Jak i co mierzy amperomierz

Trzy podstawowe narzędzia pomiarowe dla elektryków: woltomierze, amperomierze i omomierze. Musiałeś używać tych narzędzi, nie jednego lub dwóch z nich, ale wszystkich. Nie ma możliwości, aby inżynier elektryk nie miał doświadczenia w tych rzeczach. Są one w zasadzie łatwe w obsłudze i do wykonania, ale na razie skupmy się na amperomierzach. Z tego powodu dowiemy się, co na razie mierzy amperomierz.

Amperomierz jest urządzeniem służącym do pomiaru natężenia prądu w obwodzie elektrycznym, a dokładniej przepływu energii elektrycznej. Podobnie jak to, co przeczytaliśmy w podstawowym wyjaśnieniu obwodu elektrycznego, jednostka pomiarowa prądu elektrycznego w Amperach, z symbolem „A”.

Więc amperomierz lub amperomierz jest narzędziem do pomiaru, ile „Amper” w obwodzie. Nie musisz się dziwić, jeśli znajdziesz „amperomierz”, ponieważ ludzie często go mylą.

Brzmi to dość podobnie, ale właściwym jest „amperomierz”. Dziwne? Ale to jest to, co jest. To nie jest tak poważnie błędne, ale brzmi tak dziwnie.

Co to jest amperomierz

Prąd elektryczny ma jednostkę SI Ampera, stąd jego narzędzie pomiarowe nazywa się amperomierzem lub po prostu amperomierzem. Mimo, że istnieją dwa rodzaje prądu: Prąd Zmienny i Prąd Stały, amperomierz nie ma problemu z mierzeniem obu.

Z tego krótkiego wyjaśnienia wnioskujemy na podstawie pytania:

Co mierzy amperomierz?
Amperomierz służy do pomiaru natężenia prądu elektrycznego w obwodzie elektrycznym, mierzonego w amperach (A).

Amperomierz jest zaprojektowany z wykorzystaniem ruchomej cewki ze wskazówką poruszaną przez galwanometr. Nie należy go mylić z woltomierzem przy podłączaniu go do obwodu elektrycznego. Amperomierz należy łączyć szeregowo z elementem obwodu. Amperomierz jest zaprojektowany tak, aby miał bardzo małą rezystancję wewnątrz.

Dlaczego?

Korzystając z prawa Ohma, gdzie I = V/R jest oczywiste, że potrzebujemy, aby rezystancja była jak najmniejsza, ponieważ nie chcemy zmieniać wartości prądu. Wyobraźmy sobie poniższy schemat, obwód ma źródło napięcia 10V i rezystor 2-Ω. Dodamy rezystor 0,5Ω jako rezystancję amperomierza.

Nawet jeśli amperomierz ma 0,5-Ω, to i tak będzie miał wpływ na prąd w obwodzie. Prąd wewnątrz obwodu ma wynosić 10/2 = 5 A. Amperomierz o rezystancji 0,5-Ω sprawi, że prąd spadnie do 10/2,5 = 4 A.

Jest to oczywiście strata.

Teraz rozumiesz, dlaczego amperomierz jest zaprojektowany tak, aby miał bardzo małą rezystancję, tak bliską zeru.

Aby nie wpływać na wartość prądu, amperomierz wykorzystuje mały rezystor połączony równolegle z galwanometrem. Celem tej konstrukcji jest sprawienie, aby cały prąd przepływał przez rezystor.

Dlaczego?

Tak jak nauczyłeś się w podstawach elektroniki, większy prąd będzie przepływał przez gałąź o mniejszej rezystancji.

Kolejny problem: czy amperomierz jest cyfrowym narzędziem pomiarowym? Odpowiedź brzmi NIE. Amperomierz jest narzędziem analogowym. Możesz znaleźć lub używać „cyfrowego” amperomierza, ale to nie znaczy, że amperomierz jest obsługiwany w sposób cyfrowy. Amperomierz nie jest nawet mechaniczny. Cyfrowy amperomierz, którego używasz, musi mieć cyfrowy wyświetlacz (7-segmentowy), ale to z powodu konwertera.

