آمپرمتر

آمپرمتر یک ابزار اندازه‌گیری است که برای پیدا کردن قدرت جریان در اطراف یک مدار الکتریکی به کار می‌رود.

البته زمانی که متصل به بخشی از مدار اندازه‌گیری شده باشد.

ما در آخرین آموزش خود مشاهده کردیم که یک گالوانومتر سنجش مغناطیسی دائمی (PMMC) نوعی ابزار است که در آن سیم پیچ حامل جریان در یک میدان مغناطیسی دائمی قرار می گیرد.

هنگامی که جریان الکتریکی (I) از سیم پیچ عبور می کند ، میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده در اطراف آن در برابر میدان مغناطیسی دائمی واکنش نشان می دهد و یک گشتاور انحرافی ایجاد می کند که باعث حرکت آن می شود.

یک نشانگر یا سوزن متصل به سیم پیچ مقدار انحراف را نشان می دهد ، (Φ).

ما همچنین یاد‌گرفتیم که‌متر سیم پیچ متحرک‌آهنربا دائمی‌را می‌توان با‌کمک مقاومت‌های چند‌برابر شده سری به ولت متر DC موثر تبدیل‌کرد.

اما ما همچنین می توانیم از متر PMMC برای اندازه گیری جریان الکتریکی با اتصال مقاومت ها به موازات متر و نه به صورت سری استفاده کنیم و این اساس آمپرمترها است.

آمپر چیست؟

همانطور که از نام آن پیداست ، آمپرمتر ابزاری است که برای اندازه گیری جریان الکتریکی (I) استفاده می شود و نام خود را از این واقعیت گرفته است که واحد اندازه گیری “آمپر” یا دقیق تر “آمپر” است.

اما برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی‌، باید یک آمپرمتر متصل شود تا کل جریان مورد نظر بتواند از آن عبور کند.

به عبارت دیگر ، آمپرمتر باید همیشه به صورت سری به مدار یا قطعه اندازه گیری شده متصل شود.

اما در اینجا مشکل نهفته است.

همانطور که در آموزش قبلی در مورد ولتمترها دیدیم‌، انحراف در مقیاس کامل‌(FSD) از یک متر استاندارد PMMC بسیار‌کوچک است.

بنابراین آنها می‌توانند فقط جریان‌های کوچک‌،‌0 به IFSD را که در میکرو‌آمپر (uA) یا میلی متر ارائه می‌شود‌، حمل کنند.

آمپر (میلی آمپر) عمدتا به‌دلیل اندازه کوچک سیم است که در سیم پیچ های سیم پیچ متحرک PMMC استفاده می‌شود.

تصویر مربوط به متن بالا:

اگر بخواهیم یک جریان مدار بزرگتر از این را اندازه بگیریم یا تا 10 آمپر بالا برود یک جریان بسیار بالاتر ، نشانگر متر را از حداکثر انحراف FSD خود خارج می کند که به طور بالقوه می تواند بیش از حد گرم شود یا سیم پیچ ها را آسیب برساند.

بنابراین چگونه می‌توانیم از متر استاندارد PMMC برای اندازه‌گیری جریان‌های بزرگتر از آنهایی که برای FSD اندازه‌گیری شده‌اند‌، استفاده کنیم.

برای اندازه گیری جریان مدار ، گالوانومتر باید به صورت سری متصل شود ، و از آنجا که مقاومت بسیار زیادی در برابر سیم پیچ دارد ، RG بر روی مقدار جریان اندازه گیری شده تأثیر می گذارد.

هنگام استفاده از متر PMMC به عنوان آمپرمتر‌،‌دامنه اندازه‌گیری آن می‌تواند با کمک “مقاومت در برابر شنت” متصل‌شده بیشتر شود.

بنابراین به او اجازه می دهد تا جریانهای DC را چندین برابر بیشتر از میزان جریان انحراف در مقیاس کامل عادی خود اندازه گیری کند فقط یک کسری از جریان کل از طریق متر عبور می کند.

مقاومت شنت آمپرمتر

حساسیت جریان آمپرمتر با توجه به مقدار‌جریان الکتریکی مورد‌نیاز سیم پیچ متر برای تولید حرکت‌FSD مورد نیاز اشاره‌گر تعیین می‌شود.

مقداری که سیم پیچ حرکت می کند ، “انحراف” نامیده می شود.

(Φ) متناسب با قدرت جریان عبوری از سیم پیچ مورد نیاز برای تولید میدان مغناطیسی مورد نیاز برای منحرف کردن سوزن به مقدار ، در درجه (یا رادیان) در هر آمپر ، o / A (یا rad / A).

