Ammeter

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Et amperemeter , også kendt som et amperemeter , i daglig tale som et amperemeter [1] og i engelsktalende lande kort som et amperemeter , er et måleinstrument til måling af den elektriske strømstyrke . Det tilhører området elektrisk målingsteknologi .

Under målingen den måles variabel omdannes til en visning af sin multiplum af unit ampere . Til laboratorie-, service- og markanvendelse er der flere omskiftelige måleenheder med flere måleområder , kaldet multimetre . Der er displayløse måleenheder til industrielle applikationer.

brug

Kredssymbol for et amperemeter

For at måle strømmen skal strømmen, der skal måles, strømme gennem måleindretningen. Det er derfor forbundet i serie med forbrugeren. For at gøre dette skal det være indbygget hele tiden. For at installere eller fjerne amperemeteret skal kredsløbet slukkes og frakobles: Målingen kræver en intervention i kredsløbet for at blive undersøgt og i løbet af denne tid en afbrydelse af strømmen. Hvis det er nødvendigt, kan der oprettes en "bypass" for at aflede strømmen omkring det punkt, der skal skilles.

Der er flere måder at undgå denne afbrydelse af kredsløbet:

  1. Hvis en kendt ohmsk modstand er i kredsløbet, kan du måle spændingen med et voltmeter Mål på tværs af modstanden og mål strømmen ifølge Beregn.
  2. Hvis en enkelt strømførende ledning (intet kabel med frem- og returledere) er tilgængelig, bruges en måleenhed, der registrerer magnetfeltet forårsaget af strømmen ( clip-on ammeter , Rogowski coil ).
  3. For at måle jævnstrøm (f.eks. Ved måling af transducere med et standardsignal ) er det tilladt at strømme kontinuerligt gennem en diode. Et amperemeter kan spændes parallelt med dioden til testformål. Hvis amperespændingen på amperemeteret forbliver under ca. 200 mV (dvs. sikkert under siliciumdiodens fremspænding), strømmer strømmen udelukkende gennem måleenheden.

Udførelsesformer

Digitale enheder

Digitalt multimeter, strømmåling

Digitale strømmålere er de sædvanlige måleenheder i praktisk drift og hører til inden for digital måleteknologi . I princippet er de spændingsmålere , der måler spændingsfaldet over en indbygget eller ekstern måle modstand , også kendt som en shunt , i overensstemmelse med Ohms lov . Funktionerne i det digitale ammeter, voltmeter og ohmmeter kombineres ofte til et digitalt multimeter . Den specifikke funktion vælges normalt af brugeren ved hjælp af en drejekontakt, der er knyttet til enheden.

Derudover er der designs til brug i kontrolcentre og udstyrsrum, som er permanent installeret i tavler (paneler) og fungerer som display for kontrol- og betjeningspersonale. Disse såkaldte indbyggede ammetre konfigureres en gang under samlingen med en shunt, der er egnet til måleopgaven.

Analoge enheder

Historiske spændings- og strømmålere (omkring 1920)
Indbyggede ammetre

Bevægelig spole måle mekanisme

På grund af dets lave selvforbrug, dets pålidelighed og den lave modtagelighed for interferens, bruges målemekanismen med bevægelig spole stadig i vid udstrækning til strømmåling. Den måler (positiv eller negativ) jævnstrøm og skal suppleres med parallelforbindelse af en shunt for højere strømme.

Multimeter med ikke-lineær graduering (markeret med rødt) for variable mængder

Vekselstrøm kan måles med en bevægelig-spole målemekanisme ved hjælp af en ensretter , med 1,11 gange den udbedrede værdi vist; Dette er imidlertid kun rms -værdien, når vekselstrømmen er sinusformet. På grund af fremspændingen af ​​målerets ensretters dioder kræver denne metode et større spændingsfald (internt forbrug) end ved jævnstrøm. Spændingsfaldet, som også er ikke-lineært, skal modvirkes af en ikke-lineær skalainddeling i det lavere område. Analoge multimetre med indbyggede forstærkere omgår dette problem.

Målemekanisme i bevægeligt jern

Målemekanismen til bevægeligt jern er velegnet til måling af den effektive værdi . Enhederne er dog primært designet til 50 Hertz, er også velegnede til Harmonic Rich AC -strøm og DC -strøm. Målemekanismer i bevægeligt jern kan fremstilles for meget store strømme uden at skulle bruge en shunt.

Hot wire måle mekanisme

En varm trådsmåling mekanisme anvender en tråd som strøm strømmer igennem, som opvarmer op på grund af den Joule varme og øger sin længde ifølge dens temperatur udvidelseskoefficient og driver en pointer via en vægtstangsmekanisme. Hot wire måleenheder måler rms -værdien og er velegnede til jævnstrøm og vekselstrøm, også til højfrekvens . Disse enheder er ikke blevet fremstillet i årtier.

