой энергии.
Помимо этого, широкое применение прибор нашел в строительстве. Ни один серьезный проект не проходит без этого маленького помощника.

Разнообразие оборудования

Устройство амперметра может довольно сильно отличаться в зависимости от модели. Если классифицировать их по типу отсчета, можно выделить стрелочные, световые и электронные варианты.
Амперметр постоянного тока может быть различным также как и способы его функционирования. Тут ряд шире, и остановиться на нем стоит подробнее.

Электромагнитные амперметры необходимы для измерения переменного тока с невысокой частотностью. Схема амперметра данного типа самая простая, соответственно – они наиболее дешевые на рынке.
Если вам интересно, как называется прибор для измерения силы тока с высокой частотностью, то это термоэлектрический измеритель. Принцип действия амперметра такого рода заключается в работе проводника и термопары. Проводник с помощью проходящего по нему тока нагревает термопару, что и служит способом вычисления силы тока.

Ферродинамические устройства необходимы для стрессовой среды с повышенным магнитным полем. Они более устойчивы к внешнему и внутреннему воздействию. Самым последним словом техники является амперметр цифровой. Это наиболее прогрессивные модели, которые не боятся сильного напряжения, механических повреждений. Они гораздо проще в освоении и применении. Как подключить цифровой амперметр? В большинстве случаев, если производитель не указал иное, точно так же как и обычный.

На этом основные виды амперметров можно считать исчерпанными. Некоторые пользователи, правда, посчитают, что один вид мы пропустили. А именно вольтметр.

Отличия вольтметра от амперметра

Для начала давайте просто разберем этимологию слов. Сразу понятно, что приборы произошли от слов «ампер» и «вольт». И хотя первый может подключаться к той же цепи, что и вольтметр, назначение у них совершенно разное. Ампер – единица измерения силы тока, тогда как вольт – единица измерения напряжения. Так чем же амперметр отличается от вольтметра? Правильно, первый измеряет силу, а второй напряжение.

Стрелочный амперметр 10 А и стрелочный амперметр 2 А — тест и обзор

Несмотря на тотальное наступление цифровых измерительных приборов, стрелочные индикаторы не собираются сдаваться.

Да, цифровые индикаторы — точнее.

Но аналоговые стрелочные приборы тоже имеют массу достоинств, основные из них:

1. Их показания «в первом приближении» мгновенно схватываются глазами: осознать положение стрелки мозг может быстрее, чем величину, отображаемую несколькими цифрами;

2. Достоинство, вытекающее из предыдущего: динамика измеряемой величины (рост, снижение, колебания) лучше понятны и заметны на стрелочном индикаторе;

3. Стрелочные вольтметры и амперметры не требуют внешнего питания: они «питаются» измеряемым напряжением (током) и работают вечно без замены батареек.

В этом обзоре будут представлены и протестированы два стрелочных амперметра: на 10 Ампер и на 2 Ампера постоянного тока.

Цена на дату обзора на AliExpress с доставкой — около $ 3.5; проверить актуальную цену и/или купить можно здесь. Там же можно купить амперметры на 1 — 50 Ампер в таких же корпусах; при одновременной покупке нескольких приборов — скидка.

Внешний вид и конструкция стрелочных амперметров постоянного тока на 10 А и 2 А

Амперметры пришли из Китая в маленькой картонной коробке, внутри которой дополнительно они были завернуты в полиэтиленовые пакеты вместе со своими комплектами крепежа.

Так выглядят тестируемые стрелочные индикаторы:

Далее детально будем рассматривать стрелочный амперметр на 2 А постоянного тока, так как приборы — абсолютно идентичные, и различаются только пределом измерений.

Габариты лицевой стороны амперметра — 44.8 x 44.5 мм (Ш x В), полная высота амперметра (длина) — 36 мм, высота части амперметра, расположенной сзади лицевой панели — 27.2 мм (приведены данные измерений).

Вид с лицевой стороны:

На шкале расположены только 20 делений — маловато будет! Никто не мешал сделать между ними промежуточные «маленькие» деления, тогда считывание результата было бы проще и точнее.

Справедливости ради надо сказать, что на стрелочном амперметре на 10 А делений больше, их — 25. Это уже лучше.

Нижняя часть лицевой панели (где расположена механическая часть амперметра) символически закрыта от любопытных глаз «матовой» частью переднего защитного стекла.

«Символически» — поскольку стекло можно снять и посмотреть, что за ним находится. Это будет сделано далее.

В нижней части защитного стекла (которое на самом деле — пластик, разумеется) расположены два винта, которые удерживают его на приборе.