Multimetr cyfrowy używa ADC (Analog-to-Digital Converter) dostarczonego przez mikrokontroler, który wykonuje wszystkie obliczenia i wyświetlacz przez rezystor.

Idealnie, amperomierz ma zerową rezystancję, więc amperomierz nie zmieni żadnej wartości w obwodzie. Ale jak już zdajemy sobie sprawę, warunek idealny występuje tylko w analizie matematycznej, a nie w analizie praktycznej. Nawet drut przewodnika ma bardzo mały opór.

Trzeba być ostrożnym podczas używania amperomierza. Jak stwierdzono powyżej, amperomierz musi być połączony szeregowo z gałęzią. Jeśli podłączysz amperomierz równolegle, prąd będzie bardzo wysoki (można założyć „zwarcie”) i przepali bezpiecznik, zniszczy amperomierz lub nawet uszkodzi elementy obwodu.

Funkcje amperomierza

Galwanometr i amperomierz

Galwanometr jest w stanie wykryć wartość i kierunek prądu w obwodzie. Tak jak podano powyżej, posiada on wskaźnik przymocowany do armatury, wykonanej z cewek. Wyświetlacz jest skalibrowany do odczytu wyników jego ruchu.

Jaka jest więc różnica między galwanometrem a amperomierzem?

Jeśli widziałeś najbardziej podstawowy obwód prądu stałego, to zdajesz sobie sprawę, że armatura może być poruszana przez zestaw magnesów, podczas gdy armatura jest zasilana prądem elektrycznym. Ta sama koncepcja może być użyta do rozróżnienia galwanometru i amperomierza:

Galwanometr potrzebuje zestawu magnesów, podczas gdy amperomierz ich nie potrzebuje.

Inną różnicą jest to, że galwanometr jest zdolny tylko do pomiaru prądu stałego.

Możesz to sobie wyobrazić, prawda? Dlaczego nie może mierzyć wartości ac? Ponieważ prąd zmienny ma ujemną polaryzację, przesunie wskazówkę w przeciwnym kierunku. Dosyć pokręcone w mojej opinii.

Jak więc amperomierz mierzy prąd zmienny? Podczas gdy amperomierz prądu stałego nadal wykorzystuje zasadę ruchomej cewki i magnesu, amperomierz prądu przemiennego liczy kawałki żelaza, które są poruszane w obecności siły elektromagnetycznej stałego drutu cewki.

Symbol amperomierza zarówno dla prądu przemiennego jak i stałego jest wciąż taki sam. Tak jak w przypadku woltomierza, ale zamiast niego używamy litery 'A’. You may find it in the next section, how do we use an ammeter.

Shunt Resistance

There are two characteristics of a galvanometer:

• A very sensitive device even for a small change of electric current.
• Can’t measure high electric potential.

Since we should not change the electric current, we are only permitted to use a very small resistance. But how do we do it with a galvanometer?

We connect the resistor in a parallel with the galvanometer. Since it is a „parallel” connection, we may call it a shunt resistance. (Shunt = Parallel)

Remember what we have talked about above, the reason we put the ammeter in a series connection with the circuit? We will use the shunt resistance to draw all the current through it so that the galvanometer will only receive a very small current.

This way the galvanometer can measure much higher current. Of course, the shunt resistance will also protect the galvanometer at the same time.

How do we determine the value of the shunt resistance? Observe the equation below:

Where:

S = shunt resistance
G = resistance of the galvanometer
Ig = maximum current that can be passed through the galvanometer for full-scale deflection
I = the current to be measured

Because I is the current we measure, then the Ig is the only current permitted to pass through the galvanometer for full-scale deflection. And the rest current (I – Ig) have to flow through the shunt resistance.

We consider the G and S in parallel.

The effective resistance of the ammeter is expressed as:

How Does an Ammeter Work

The ammeter is designed to measure the electric current in a circuit.

Jak to działa?

Amperomierz będzie mierzył prąd płynący przez zestaw cewek o bardzo małej rezystancji i reaktancji indukcyjnej. Impedancja musi być utrzymana w bardzo małej liczbie, aby amperomierz nie zmienił wartości prądu z powodu dodatkowej impedancji.