Senderen

I industriel metrologi eller automatiseringsteknologi bruges ikke til at angive måleudstyr, men transducere såsom strømtransformatorer, der leverer et standardiseret elektrisk signal til den centrale behandling. Dette kan være et analogt standardsignal , f.eks. B. 4… 20 mA. Det kan også være et digitalt udgangssignal til transmission via en databus , som i denne sammenhæng kaldes en feltbus . Disse måleenheder med et digitalt målesignal ved udgangen kaldes så også måleomformere .

Strømmåling via magnetfeltet

Et fastspændt ammeter vurderer magnetfeltet rundt om lederen for at måle strømmen.

Udførelse som transformer

En hængslet ferrit- eller pladebeslagsbeslag danner transformatorkernen , den strømførende leder, når tangen er lukket, omfatter den primære vikling, og spolen omkring kernen danner den sekundære vikling. Lederen, der passerede igennem, har antallet af omdrejninger . Strømmen for den sekundære vikling, der er omvendt proportional med forholdet mellem antallet af omdrejninger, vises via et jern eller en bevægelig spole målemekanisme med ensretter eller via digital elektronik. Denne måler er kun egnet til måling af vekselstrøm.

Version med nuværende sensor

Enheder, der er lige velegnede til målinger af jævnstrøm og vekselstrøm, har også en hængslet kerne, men er udstyret med strømfølere . De fungerer i henhold til kompensationsprincippet ( kompensationsstrømtransformator ) eller Hall-effekten ( Hall-sensorer ) eller med magnetfeltafhængige modstande sammen med en elektronisk måletransducer .

Clip-on ammetere fremstilles som indikatorer til målinger i strømforsyningsnettet; De fås også som tilbehør til multimetre for at udvide rækkevidden eller som tilbehør til oscilloskoper til potentialefri måling af hurtigt skiftende strømkurver. De kaldes så også strømklemmer eller strømprobe .

Undertiden Clip-on amperemetre er også forsynet med en spænding input og kan måle strøm og effekt faktor udover spænding.

Måling af meget store strømme

Strømmåling med strømtransformator

Vekselstrømme kan måles ved hjælp af strømtransformatorer (specielle måletransformatorer); Ammeteret måler sin sekundære strøm (som er mindre i henhold til det nominelle forhold). Alternativt tilsluttes en modstand til den sekundære vikling, og spændingen måles på den. Ud over at måle høje strømme (fra ca. 10 A opad) bruges konvertere til potentialfrie målinger på højspændingsledninger.

Strømtransformatorer kan kun fodre en maksimal ekstern modstand (byrden), ellers vil måleresultatet være forkert, eller de vil blive overbelastet. Hvis intet er forbundet med den sekundære vikling, genererer de farlige spændinger på grund af deres strømkildekarakter . Ubrugte strømtransformatorer skal derfor altid kortsluttes på sekundærsiden.

Strømmåling med shunt

Ved store direkte strømme eller strømme med en direkte komponent bruges ofte en målemodstand, hvortil der er tilsluttet et voltmeter. Shunterne er ofte designet med en firetrådsforbindelse for at undgå måleafvigelsen på grund af forbindelsernes kontaktmodstand. Versioner, der genererer et spændingsfald på 60 mV ved den angivne maksimale strøm, er almindelige. Med en målemodstand på 1 mΩ er en tilhørende spændingsmåleapparat bekvemt mærket med 60 A frem for en måleområde slutværdi på 60 mV.

Måling af meget små strømme

Forenklet kredsløb til måling og konvertering af meget små strømme i picoampere -området

Meget små elektriske strømme i området på et par pico ampere (pA) kan ikke længere registreres direkte og konverteres til større, proportionelle strømme til måling. Som vist i det forenklede kredsløb vist her, kan dette gøres ved hjælp af en operationsforstærker . For at holde måleafvigelsen på grund af driftsforstærkerens inputstrøm lav, kræves en MOS -struktur i dens input. [2]

Hvis modstandsparet R1 / R2, som definerer måleområdet, vælges i overensstemmelse hermed, danner kredsløbet en strøm, f.eks. ved indgangen fra −1 pA til +1 pA i en proportional strøm ved udgangen af ​​operationsforstærkeren fra −500 µA til +500 µA, der vises med et tilsvarende ammeter A med en skala tilpasset det valgte indgangsområde. Følgende gælder for den viste forenkling .

Nuværende måleapparater til registrering af meget små strømme, også kendt som picoammetre , er normalt designet som uafhængige præcisionsmåleapparater og har måleområder på under 1 fA (Femtoampere). [3] [4]

Måleområdejustering, fejl på grund af internt forbrug

Enheder med målemekanisme til bevægelig spole

Målemekanismen har en måleområde slutværdi (for det meste fuld afbøjning på den tilhørende skala ) med en konstruktionsrelateret maksimal tilladt strømstyrke . Samtidig har den en intern modstand . Det betyder, at når den maksimale strøm strømmer, falder en maksimal spænding starter også ifølge Ohms lov

Forlængelse af måleområdet for et bevægeligt spoleammeter

beregnet. Hvis den maksimale strømstyrke overskrides, kan målemekanismen overbelastes. For måleapparater med et klassesymbol angives en tilladt overbelastningskapacitet ved standardisering.