Вид амперметра снизу:

Знаками «+» и «-» обозначены контакты для подключения амперметра в цепь с измеряемым током (резьба М3), а два штыря с резьбой М3 в нижней части фото предназначены для закрепления амперметра на приборной панели.

Знаки «+» и «-» выполнены в виде рельефного утолщения, и заметны не очень хорошо. Чтобы их различить, может потребоваться «повертеть» прибор, подбирая оптимальное падение внешнего освещения для различения знаков полярности.

Что интересно: обозначения полярности есть только на амперметре на 2 А, а на амперметре 10 А полярность не обозначена. «Угадай-ка — интересная игра».

Теперь — вид амперметра в профиль сверху:

Толщина передней части амперметра, которая будет расположена наружу от приборной панели — 8.8 мм.

Теперь — снимаем защитное стекло и смотрим на механизм стрелочного амперметра:

Теперь — то же самое, но немного в другом ракурсе:

Механизм — стандартный, вполне соответствующий типовой схеме на протяжении последних ста лет (примерно).

Теоретически, есть даже возможность подстройки нуля, если он вдруг «уплывёт». Но, чтобы он не «ушел» сам, механизм регулировки застопорен красной краской.

Но одна вещь сделана здесь грубовато.

Обратите внимание на капельку припоя, напаянную на нерабочем конце стрелки (правый нижний угол механизма, примерно под буквой «S» магнитной системы).

Видимо, она напаяна для уравновешивания противоположных частей стрелки, чтобы её положение не менялось при повороте прибора из горизонтального положения в вертикальное и обратно.

Стрелка при этом, действительно, положения не меняет; хотя и достигнуто это не слишком изящным способом. Главное — результат!

И, наконец, снимаем шкалу и совсем оголяем механизм:

Здесь видна ещё одна деталь устройства — шунт, соединяющий внешние выводы прибора. За счет падения напряжения на шунте проходит ток через рамку и отклоняется стрелка.

Напряжение на шунте, соответствующее максимальному отклонению стрелки (2 А), составляет 94 мВ.

Шунт на стрелочном амперметре 10 А , соответственно, должен иметь сечение в 5 раз больше.

Кроме шунта, здесь хорошо видно кольцо вокруг магнитной системы прибора (точнее — цилиндр). Его назначение — защита от внешних магнитных полей (экранирование).

Контакты рамки подключены непосредственно к шунту. Из этого проистекает отсутствие термокомпенсации (обычно делается в виде дополнительного резистора, но часто стрелочные приборы производятся без термокомпенсации).

К точности механических компонентов есть претензии.

Я попробовал аккуратно подёргать стрелку прибора вперёд-назад, и обнаружилась её «болтанка» (люфт) примерно на 0.3 — 0.5 мм. Многовато будет!

В комплект амперметра входит также необходимый крепёж, и даже немного сверх необходимого:

На фото в правой стороне — 4 комплекта гаек М3 с необходимыми дополнениями для подключения амперметра к цепи и его монтажа на приборной панели; а в левой стороне — 2 комплекта гаек М4 с дополнениями, которые к прибору никак не подходят (да и не требуются).

Ладно, пусть будут: в кулацком хозяйстве всё пригодится!

Испытания стрелочных амперметров постоянного тока на 10 А и 2 А

Тестовый стенд состоял из следующих компонентов: лабораторного блока питания, охлаждаемого водой резистора, тестируемого амперметра и цифрового мультиметра, установленного на предел измерений 10 А. Все составные части были соединены последовательно.

Температура окружающей среды — 19 градусов.

Так эта конструкция выглядела в сборе (вид сверху):

При расчётах погрешности считаем показания цифрового мультиметра истинными (его погрешностью пренебрегаем и всю её «сваливаем» на стрелочный индикатор).

Сначала испытываем стрелочный амперметр на 2 А.

Проверка проходила при двух значениях тока: при отклонении стрелки на 1 А и на 2 А.

Вот результат для тока с отклонением стрелки на 1 А:

Погрешность — большая, 13.6%.

Следующий результат — для тока с отклонением стрелки на 2 А:

Здесь ситуация с погрешностью — получше: 6.4%; хотя и это — далеко не идеал.

Переходим к стрелочному амперметру на 10 Ампер.

Проверка производилась при токах с отклонением стрелки на 4 А, 6 А, 10 А.

Результат для тока с отклонением стрелки на 4 А:

Результат — почти абсолютно точный; погрешность — 0.25%.

Далее — результат для тока с отклонением стрелки на 6 А:

Погрешность — 1.2%, очень неплохо.

И, последний результат, для показаний в 10 А:

Погрешность — 4.1%, приемлемо.

В заключение этой главы надо напомнить, что протестированный стрелочный прибор не имеет системы термокопенсации, и его показания будут сильно зависимы от температуры окружающей среды.

