Кіріспе
Электр тогын өлшейтін құрылғы. Амперметр (Амперметр сөзінің қысқартылған түрі) – электр тізбегіндегі токты өлшеуге қолданылатын аспап. Электр тогы ампермен (А) өлшенеді, сондықтан осылай аталады. Тікелей өлшеу үшін амперметр ток өлшенетін тізбекке тізбектей қосылады. Амперметрдің кедергісі көбінесе төмен болады, осылайша өлшеніп жатқан тізбекте маңызды кернеудің түсуіне жол бермейді. Миллиампер немесе микроампер диапазонындағы кішірек тоқтарды өлшеуге арналған аспаптар миллиамперметрлер немесе микроамперметрлер деп аталады. Алғашқы амперметрлер зертханалық құралдар болды және жұмыс істеу үшін Жердің магнит өрісіне тәуелді болды. 19 ғасырдың соңына қарай, кез келген жағдайға орнатылатын және электр қуат жүйелерінде дәл өлшеулерді жүзеге асыруға мүмкіндік беретін жақсартылған құралдар жасалды. Ол әдетте тізбекте "А" әрпімен белгіленеді.
An ammeter (abbreviation of Ampere meter) is an instrument used to measure the current in a circuit. Electric currents are measured in amperes (A), hence the name. For direct measurement, the ammeter is connected in series with the circuit in which the current is to be measured. An ammeter usually has low resistance so that it does not cause a significant voltage drop in the circuit being measured. Instruments used to measure smaller currents, in the milliampere or microampere range, are designated as milliammeters or microammeters. Early ammeters were laboratory instruments that relied on the Earth's magnetic field for operation. By the late 19th century, improved instruments were designed which could be mounted in any position and allowed accurate measurements in electric power systems. It is generally represented by letter 'A' in a circuit.
Тарих
Электр тогы, магниттік өрістер және физикалық күштер арасындағы байланысты алғаш рет 1820 жылы Ханс Кристиан Эрстед байқаған. Ол көршілес сымнан ток өткенде компастың мұңы солтүстікке бағытталудан ауытқып кететінін көрді. Осы эффектті пайдаланып токтарды өлшеу үшін тангенттік гальванометр қолданылды, онда көрсеткішті бастапқы нөлдік күйге қайтарушы күшті Жердің магниттік өрісі қамтамасыз етті. Бұл құралдарды Жердің өрісімен дәл бағытталғанда ғана пайдалануға болатын. Құралдың сезімталдығын арттыру үшін сымды қосымша орау арқылы эффект күшейтілді – мұндай құралдар «көбейткіштер» деп аталды. «Реоскоп» деген сөзді электр тогын анықтау құралы ретінде 1840 жылы сэр Чарльз Уитстон қолданған, бірақ қазір электр аспаптарын сипаттау үшін қолданылмайды. Сөз құрамы «реостат» сөзімен (сонымен қатар Уитстон жасаған) ұқсас, ол тізбектегі токты реттеуге арналған құрылғы. Реостат – өзгермелі кедергіні білдіретін тарихи термин, бірақ реоскоптан айырмасы, ол әлі де кездесуі мүмкін.
Түрлері
Кейбір аспаптар панельдік өлшегіштер, олар қандай да бір басқару тақтасына орнату үшін жасалған. Мұндай аспаптардың жазық, көлденең немесе тік түрі жиекті өлшегіш деп аталады.
Қозғалтқыш катушка
Д'Арсонвал гальванометрі – қозғалмалы катушкалы амперметр. Ол магниттік бұрылыс принципін пайдаланады, онда тұрақты магниттің магнит өрісіне орналастырылған катушка арқылы ток өткен кезде катушка қозғалады. Бұл құралдың қазіргі түрін Эдвард Уэстон жасаған, ал қалпына келтіру күшін қамтамасыз ету үшін екі спиральді серіппе қолданылады. Темір өзек пен тұрақты магнит полюстері арасындағы біркелкі ауа саңылауы, өлшегіштің бұрылысын токқа тура пропорционалды етеді. Бұл өлшегіштерде сызықтық шкалалар болады. Негізгі өлшегіш қозғалыстары шамамен 25 микроамперден 10 миллиамперге дейінгі токтар үшін толық масштабты бұрылысқа ие болады. Бұл типтегі өлшегіш тікелей және кезектесетін токқа да жауап береді (тек тікелей токпен жұмыс істейтін қозғалмалы катушкалы амперметрден өзгеше). Темір элементіне көрсеткішке бекітілген жылжымалы пластина және катушкамен қоршалған бекітілген пластина кіреді. Кезектесетін немесе тікелей ток катушка арқылы өтіп, екі пластинада магнит өрісін тудырғанда, пластиналар бір-бірін итеріп, жылжымалы пластина жіңішке спиральді серіппелердің қалпына келтіру күшіне қарсы бұрылады. Олар сондай-ақ қолданылатын айнымалы ток үшін нақты RMS шамасын өлшейді.