For at tilpasse sig det ønskede måleområde installeres en shuntmodstand parallelt med målemekanismen skiftet, som absorberer den del af strømmen, der ikke bør strømme gennem målemekanismen. Det beregnes således, at ved den ønskede slutværdi af måleområdet beløbet gennem målemekanismen og resten flyder gennem shunten.

kan ikke kun gennem spolemodstanden fordi kobberet, der bruges til dette formål, ændrer sin modstand med temperaturen med 3,9 ... 4,5% / 10 K, hvilket også ændrer displayet afhængigt af temperaturen. For at reducere denne måleafvigelse skal der også bruges en temperaturuafhængig modstand i serie med målemekanismen: Kl temperaturens indflydelse reduceres med til en tredjedel, dvs. ca. 1,5% / 10 K; Denne værdi repræsenterer den maksimalt tilladte grænse for måleenheder i nøjagtighedsklasse 1.5.

Eksempel på måleområdejustering
Måleapparatet har en intern modstand og dens fulde skala . Det skal bruges til et måleområde på 10 mA. Derefter skal 200 µA i slutningen af ​​måleområdet passere gennem målemekanismen og = 10 mA - 0,2 mA = 9,8 mA strømmer gennem shuntmodstanden. Den maksimale spænding er = 750 Ω · 0,2 mA = 150 mV. Så ved 150 mV = 9,8 mA strømmer, dens modstandsværdi skal = 150 mV / 9,8 mA = 15,31 Ω. Den samlede modstand for parallelforbindelsen er derefter 15,00 Ω. I slutningen af ​​måleområdet på 10 mA kommer du tilbage til 150 mV.

For ammetere, der kan skiftes til flere måleområder , se under analoge multimetre .

Det faktum, at ammeteret opbygger den spænding, der kræves til målingen, fører til, at hver måling forfalsker de oprindelige forhold på måleobjektet, da den spænding, der kræves til målingen, mangler andre steder. Dette bør derfor holdes så lille som muligt, dvs. at ammeterets modstand også skal være så lille som muligt. Eksempler på denne type måleafvigelse er beskrevet under feedbackafvigelse .

Enheder med målemekanisme i bevægeligt jern

Spolen til en målemekanisme i bevægeligt jern har en betydelig induktiv komponent i den interne modstand, så det ikke er muligt at anvende en shunt til vekselstrømsmålinger. Brugen af ​​en shunt forårsager også problemer ved måling af jævnstrøm, da kobberviklingen af ​​målemekanismen har en anden temperaturkoefficient end shunten.

Målemekanismer i bevægeligt jern fremstilles derfor til forskellige måleområder op til ca. 100 A ved hjælp af forskellige antal drejninger og trådtværsnit til spolen til måleområderne.

Strømtransformatorer kan dog også bruges til at justere måleområdet for vekselstrøm. Målemekanismer i bevægeligt jern, der er tilvejebragt til dette formål, har normalt en fuld afbøjning på 5 A, hvilket svarer til strømtransformatorens nominelle udgangsstrøm. Skalaen er mærket i henhold til transformationsforholdet for den nuværende transformer, der skal tilsluttes, så den har f.eks. Slutværdien 300 A for en strømtransformator 300 A: 5 A (antal omdrejningsforhold 1: 60).

Digitale elmålere

Målemodstanden i digitale multimetre og panelmålere er normalt designet således, at dens spændingsfald i slutningen af ​​det respektive strømmåleområde svarer til det mindste spændingsmåleområde. For de fleste måleenheder er dette 200 mV. For at skifte det aktuelle måleområde skiftes en eller flere målemodstande uden afbrydelse ad flere serieforbundne shunter.

Digitale måleenheder har ofte et lavere internt forbrug end måleudstyr til bevægelige spoler, og det betyder, at feedbackafvigelsen (fejl i kredsløbspåvirkning) er lavere. Dette gælder dog ikke for jævnstrømsmåling, fordi den bruges med bevægelige spoleindretninger (den spænding, der kræves for fuld afbøjning) er næsten altid mindre end 200 mV.

Eksempel på feedbackafvigelse
Strømmen fra et brænderbatteri med 1,2 V måles ved slutningen af ​​måleområdet. Fordi der falder 0,2 V på det digitale ammeter, er der kun 1,0 V. på forbrugeren. I forholdet mellem spændingerne 1,0 / 1,2 = 83%falder strømmen med en ohmsk forbruger ; det måles med en relativ måleafvigelse på −17%.

Weblinks

Commons : Ammeter - samling af billeder, videoer og lydfiler
Wiktionary: Ammeter - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle referencer, fodnoter

  1. ^ Begrebet ammeter er blevet erstattet i standardiseringen, da ampere bruges til at beskrive enheden og ikke den fysiske mængde, der faktisk måles.
  2. Lav inputstrøm BiMOS operationsforstærker CA3420 - datablad. Hentet 11. juni 2016 .
  3. Keithley Series 6400 picoammetre. Hentet 11. juni 2016 .
  4. Serie Femto / Picoammeters og elektrometer, Keysight. Hentet 11. juni 2016 .