بنابراین هرچه مقدار جریان مورد نیاز برای تولید انحراف مورد نیاز کمتر باشد ، حساسیت کنتور بیشتر می شود.

سپس نشانگر یک آمپرمتر در پاسخ به یک جریان حرکت می کند.

بنابراین اگر حرکت متر برای‌انحراف‌در‌مقیاس کامل‌فقط به‌100uA‌نیاز داشته‌باشد‌، حساسیت‌بیشتری نسبت به‌حرکت متر دارد که برای FSD آن به 1mA نیاز‌دارد.

با اتصال مقاومت‌های شنت خارجی به موازات متر و نه به‌صورت سری مانند ولتمتر‌، می‌توان دامنه قابل‌استفاده حرکت را افزایش‌داد.

این بدان دلیل است که مقاومتهای متصل به موازات شبکه های تقسیم کننده جریان را تشکیل می دهند که همانطور که از نام آنها پیداست ، جریان اندازه گیری شده را بر روی مقداری که با توجه به مقدار مقاومت آنها تعیین می شود ، تقسیم می کنند.

مدار آمپرمتر

در‌اینجا شنت با مقاومت‌کم با پایانه‌های متر PMMC به صورت موازی‌(شنت) متصل شده و برای حمل اکثر‌جریان مدار طراحی شده‌است.

به طوری که فقط قسمت کوچکی از آن از طریق سیم پیچ زخم کنتور عبور می کند.

بنابراین یک مقاومت شنت دامنه آمپرمتر را با جریان متر افزایش می دهد.

IG متناسب با جریان مدار کل است که ولتاژ مورد نیاز متر را برای انحراف در مقیاس کامل تولید می‌کند.

بیایید فرض‌کنیم که ما می‌خواهیم برای اندازه‌گیری جریان مدار تا 1.0 آمپر از یک گالوانومتر 100uA ، 200Ω استفاده کنیم.

واضح است که ما فقط نمی توانیم کنتور را مستقیماً اندازه گیری کنیم تا یک آمپر را اندازه بگیریم.

اما با استفاده از قانون اهم می توان مقدار مقاومت شنت را محاسبه کرد.

RS مورد نیاز که یک حرکت متر در مقیاس کامل و ولتاژ IG x RG مربوط به آن را هنگام استفاده برای جریان مدار را تا یک آمپر اندازه گیری کنید.

بنابراین اگر جریانی که گالوانومتر برای آن انحراف در‌مقیاس کامل ایجاد می‌کند‌،‌100uA باشد‌، مقاومت RS مورد نیاز‌، 0.02Ω محاسبه می‌شود.

برای افت ولتاژ 20 میلی ولت (V = I * R = 100μA x 200Ω) ، 100uA از طریق متر PMMC و 999.9mA از طریق مقاومت شنت با مقاومت کم جریان می یابد.

بنابراین ، تقریباً تمام جریان مدار (IT) از طریق مقاومت شنت عبور می کند و فقط بخش کوچکی از جریان مورد نیاز برای FSD که از سیم پیچ متحرک عبور می کند.

در‌نتیجه گالوانومتر را به آمپرمتر تبدیل می‌کند‌،‌فقط با اتصال یک مقاومت کافی کوچک به‌موازات آن همانطور که نشان داده شده‌است.

مقاومت شنت آمپرمتر

توجه داشته باشید که این مقاومت در برابر شنت ، RS همیشه پایین تر از مقاومت داخلی سیم پیچ ، RG است تا جریان مدار را از پیچ های سیم پیچ دور کند.

سپس ترکیب حرکت کنتور با این مقاومت در‌برابر شنت‌خارجی اساس یک‌آمپرمتر آنالوگ ساده‌را بدون‌توجه به‌FSD برای یک متر خاص تشکیل‌می‌دهد.

به عنوان مثال:

از همان گالوانومتر می توان برای اندازه گیری جریانهای 0 تا 1 آمپر ، 0 تا 5 آمپر ، یا 0 تا 10 آمپر و … فقط با استفاده از مقادیر مختلف مقاومت شنت با همان حرکت متر و اصلاح مقیاس متر بر اساس آن استفاده کرد.

مثال شماره یک آمپرمتر

یک گالوانومتر دارای مقاومت سیم پیچ متحرک‌داخلی 100Ω است و انحراف در‌مقیاس کامل را برای 3 میلی آمپر فراهم می‌کند.

مقدار‌مقاومت شنت مورد نیاز برای تبدیل متر PMMC به آمپرمتر DC با دامنه 0 تا 5 آمپر را محاسبه کنید.