Zdjęcie powyżej przedstawia amperomierz z ruchomą cewką i często nazywamy go amperomierzem analogowym. W jego wnętrzu znajdują się stałe magnesy, które mają za zadanie przeciwstawiać się przepływającemu przez niego prądowi elektrycznemu. Jego wskazówka poruszana jest przez armaturę, umieszczoną w środku magnesu (podobnie jak w prostych silnikach prądu stałego). Wskazówka jest umieszczona w odpowiednim miejscu ze skalą i liczbą na ekranie wyświetlacza.

Najważniejszą rzeczą każdego narzędzia pomiarowego jest to, że nie powinny one zmieniać zmiennych wartości w obwodzie. Woltomierz, amperomierz i omomierz mają zakaz zmiany napięcia, prądu i oporu wewnątrz obwodu.

Jak i co mierzy amperomierz

Po poznaniu czym jest amperomierz i galwanometr, zastosujmy je w praktyce: jak i co mierzy amperomierz.

To, co mamy tu rozumieć, to:

• Zrozumienie, co mierzy amperomierz
• Wiedza, jak używać amperomierza do pomiaru prądu

Zrozumienie, co mierzy amperomierz

Jeśli czytasz ten post, założę się, że zrozumiałeś, czym jest prąd. Trudno jest nauczyć się amperomierza, jeśli nawet nie wiesz, czym jest pomiar amperomierza. Wszystko co powinieneś najpierw przeczytać jest dostępne w moim poście o tym czym są prądy elektryczne. Podsumowanie,

Prąd elektryczny to zmiana ładunku w pewnym okresie czasu, mierzona w amperach (A), a ładunek to cząstka atomowa w układzie elektrycznym, mierzona w kulombach

Nie zapomnij podłączyć amperomierza szeregowo z obwodem. Jeśli omyłkowo podłączysz go równolegle, będzie działał jak zwarcie.

Wiedza jak używać amperomierza do pomiaru prądu

Na przykład, użyjmy prostego obwodu elektrycznego poniżej. Wykorzystamy w nim źródło napięcia 3V oraz zestaw 3 oporników o rezystancji 10-Ω. Z prawa Ohma łatwo dowiemy się, że natężenie prądu będzie wynosiło 1 Amper. Ponieważ łatwo jest obliczyć obwód, który jest bardzo prosty, tak naprawdę nie potrzebujemy amperomierza.

Ale co zrobimy, jeśli obwód jest skomplikowany, z wieloma elementami i mieszanką połączeń szeregowo-równoległych, a my nie mamy luksusu czasu? Narzędzia pomiarowe mają tu swoje miejsce.

Anyway, przeanalizujmy poniższy obwód:

Obliczmy wartości i1, i2, oraz i3.

Na początek, najpierw znajdziemy prądy z podstawowym prawem Ohma, aby później zatwierdzić odczyt narzędzi pomiarowych.

Dla i1, ponieważ jest to prąd w szeregu ze źródłem napięcia, możemy przyjąć go jako całkowity prąd w obwodzie. Aby obliczyć całkowity prąd w obwodzie, musimy najpierw obliczyć całkowitą rezystancję w obwodzie.

And then the total resistance

The total current is

For i2 and i3 we can use current division. Since R2 and R3 have the same resistance, we will split the total current by 2. Hence,

i2 = 0.1A and i3 = 0.1 A

We have the current values here. Time to use a different approach with an ammeter.

How much resistance does an ammeter have? Let’s assume it has 0.01-Ω.

For i1, we will put an ammeter between the voltage source and R1. the circuit become:

Like what you have noticed, the i1 is 0.19998 A.It is very close to the 2 A if we use Ohm’s law. Why are they different? Because if we use mathematical methods, we assume that every component is in ideal condition. The ideal ammeter has zero inner resistance which is impossible in a practical way. The ammeter’s resistance of 0.01-Ω reduces the total current a little bit and we can ignore the difference.

Moving on to the i2 and i3,

We get 0.09999 A for i2 and i3 instead of 0.1 A. And again, we can ignore the differences.

Frequently Asked Questions