Цифрлық
Аналогты амперметр көптеген басқа метрлердің, оның ішінде вольтметрлердің негізін құрғандай, цифрлық метрдің негізгі механизмі – цифрлық вольтметр механизмі болып табылады, ал басқа метр түрлері осы механизмге негізделеді. Цифрлық амперметрлердің конструкциялары ағып жатқан токқа пропорционалды калибрленген кернеуді жасау үшін шунт кедергісін пайдаланады. Бұл кернеу аналогты-цифрлық түрлендіргіш (ADC) арқылы цифрлық вольтметрмен өлшенеді; сандық дисплей шунт арқылы өтетін токты көрсету үшін калибрленеді. Мұндай құралдар көбінесе тек синустық толқын үшін RMS шамасын көрсетуге калибрленеді, бірақ көптеген конструкциялар толқынның қары факторының шектеулері ішінде нақты RMS шамасын көрсете алады.
Интеграциялау
Сонымен қатар, интеграцияланған амперметрлер деп аталатын бірнеше құрылғы бар. Бұл амперметрлерде ток уақыт бойынша жинақталады, нәтижесінде ток пен уақыттың көбейтіндісі шығады; бұл көрсеткіш сол ток арқылы өткен электр зарядының мөлшеріне пропорционалды. Оларды энергияны өлшеу үшін (энергияны алу үшін зарядты кернеумен көбейту қажет) немесе батареяның немесе конденсатордың зарядын анықтау үшін қолдануға болады.
Пикоамметр
Пикоамметр немесе пикоамметр өте төмен электр тогын өлшеуге арналған, әдетте пикоампер диапазонынан бастап миллиампер диапазонына дейін. Пикоамметрлер басқа құрылғылардың, мысалы мультиметрлердің сезімталдық шегінен төмен ток өлшенген кезде қолданылады. Көптеген пикоамметрлер "виртуалды қысқа" әдісін пайдаланады және бірнеше ондық разрядты өлшеу үшін ауыстырылатын бірнеше өлшеу диапазондарына ие. Ал кейбір заманауи пикоамметрлер логарифмдік сығылу және "ток сіңіру" әдісін қолданады, бұл диапазонды ауыстыруды және оған байланысты кернеудің өсуін болдырмайды. Өлшеулерді бұрмалауы мүмкін ағып кету тогын азайту үшін арнайы конструкциялық және пайдалану ерекшеліктерін сақтау қажет, мысалы арнайы изоляторлар мен басқарылатын экрандар қолдану керек. Зондты қосылымдар үшін көбінесе үш өтімді кабель қолданылады.
Қолдану
Амперметрлер өлшенетін тізбекпен қатар қосылуы керек. Шамалы токтар үшін (бірнеше амперге дейін) амперметр тізбектің барлық тогын өткізе алады. Үлкен тұрақты ток үшін, шунт резисторы тізбектің басым бөлігін өткізеді, ал токтың шағын, дәл белгілі үлесі амперметрдің илемдемесі арқылы өтеді. Көкейкес ток тізбектері үшін ток трансформаторы құралды басқаруға ыңғайлы шағын ток беру үшін қолданылуы мүмкін, мысалы 1 немесе 5 ампер, ал өлшенетін бастапқы ток әлдеқайда үлкен (мыңдаған амперге дейін). Шунт немесе ток трансформаторын пайдалану сондай-ақ, бақылау нүктесіне дейін ауыр тізбек өткізгіштерін жүргізу қажеттілігін жоққа шығаратын, көрсеткіш амперметрді ыңғайлы орналастыруға мүмкіндік береді. Көкейкес ток жағдайында ток трансформаторы амперметрді бастапқы тізбектің жоғары кернеуінен оқшаулайды. Шунт тұрақты ток амперметрін оқшауламайды, бірақ жоғары кернеулер қолданылған жағдайда амперметрді тізбектің «қайтару» жағына орналастыруға болады, ол жерге қатысты төмен потенциалда болуы мүмкін. Амперметрлерді кернеу көзіне тікелей қосуға болмайды, өйткені олардың ішкі кедергісі өте төмен және артық ток ағып кетеді. Амперметрлер терминалдарындағы төмен кернеулік түсуге арналған, бір вольттан кем; амперметр тудыратын қосымша тізбек шығындары өлшенген