Data given: R_G = 100Ω, I_G = 3mA and I_T(max) = 5 Amperes

بنابراین برای اندازه گیری حداکثر مقاومت جریان 5 آمپر ، مقاومت 0.06Ω یا 60 میلی اهم (60mΩ) مورد نیاز است.

مثال شماره دو آمپرمتر

یک متر PMMC دارای مقاومت سیم پیچ 200Ω و مقیاس اشاره گر خطی است که با 25 تقسیم مشخص شده‌است.

اگر یک متر دارای حساسیت 4 میلی‌آمپر در هر تقسیم است‌،‌مقاومت شنت مورد‌نیاز برای اندازه‌گیری حداکثر‌جریان 20 آمپر را محاسبه‌کنید.

اگر

4mA = 1 Division

وقتی که

25 Divisions = 25*4mA = 100mA

یا

0.1 ampere. Thus the PMMC meter has a FSD of 100mA.

پس امیدواریم که ببینیم مقاومت کل داده شده توسط آمپرمتر تقریباً برابر با مقدار مقاومت شنت متصل RS است و با افزایش جریان مدار اندازه گیری شده ، به وضوح کوچکتر می شود.

بنابراین اثر بارگیری آمپرمتر هنگام اتصال سری به جز component مدار که جریان آن‌باید اندازه‌گیری شود ، بسیار کاهش می‌یابد.

در حالت ایده آل ، مقاومت کل آمپرمتر صفر خواهد بود.

از آنجا که مقاومتهای شنتی که برای آمپرمترها استفاده می شوند دارای مقادیر مقاومتی بسیار کمی هستند ، معمولاً آنها باید از سیم با قطر نسبتاً بزرگ یا قطعات جامد میله مسی ساخته شوند.

شنت های جریان بالا معمولاً به‌عنوان میله‌های مس کالیبره شده برای تولید افت‌ولتاژ خاصی در میلی‌ولت (میلی ولت) فروخته می‌شوند.

اندازه گیری جریان

همانطور که قبلاً در آموزش ولتمترها مشاهده کردیم ، ابزارهای اندازه گیری که از گالوانومتر استفاده می کنند.

می توانند با افزودن دامنه مناسب مقاومت و کلید انتخابی ، به مترهای چند برد تبدیل شوند.

آمپرمتر dc ساده ما را می توان با داشتن تعدادی مقاومت شنت، هر یک برای یک محدوده جریان خاص که می‌تواند یک – یک توسط یک سوییچ چند قطبی یا ۵ – موقعیت انتخاب شود که به ammeter اجازه می‌دهد تا گستره وسیعی از جریان‌های را با یک حرکت واحد اندازه‌گیری کند، گسترش یابد.

این نوع از پیکربندی آمپرمتر چند رده یا چند رنج نامیده می‌شود.

پیکربندی آمپرمتر چند دامنه مستقیم

در این پیکربندی آمپرمتر هر‌مقاومت شنت‌،‌RS آمپرمتر چند‌ردیف مانند قبل به‌طور موازی (شنت) با متر‌متصل می‌شود تا‌دامنه آمپر‌مورد‌نظر را بدست‌آورد.

بنابراین اگر فرض کنیم 100uA FSD متر ما از بالا برای اندازه گیری دامنه های فعلی 1mA ، 10mA ، 100mA و 1A مورد نیاز باشد ، مقاومت های شنت مورد نیاز همانند قبل محاسبه می شوند:

دادن یک مدار آمپرمتر چند برد مستقیم:

در حالی که این پیکربندی مستقیم‌ولت متر کارساز است‌،‌اما یکی‌از مهمترین مشکلات طراحی آن مربوط به‌نوع سوئیچ انتخابگر چند موقعیت‌است.

اکثر کلیدها عملکرد “شکست قبل از ساخت” (BM) دارند ، این بدان معناست که وقتی سوئیچ از یک موقعیت به موقعیت دیگر چرخانده می شود تا جریان متفاوتی را بخواند ، در یک لحظه کوچک از زمان قطع شدن مقاومت شنت از کنتور بنابراین تمام جریان مدار اندازه گیری شده از طریق سیم پیچ متحرک کنتور که ممکن است به آن آسیب برساند یا آسیب نرساند ، منحرف می شود.

یک‌روش برای غلبه بر‌این مساله،‌استفاده از‌سوییچ عمل‌”قبل از شکستن” (M – B)یا پیکربندی اتصال مقاومت‌های شنت در چنین حالتی است.