Это связано с тем, что сопротивление обмотки из медной проволоки на рамке прибора имеет температурный коэффициент около 0.4% на градус. Соответственно, при изменении температуры на 10 градусов погрешность увеличится на 4%.

А если прибор будет установлен на аппаратуре с сильным нагревом, то погрешность увеличится ещё больше.

Кстати, некоторые древнесоветские недорогие стрелочные приборы тоже строились без термокомпенсации, и факт увеличения погрешности отражался в инструкциях по эксплуатации.

Например, страница инструкции на сверхпопулярный в 1960-х и начале 1970-х годов прибор Ц-20 (нужная часть обведена красной рамкой):

Кстати, нормальной для этого прибора была указана температура +20±5 градусов, а весь допустимый диапазон температур составлял от +10 до +35 градусов.

Окончательный диагноз стрелочных амперметров на 2 А и 10 А

Точность протестированных приборов оставляет желать лучшего.

Но, по большому счету, они и не предназначены для точных измерений.

Стрелочные приборы, предназначенные для точных измерений, выглядят совсем по-другому.

Это — приборы с крупной шкалой со множеством делений (а не 20 и 25 делений, как у протестированных приборов).

Часто в профессиональных стрелочных приборах делается ещё и «зеркальная» шкала для повышения точности считывания показаний (смотреть на шкалу надо так, чтобы стрелка и её отражение визуально совпали).

А протестированные стрелочные приборы предназначены лишь для приблизительной оценки тока в испытуемой цепи и проверки общего функционирования контролируемой аппаратуры.

Вот с последней задачей они вполне в состоянии справиться.

Что же касается погрешности измерений, то определённая в обзоре погрешность приборов относится именно к протестированным экземплярам приборов; и может рассматриваться только как ориентир, а не как окончательное значение.

Где купить: можно здесь. Там же можно купить амперметры на 1 — 50 Ампер в таких же корпусах; при одновременной покупке нескольких приборов — скидка.

Как подключить амперметр

С измерительной системой связано слово «метр». Ток измеряется в амперах. Следовательно, амперметр – это инструмент, измеряющий силу тока. Чтобы получить корректные результаты и не повредить прибор, надо знать, как подключить амперметр к электроцепи.

Разновидности амперметров

Все устройства делятся на две разновидности: аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы:

1. Магнитоэлектрические. Постоянный магнит, расположенный в приборном корпусе, создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем свободно движущейся катушки во время протекания по ней электрического тока, создавая крутящий момент. Отклонение стрелки, связанной с катушкой, соответствует количественному показателю тока. Прибор отличается высокой чувствительностью и точностью, однако рассчитан на контроль постоянного тока невысоких величин. Для расширения измерительного диапазона устанавливается шунт;
2. Электромагнитные. Состоят из стрелки, прикрепленной к магниту, размещенному внутри катушки. Когда ток течет через катушку, создается магнитное поле, вызывающее притяжение или отталкивание магнита, пропорциональное величине тока. Универсальные амперметры, которыми замеряют переменный ток промышленной частоты и постоянный ток;
3. Электродинамические. Имеют две катушки: фиксированную и мобильную, создающие магнитные поля. Реакция между этими полями обеспечивает отклоняющий момент подвижной системы, компенсирующийся спиральными пружинами. Используют в электроцепях переменного тока, работающих на частоте 50-200 Гц, и постоянного тока;
4. Термоэлектрические. Основаны на принципе, что все проводники расширяются при нагревании. Это расширение соответствует выделившейся энергии, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату тока, независимо от его направления и природы. Ток проходит через резистор, находящийся в контакте с термопарой, соединенной со стрелкой амперметра. Этот косвенный метод в основном применяется с целью замеров высокочастотного тока;
5. Ферродинамические. Принципом действия похожи на электродинамические системы, но подвижная катушка размещается внутри магнитопровода из ферромагнитных материалов, на котором находятся стационарные катушки. Благодаря этому создается сильное магнитное поле, повышающее чувствительность прибора и его невосприимчивость к сторонним полям.

Технологические достижения обеспечили создание цифровых амперметров с большой универсальностью и производительностью. С цифровыми приборами устраняются ошибки считывания, так как показания визуализируются цифрами. Поскольку механические части заменены электронными схемами, минимизируется износ.

Важно! Качество цифрового прибора зависит от качества используемых схем.

Два из наиболее широко используемых портативных приборов: мультиметр и токоизмерительные клещи. Они доступны в аналоговых и цифровых версиях, но последние сейчас более распространены. Токоизмерительные клещи очень полезны, так как мгновенно измеряют ток без разрывания цепи. Эти приборы управляются магнитным полем, возникающим вокруг провода с протекающим током, в них нет катушек, которые могли бы сгореть.