тізбектегі оның «жүктемесі» деп аталады. Құрамындағы серіппелер мен катушкалар шектеулі токтарды ғана өткізе алатындықтан, әдеттегі Уэстон типіндегі илемдемелер көбінесе миллиамперлерді ғана өлшеуі мүмкін. Үлкен токтарды өлшеу үшін, шунт деп аталатын резистор амперметрмен параллель қосылады. Шунттардың кедергісі бүтін саннан бөлшек миллиомға дейінгі диапазонда болады. Токтың барлық бөлігі дерлік шунт арқылы өтеді, ал тек шағын бөлігі амперметр арқылы өтеді. Бұл амперметрге үлкен токтарды өлшеуге мүмкіндік береді. Дәстүрлі түрде, шунтпен қолданылатын амперметрдің толық масштабтағы бұрылуы (FSD) 50 мВ құрайды, сондықтан шунттар толық номиналды токпен жүретін кезде 50 мВ кернеулік түсуді қамтамасыз ету үшін жасалған. Көп диапазонды амперметр жасау үшін, селекторлық қосқыш амперметрдегі бірнеше шунттардың біреуін қосу үшін пайдаланылуы мүмкін. Диапазонды ауыстырған кезде амперметр илемдемесі арқылы токтың күрт өсуіне жол бермеу үшін, ол қосқаннан кейін ғана үзілуі керек. Жақсырақ шешім - Уильям Э. Айртон тапқан Айртон шунты немесе әмбебап шунт, ол қосқаннан кейін үзілуді қажет етпейді. Бұл сондай-ақ контактілік кедергіге байланысты қателерді болдырмайды. Суретте, мысалы, 50 мВ толық масштабтағы кернеуі бар және 10 мА, 100 мА және 1 А қажетті ток диапазондары бар илемдеме болғанда, кедергілердің мәндері: R1 = 4,5 Ом, R2 = 0,45 Ом, R3 = 0,05 Ом. Егер илемдеме кедергісі 1000 Ом болса, мысалы, R1 4,525 Ом-ға реттелуі керек. Қосқыштармен жабдықталған шунттар 10 амперден жоғары токтар үшін сирек қолданылады. Нөлдік орталық амперметрлері екі полярлы ток өлшеуді қажет ететін қолданыстар үшін қолданылады, олар ғылыми және өнеркәсіптік жабдықтарда жиі кездеседі. Нөлдік орталық амперметрлері сондай-ақ аккумулятормен қатар қосылады. Бұл жағдайда аккумулятордың зарядталуы илемдемені шкаланың бір жағына (әдетте оң жағына) бұрады, ал аккумулятордың разрядталуы илемдемені шкаланың екінші жағына бұрады. Автомобильдер мен жүк көліктеріндегі жоғары токтарды сынау үшін нөлдік орталық амперметрдің арнайы түрінде илемдемені жылжытатын айналмалы бар магнит және ток болмағанда илемдемені орталықта ұстау үшін бекітілген бар магнит болады. Өлшенетін ток өткізетін сымның айналасындағы магнит өрісі жылжымалы магнитті бұрады. Амперметр шунтының кедергісі өте төмен болғандықтан, амперметрді кернеу көзіне қателікпен параллель қосу қысқа тұйықталуға, ең жақсы жағдайда сақтандырғыштың үзілуіне, аспап пен сымдардың зақымдануына және бақылаушының жарақаттануына әкелуі мүмкін. Көкейкес ток тізбектерінде ток трансформаторы негізгі тізбектегі үлкен токты амперметрге қолайлырақ кішірек токқа түрлендіру үшін қолданылуы мүмкін. Кейбір трансформаторлар конструкциялары өткізгіштің айналасындағы магнит өрісін тікелей шағын көкейкес токқа, әдетте толық номиналды токқа 1 А немесе 5 А дейін түрлендіре алады, оны амперметр оңай оқи алады. Сол сияқты, дәл көкейкес/тұрақты ток тізбексіз амперметрлер Холл эффекті магнит өрісі сенсорларын пайдалана отырып жасалды. Өнеркәсіптік және коммерциялық электр жабдықтарын күтіп-ұстау үшін қолданылатын портативті, қолмен ұсталатын қысқыш амперметр ток өлшеу үшін сымға уақытша бекітіледі. Кейбір жаңа түрлерінде өткізгіштің екі жағына орналастырылған магниттік жұмсақ зондтардың жұбы бар.