Электроника:Постоянный ток/Измерения в электрических цепях постоянного тока/Как амперметр влияет на измеряемую цепь

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Как амперметр влияет на измеряемую цепь[1]

Так же, как и вольтметры, амперметры влияют на величину силы тока в цепях, к которым они подключены. Однако, в отличие от идеального вольтметра, идеальный амперметр имеет нулевое внутреннее сопротивление, поэтому при протекании тока через него напряжение падает минимально. Обратите внимание, что это идеальное значение сопротивления прямо противоположно таковому у вольтметра. В случае с вольтметром мы хотим, чтобы от тестируемой цепи на прибор потреблялось как можно меньше тока. В случае с амперметром мы хотим, чтобы при проведении тока падение напряжения было минимальным.

Вот крайний случай воздействия амперметра на цепь:

Рис. 1. Влияние амперметра на силу тока.
Рис. 1. Влияние амперметра на силу тока.

Если амперметр отключён от этой цепи, сила тока, проходящего через резистор с сопротивлением 3 Ом, будет равна 666,7 мА, а сила тока, проходящего через резистор с сопротивлением 1,5 Ом, равна 1,33 ампера. Однако если бы амперметр имел внутреннее сопротивление 1/2 Ом, и он был бы подключён к одному из ответвлений этой цепи, его сопротивление серьёзно повлияло бы на измеряемую силу тока:

Рис. 2. Влияние амперметра (подключённого к левому ответвлению) на измеряемую силу тока.
Рис. 2. Влияние амперметра (подключённого к левому ответвлению) на измеряемую силу тока.

Эффективно увеличив сопротивление левого ответвления с 3 Ом до 3,5 Ом, амперметр покажет 571,43 мА вместо 666,7 мА. Размещение того же амперметра в правом ответвлении повлияет на силу тока в ещё большей степени:

Рис. 3. Влияние амперметра (подключённого к правому ответвлению) на измеряемую силу тока.
Рис. 3. Влияние амперметра (подключённого к правому ответвлению) на измеряемую силу тока.

Теперь силы тока в правой ветви составляет 1 ампер вместо 1,333 ампера из-за увеличения сопротивления, создаваемого добавлением амперметра в путь тока.

При использовании стандартных амперметров, которые подключаются последовательно к измеряемой цепи, может оказаться непрактичным или невозможным перепроектировать измеритель для более низкого входного сопротивления (между выводами). Однако, если бы мы выбирали номинал шунтирующего резистора для размещения в цепи для измерения силы тока на основе падения напряжения, и у нас был бы выбор из широкого диапазона сопротивлений, на практике было бы лучше выбрать наименьшее практическое сопротивление. Если сопротивление больше, чем необходимо, шунт может отрицательно повлиять на схему, добавив чрезмерное сопротивление на пути тока.

Один из гениальных способов уменьшить влияние токоизмерительного устройства на цепь – использовать провод цепи как часть самого движителя амперметра. Все токоведущие провода создают магнитное поле, сила которого прямо пропорциональна силе тока. Построив прибор, который измеряет силу этого магнитного поля, можно создать бесконтактный амперметр. Такой измеритель способен измерять силу тока, протекающего по проводнику без необходимости даже физического контакта с цепью, не говоря уже о нарушении целостности цепи или добавлении дополнительного сопротивления.

Зажимные амперметры (токоизмерительные клещи)

Рис. 4. Пример зажимного амперметра (не подсоединённого к цепи).
Рис. 4. Пример зажимного амперметра (не подсоединённого к цепи).

Амперметры этой конструкции называются «зажимами», потому что их можно разомкнуть, а затем закрепить на проводе схемы. Зажимы-амперметры предназначены для быстрого и безопасного измерения тока, особенно в промышленных электрических цепях большой мощности. Поскольку в тестируемой цепи не было добавлено дополнительное сопротивление с помощью таких «клещей», при измерении тока не возникает ошибки.

Рис. 5. Пример зажимного амперметра (подсоединённого к цепи)
Рис. 5. Пример зажимного амперметра (подсоединённого к цепи)

Фактически конструкция движителя у зажимного амперметра во многом такая же, как и у измерителя с металлическими пластинами, за исключением того, что нет внутренней проволочной катушки для генерации магнитного поля. Более современные конструкции используют небольшое устройство обнаружения магнитного поля, называемое датчиком Холла, для точного определения напряжённости магнитного поля. Некоторые экземпляры содержат микросхему электронного усилителя для генерирации небольшого напряжения, пропорционального току в проводе между зажимами, по сути, это небольшое напряжение, подключённое к вольтметру, для более удобного считывания техническим специалистом. В этом случае, зажимы могут быть дополнительным устройством к вольтметру для измерения тока.

Магнитноэлектрические амперметры

На следующей фотографии показан менее точная разновидность амперметра, гораздо более чувствительного к магнитному полю, чем зажимный:

Рис. 6. Чувствительный к магнитному полю магнитноэлектрический амперметр.
Рис. 6. Чувствительный к магнитному полю магнитноэлектрический амперметр.

Принцип действия такого амперметра идентичен принципу действия зажимного измерителя: круговое магнитное поле, окружающее токопроводящий проводник, отклоняет стрелку измерителя, создавая показания на шкале. Обратите внимание, на этом конкретном измерителе есть две шкалы для силы тока: ± 75 ампер и ± 400 ампер. Эти две шкалы измерения соответствуют двум наборам выемок на задней панели измерителя. В зависимости от того, в каком наборе пазов проложен токопроводящий проводник, напряжённость магнитного поля будет иметь разное влияние на стрелку. Фактически, два разных положения проводника относительно механизма действуют как два разных резистора, образуя рабочий диапазон в амперметре с прямым подключением.

Итог

  • Идеальный амперметр имеет нулевое сопротивление.
  • Амперметр типа «зажим» определяет силу тока через провод, измеряя магнитное поле вокруг него, а не становясь частью цепи, что делает его идеальным амперметром.
  • Зажимные измерители обеспечивают быстрое и безопасное измерение тока, поскольку между измерителем и цепью отсутствует токопроводящий контакт.

См.также

Внешние ссылки