Измерение силы тока амперметром и его схема включения

Если через проводник течет ток, то он описывается такой величиной, как «сила тока». Сила тока в физическом понимании это количество электронов, проходящие через поперечное сечение проводника за единицу времени. Прибором для измерения силы тока является амперметр или мультиметр в режиме амперметра.


Единицей измерения силы тока считается «Ампер», он получил такое название в честь известного физика Андре Ампера. Сила тока в проводнике равная один ампер эквивалентна проходящему заряд в один кулон за единицу времени. Или все свободные электроны прошедшие за одну секунду через поперечное сечение проводника в сумме эквивалентны заряду в один Кулон . Так как заряд одного электрона равен 1.6×10-19 , то можно легко вычислить, сколько свободных электронов в одном Кулоне.


Амперметр – это измерительное устройство предназначенное для измерения силы тока в цепи с протекающим током . Любой амперметр предназначен для измерения токов фиксированной величины.

Кроме амперметра, бывают измерительные приборы заточенные под измерение силы тока меньших номиналов, их называю миллиамперметрами и микроамперметрами. Так же, как и вольтметры, современные амперметры бывают цифровыми и стрелочными.

На принципиальных схемах амперметры обозначаются кружком и буквой внутри: А (амперметр), мА (миллиамперметр) и мкА (микроамперметр). Рядом с условным обозначением прибора указывается его порядковый номер в схеме и буквенное обозначение «PА». Например. Если таких приборов в схеме будет два или более, то около первого пишут «PА1», а у второго «PА2» и т.п.



Схема включения амперметра

Для измерения силы тока амперметр включается непосредственно в схему последовательно с нагрузкой, то есть в разрыв цепи. Таким образом, на весь период времени измерения амперметр является еще одним элементом схемы, через который следует ток, но при этом, в работу схему амперметр никакого влияния не оказывает. На рисунке ниже показана схема включения миллиамперметра в питающую цепь лампы накаливания.

Включение амперметра в электрическую цепь

Не забывайте, что амперметры бывают на разные диапазоны измерений, и если при измерении выбрать меньший диапазон по отношению к измеряемой величине, то амперметр может и перегореть. Допустим, у миллиамперметра диапазон измерений 0-300 мА, значит, силу тока следует измерять только в этих пределах, так как при измерении значений свыше 300 мА прибор выйдет из строя.

Главное всегда помнить, что Амперметр включается в схему последовательно и всегда в разрыв цепи. Если требуется измерить силу больше максимального измеряемого уровня амперметра, то необходимо использовать схему включения амперметра через шунт или токовый трансформатор.

Измерение силы тока с помощью амперметра

Измерение силы тока мультиметром видео руководство

Упрощенная схема для измерения силы тока выглядит вот так:

Из схемы хорошо видно, что это измерительное устройство мы должны подсоединять последовательно нагрузке, в разрыв цепи. Итак перейдем к практике, в первом примере нам требуется измерить силу постоянного тока до 200 мА, поэтому нужно поставить щупы такого мультиметра в определенные клеммы и переключить его в нужный диапазон

измерение постоянного тока мультиметром

Для измерения силу тока (постоянного или переменного) в диапазоне до 20 Ампер, необходимо не только переставить щуп в другую клемму мультиметра, но и переключатель переводится на диапазон «10А»

Измерение тока больших номиналов

И еще совет. Возьмите за правило при измерение силы тока: когда закончите работать на пределе «10А» сразу же переставляйте плюсовой (красного цвета) щуп на свое основное место. Этим вы сбережете нервы себе и сохраните в рабочем состоянии щупы или мультиметр.

Никогда не подключайте этот прибор в розетку без нагрузки! Тем самым вы просто угробите его. Как уже сказано, амперметр обладает очень малым входным сопротивлением.
При измерении силы тока будьте осторожны и не касайтесь оголенных проводов и открытых частей измерительных щупов. Это защитит от электрического удара током.

Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать об теории и практики измерения тока мультиметром. Главное всегда помните, что при измерении напряжения вольтметр следует подключать параллельно нагрузке или источнику питания, а при измерении силы тока амперметр включается в разрыв электрической цепи и через него идет ток.