Способы подключения амперметра

Основная особенность прибора заключается в том, что он должен обладать маленьким сопротивлением. Это нужно для обеспечения незначительного падения напряжения на нем. Для идеального замера прибор должен иметь нулевое внутреннее сопротивление, но это недостижимо. Подключение амперметра в цепь производится последовательно, в отличие от вольтметра. Если подключить его параллельно источнику питания, ток пойдет фактически короткозамкнутым путем и может повредить прибор.

Схема подсоединения амперметра

Схема подключения амперметра может быть прямой и косвенной. При прямой схеме прибор непосредственно подключается в цепь между источником питания и нагрузкой.

Косвенная схема реализуется двумя способами:

1. Установка шунта параллельно амперметру, когда почти весь ток пропускается через шунт, обладающий небольшим сопротивлением, а на катушку прибора попадает незначительная его часть. Соотношение между токами и сопротивлениями шунта и прибора:

Таким образом, применяя откалиброванные шунты можно расширить диапазон измеряемых токов;

1. Использование измерительных трансформаторов. Применяется для фиксации токов больших величин на электрооборудовании высокого напряжения. Ток в силовых электроцепях преобразуется посредством трансформаторов в маленькие величины (обычно это 5 А). К выводам вторичной обмотки подключаются измерительные приборы.

Важно! Выводы вторичной обмотки всегда замыкаются на резистор, а работа в разомкнутой цепи запрещается из-за того, что она может оказаться под фазным напряжением силовой цепи.

Последовательность подключения амперметра с шунтом

Схемы с трансформаторами тока применяются на энергопредприятиях. Для подключения амперметров в низковольтных цепях электрики-любители, как правило, используют схему с шунтами.

Схема подсоединения амперметра с шунтом

Последовательность шагов по сборке схемы:

1. Многие амперметры комплектуются откалиброванными шунтами. Необходимо знать приблизительный диапазон токов измерения. Зная ток, выбирается соответствующий шунт;
2. Закрепить шунт на контактных выводах амперметра;
3. Обесточить устройство, предназначенное для контроля тока;
4. Разомкнуть питающую электроцепь и включить в нее последовательно с нагрузкой (лампой, резистором и т. д.) амперметр с закрепленным на нем шунтирующим элементом, учитывая полярность прибора (для аналоговых устройств) и источника;
5. Подать напряжение и снять данные;
6. Вновь отключить питающий источник, отсоединить амперметр и восстановить нормальную схему;
7. Цена одного деления прибора определяется, исходя из значения тока, указанного на шунте.

В мультиметре шунты уже встроены в прибор. Нужно только поставить переключатель в нужный диапазон измерений. Делается это при снятом питании.

Важно! Если амперметр включается в цепь для определения зарядного тока между ЗУ и аккумулятором, то «плюс» ЗУ соединяется с «плюсом» амперметра, а «минус» амперметра с «плюсом» аккумулятора.

Подсоединение цифрового вольтамперметра

Существует интересный цифровой модуль для постоянного тока, совмещающий функции вольтметра и амперметра в одном устройстве. Вольтамперметрам под силу одновременно показывать и ток, и напряжение при правильном подсоединении.

Пример такого прибора – модель DSN—VS288, состоит из:

• самого измерительного устройства;
• 2-проводного кабеля (вход и выход амперметра);
• 3-проводного кабеля (питание прибора и измерение напряжения).

Измеряемый диапазон ампервольтметра:

• от 0 до 100 В по напряжению,
• от 0 до 10 А по току.

Так как питающее напряжение прибора – 3,5-30 В, схема его включения различается:

1. При необходимости подсоединить прибор в цепь, напряжение которой лежит в пределах между 3,5 и 30 В, общее питание одновременно используется и для прибора. Черный провод 2-проводного кабеля идет к «минусу», красный – к нагрузке и от другого вывода нагрузки к «плюсу». На 3-проводном кабеле: желтый и красный – соединяются вместе на «плюсе» источника, а черный – остается свободным;
2. Если напряжение ИП больше или меньше диапазона питания прибора, то вольтамперметр надо подсоединить к индивидуальному ИП. Двухпроводный кабель подключается аналогично, у трехпроводного –красный и черный – идут на «плюс» и «минус» своего ИП, а желтый – на «плюс» основного ИП.

Схемы присоединения DSN-VS288

Каждый тип амперметра подключается по одному принципу, но с обязательным учетом количественного значения измеряемого тока и выбором для этого соответствующих приборов и приспособлений.

Видео