که وقتی سوئیچ انتخابگر فرکانس چرخش پیدا کند،‌هنوز هم به مدار متصل می‌ماند،‌در نتیجه از حرکت ظریف متر محافظت می‌کند.

یک راه برای دستیابی به این هدف، استفاده از روش غیر مستقیم DC است.

پیکربندی آمپرمتر چند برد غیرمستقیم

یک طراحی عملی تر ، پیکربندی آمپرمتر غیرمستقیم است که در آن یک یا چند مقاومت شنت به طور سری در طول متر به هم متصل می شوند تا دامنه جریان مورد نظر را بدست آورند.

در اینجا مزیت این است که علاوه بر استفاده از مقادیر استاندارد ترجیحی برای مقاومتهای شنت ، در هر زمان حرکت ظریف متر با یک مقدار مقاومت برطرف می شود.

بنابراین اگر‌دوباره فرکانس 50 میلی‌ولت FSD خود و دامنه‌جریان 1 میلی‌آمپر‌،‌10 میلی آمپر‌،‌100 میلی آمپر و 1 آمپر را مثل قبل فرض‌کنیم‌،

مقادیر مقاومت مورد نیاز مجدداً محاسبه می شوند:

دادن مدار آمپرمتر چند برد غیرمستقیم از:

سپس در‌اینجا در این پیکربندی آمپرمتر آنالوگ 5 موقعیتی غیرمستقیم مشاهده کرده‌ایم که هرچه جریان اندازه‌گیری بالاتری داشته‌باشد‌،

مقدار مقاومت شنت که توسط سوئیچ انتخاب می شود کمتر است.

مقاومت کل متصل شده به موازات متر PMMC مجموع مقاومتها خواهد بود.

به عنوان RTOTAL = RS1 + RS2 + RS3 + RS4. بدیهی است در حالی که این دو مدار ، پیکربندی آمپرمتر مستقیم و غیرمستقیم هر دو قادر به خواندن مقاومتهای یکسان هستند

تنظیمات آمپرمتر غیر مستقیم ترجیح داده می شود زیرا در هنگام چرخش سوئیچ انتخابگر ، از متر PMMC محافظت می کند.

مزیت آمپرمترهای آنالوگ

آمپرمترهای آنالوگ قرائت سریع و دقیقی از آمپرهای جریان یافته در اطراف مدار را دارند.

می‌توان از همان حرکت گالوانومتر برای نمایش طیف وسیعی از مقاومت جریان به سادگی با تغییر مقدار مقاومت شنت استفاده‌کرد.

آمپرمترهای مرکز صفر برای نشان‌دادن جهت‌جریان جریان در‌دسترس و مفید هستند‌،‌یعنی آنها می‌توانند جریان مثبت یا منفی را نشان دهند.

انتخاب مقادیر مقاومت شنت در نهایت به FSD گالوانومتری که به عنوان آمپرمتر استفاده می شود و همچنین مقادیر فعلی اندازه گیری می شود که آیا مقیاس متر در آمپر ، میلی آمپر یا میکرو آمپر کالیبره می شود.

اما اگر بخواهیم 10 یا حتی 100 آمپر را اندازه بگیریم چه می شود.

خوب همان اصول اعمال می‌شود با این تفاوت‌که شنت جریان باید یک‌مقاومت بسیار کم‌ارزش باشد‌،‌معمولاً در میلی‌آمپر (mΩ) یا مقدار‌کمتر.

آمپرمترهای DC با جریان‌بالا به‌همراه شنتهای کالیبره شده برای تأمین افت‌ولتاژ لازم از‌طریق شنت جهت تأمین‌انرژی متر PMMC در دسترس‌هستند.

افت ولتاژ تا 10 میلی ولت یا 20 میلی ولت در دسترس است تا جریان دقیق DC اولیه را برای متر فراهم کند تا با خواندن مقیاس کامل به صدها آمپر نمایش داده شود.

همچنین به یاد داشته باشید که هنگام اندازه گیری مقاومت شنت آمپرمتر برای حمل مقدار زیادی جریان ، اتلاف توان I2R آن باید در نظر گرفته شود در غیر این صورت ممکن است بیش از حد گرم شوند و آسیب ببینند.

اندازه گیری جریانهای بزرگ AC نیاز به استفاده از ترانس جریان دارد.

همانطور که در آموزش خود در مورد ترانسفورماتورهای کنونی بحث کردیم.

یک آمپرمتر 5A در مقیاس کامل می‌تواند با ترانسفورماتور جریان مناسب استفاده شود و با ترانس انتخاب شده کالیبره شود.

در آموزش های بعدی با ما همراه باشید.