Виды амперметров

Аналоговые или стрелочные амперметры (смотри рисунок ниже). Они обладают магнитоэлектрической системой, состоящей из катушки с тонкой проволокой, которая перемещается между полюсами постоянного магнита. Как только через катушку потечет ток, она переместиться под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна протекающему току. Повороту катушки оказывает сопротивление специальная пружина с упругим моментом пропорциональным углу закручивания. При равновесии эти моменты равны, а стрелка покажет значение, пропорциональное идущему через нее току. Для увеличения пределов измерения, параллельно амперметру подключают шунтирующий резистор заданной величины, рассчитанной заранее по определенным формулам.

Любой амперметр при измерениях должен быть включен в разрыв цепи, поэтому его внутреннее сопротивление протекающему току минимально. Поэтому, сопротивление между его измерительными щупами должно быть очень низким. Иначе, для схемы амперметр будет аналогичен сопротивлению. А чем оно выше, тем меньший ток через него следует. Но не стоит заморачиваться, ведь любая измерительная техника разрабатывается с учетом этих и некоторых других особенностей.

Плюсами аналоговых амперметров: им не требуется отдельное питание для выдачи показаний, так как они используют ток замеряемой цепи, они достаточно удобны при выводе информации. На многих моделях присутствует подстроечный винт корректировки для повышения точности измерения. Но без недостатков тоже не обходится, во первых большая инертность, то есть для отклонения стрелки требуется какое-то время. Хоть он почти и незаметен, но он все-таки имеет место быть.

Цифровые амперметры состоят из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует протекающий ток в цифровые коды, который потом выводяться на ЖК-экране.

Цифровые амперметры лишены инертности свойственной аналоговым приборам, и выдача результатов зависит только от частоты процессора. В дорогих цифровых приборах он может выдать до 1000 и выше результатов измерений в секунду. Кроме того цифровые приборы изготавливаются меньших размеров, что очень критично в современной технике. Минусы тоже конечно присутствуют – им необходим автономный источник питания, обычно это батарейка.

Амперметры различают для измерения постоянного и переменного тока. Если у вас вдруг нет прибора, для фиксации результатов переменного тока можно использовать схему стандартного выпрямителя и амперметр постоянного тока, а еще лучше приобрести мультиметр.

Схема самодельного амперметра на Arduino

Как и любой измерительный прибор, амперметр можно сделать свои руками, не веришь смотри это прикольное видео, которое поможет вам измерить силу тока, если вы окажитесь попаданцем в глубоком прошлом или отсталом параллельном мире.

Радиолюбители Ардуинщики могут собрать более точную в измерительном плане схему амперметра и на типовой плате Arduino:

Предлагаю для повторения простенький проект амперметра, который способен измерять неизвестное текущее значение постоянного тока. При этом его величина отображается на LCD-дисплее 16×2.

Для самоделки была использована плата Arduino pro mini. Концепция работы схемы, состоит в применении АЦП для считывания напряжение, которое в последствии делится на значение сопротивления резистора, через который протекает ток, чтобы получить искомую величину. Резистор в данном случае представляет собой обычный шунт, т.к включен в схему так, чтобы через него протекал ток в схеме, а измерительными выводами он подключается параллельно плате Ардуино для считывания напряжения. На каждом терминале, подсоединенном к определенной линии АЦП,имеется напряжение в интервале от 0 до 5 В, и разность напряжений этих двух терминалов и будет пропорциональна токовому значению, идущему через шунт. Схема подключения шунта показана на рисунке ниже.

В соответствии с законом Ома ток вычислить очень просто:

I = (V2 – V1) / R

В данном самодельном амперметре надо правильно выбрать сопротивления шунта Амперметра. Оно должно быть таким, чтобы не оказывать сильного влияния на работу нагрузки. Использование высокого номинала сопротивления приведет к тому, что падение напряжения на резисторе будет слишком высоким, что не обеспечит нагрузку достаточным токовым уровнем. Использование же слишком малого значения сопротивления не позволит АЦП правильно считать. Для выбора шунта можно использовать упрощенное правило: R > Vр / I. Где Vр пнапряжение разрешения АЦП, то есть минимальное напряжение, которое способен различить аналогово-цифровой преобразователь. В нашем случае оно составляет 4.88 мВ. Тогда, например, если минимальное значение для измерения составляет 0.5 мА, то получим: R > 4.88 мВ / 0.5 мА > 9.76. Поэтому шунт амперметра на ардуино будет сопротивлением 10 Ом.

Схема амперметра на Arduino показана ниже.

Код программы (скетч) можно посмотреть тут: