Амперметр і вольтметр - це прилади, які використовуються для вимірювання електричного струму та напруги відповідно. Їхній принцип роботи ґрунтується на законах електродинаміки та електромагнетизму.
Амперметр вимірює силу електричного струму, що протікає через ланцюг. Він під'єднується послідовно до вимірюваної ділянки ланцюга, що дає змогу вимірювати силу струму, що проходить через цю ділянку. Амперметр складається з магніту і рухомої котушки. Під час проходження струму через котушку, вона створює магнітне поле, яке взаємодіє з магнітним полем постійного магніту, викликаючи поворот покажчика. Кут повороту покажчика пропорційний силі струму і дозволяє визначити його значення.
Вольтметр вимірює напругу на ділянці ланцюга. Він підключається паралельно до вимірюваної ділянки ланцюга і являє собою комбінацію резисторів і гальванометра. Вольтметр також використовує електромагнітну взаємодію для вимірювання напруги - під час проходження струму через гальванометр, його голка відхиляється в бік, пропорційний напрузі, причому це відхилення захищається резисторами, увімкненими паралельно гальванометру. Таким чином, за кутом відхилення голки можна визначити значення напруги.
Амперметри і вольтметри є важливими інструментами в галузі електротехніки і використовуються для вимірювання та контролю електричних параметрів у різних промислових і наукових галузях.
Принцип роботи амперметра
Основний елемент амперметра - це гальванометр, який складається з магніту і спіралі з провідником. Коли струм протікає через провідник, виникає магнітне поле, яке взаємодіє з полем магніту. Це викликає зміщення стрілки гальванометра.
Для роботи амперметра поруч розташовується багатоступенева мультиплікація - шунт, який створює паралельне розгалуження і дає змогу вимірювати великі значення струму. Шунт має дуже малий опір, що дає змогу більшій частині струму обходити гальванометр.
Вимірюваний струм ділиться на дві частини: одна частина протікає через шунт і створює магнітне поле навколо провідника, друга частина проходить через гальванометр і викликає його відхилення. Величина струму, який проходить через гальванометр, пропорційна величині вимірюваного струму. Це дає змогу визначити величину струму за відхиленням стрілки гальванометра.
Амперметри бувають різних типів - цифрові та аналогові. Цифрові амперметри мають електронні дисплеї та дають змогу точно вимірювати струм. Аналогові амперметри працюють на основі гальванометра і мають стрілочний індикатор.
Вимірювання електричного струму
Принцип роботи амперметра заснований на використанні шунта - паралельного резистора, що має малий опір. Шунт призначений для створення мінімального опору в ланцюзі, щоб вимірюваний струм не призвів до істотної зміни параметрів ланцюга і приладу.
Амперметр має низький внутрішній опір, що дає змогу йому підключатися до ланцюга з мінімальним впливом на його параметри. Показання амперметра вимірюються в амперах і відображають струм, що протікає через нього.
Через низький опір амперметра величина вимірюваного струму має бути досить великою, щоб його вплив не призвів до значної зміни параметрів ланцюга.
Щоб провести вимірювання струму за допомогою амперметра, необхідно правильно підключити його до ланцюга. Амперметр завжди підключають послідовно до елемента ланцюга, через який протікає струм.
| Тип ланцюга | Підключення амперметра |
|---|---|
| Постійний струм | Послідовно |
| Змінний струм | Послідовно з використанням додаткових елементів для перетворення змінного струму в постійний |
Амперметри можуть мати аналоговий або цифровий дисплей для відображення показань. Аналоговий амперметр представлений стрілочним або магнітоелектричним покажчиком, який переміщується за шкалою залежно від струму, що протікає. Цифровий амперметр показує значення у вигляді чисел на цифровому дисплеї.
Перетворення струму в напругу
Для виконання перетворення струму в напругу до складу амперметра входить шунт - резистор з дуже низьким опором, який під'єднують до кола паралельно до вимірюваної ділянки. Коли через шунт протікає струм, він створює напругу на своїх виводах, яка пропорційна величині струму. За допомогою цієї напруги, сигнал з шунта посилюється відповідно до заданої шкали вимірювань на амперметрі.
Таким чином, при використанні амперметра, струм вимірюється шляхом вимірювання напруги на шунті. Потім отримана напруга перетворюється у відповідні значення струму на шкалі амперметра.
Важливо зазначити, що під час під'єднання амперметра до ланцюга опір амперметра має бути якомога меншим, щоб вимірювальний прилад не вносив значні спотворення у вимірюваний ланцюг. Тому амперметр завжди під'єднують паралельно елементу ланцюга з низьким опором, щоб струм в основному ланцюзі не змінився і не призвів до спотворення результатів вимірювань.
Таким чином, амперметр дає змогу виміряти струм, перетворюючи його у відповідну напругу на шунті. Це забезпечує зручність і точність вимірювань, а також захист вимірювального приладу від пошкоджень під час вимірювання сильних струмів.
Принцип роботи вольтметра
Основним елементом вольтметра є гальванометр, який являє собою пристрій, заснований на явищах електромагнетизму. Гальванометр складається з осі з підвішеною на ній котушкою з дроту і магнітом. Котушка може обертатися навколо своєї осі під дією магнітного поля, створюваного магнітом. Крім того, на вісь гальванометра прикріплена стрілка, яка пов'язана з котушкою і може рухатися разом із нею.
Під час під'єднання вольтметра до ланцюга, напруга подається на котушку гальванометра через резистор, який захищає прилад від високих струмів. Під дією прикладеної напруги, котушка починає обертатися, викликаючи переміщення стрілки. Кут повороту стрілки пропорційний величині напруги в ланцюзі.
Щоб показання вольтметра були точними, у ньому застосовується шкала, яка дає змогу вимірювати значення напруги з потрібною точністю. Також вольтметр може мати перемикачі, за допомогою яких можна вибирати різні режими вимірювання напруги.
Вимірювання напруги
Вольтметр працює на принципі вимірювання сили електричного струму, що протікає через його внутрішній опір. Вимірювана напруга підраховується за законом Ома:U = I × R, деU - напруга,I - сила струму,R - опір вольтметра. Вольтметр може бути уніполярним (вимірює напругу щодо землі) або біполярним (вимірює різницю потенціалів між будь-якими двома точками в ланцюзі).
Вольтметри можуть бути аналоговими або цифровими. Аналоговий вольтметр має шкалу і покажчик, який переміщується за шкалою залежно від вимірюваної напруги. Цифровий вольтметр показує виміряну напругу числами на дисплеї.