آمپرمتر چیست ؟ انواع و کاربرد آن

آمپرمتر چیست ؟ انواع و کاربرد آن

یکی از ابزارهای پرکاربرد که برای اندازه گیری جریان عبوری (کولن الکترون در ثانیه) از یک مدار بکار می رود آمپر متر (ampere meter)  می باشد. آمپرمترها به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم می شوند، آمپر مترهای آنالوگ به وسیله عقربه ای که روی صفحه درجه بندی شده ای قراردارد کار میکند، در آمپرمترهای دیجیتال، جریان اندازه گیری شده بر روی صفحه ای بصورت دیجیتالی قابل نمایش است. آمپرمترها در نصب تجهیزات ابزار دقیق، اتوماسیون صنعتی، آزمایشگاه های الکترونیک و کارگاه های برق کاربرد دارند.

جریان در مقابل ولتاژ

توجه به این نکته مهم است که یک آمپرمتر فقط جریان را اندازه گیری می کند ، نه ولتاژ. جریان و ولتاژ دو مقدار مجزا هستند. ولتاژ را می توان به عنوان اختلاف پتانسیل الکتریکی در هر واحد بار تعریف کرد. این می تواند به عنوان انرژی موجود در یک مدار الکتریکی یا میدان در یک نقطه واحد مشاهده شود. از طرف دیگر جریان ، نرخی است که در آن بار الکتریکی ، هر نقطه معینی را بر روی مدار عبور می دهد.

یك روش معمول برای فهمیدن تفاوت بین این دو ، مشاهده برق در حال عبور از طریق سیم مانند آب در حال عبور از شیلنگ است. در این قیاس ، ولتاژ مانند فشار آب است ، و جریان مانند سرعت جریان آب است. تغییر در یکی می تواند بر دیگری تأثیر بگذارد ، اما آنها یکسان نیستند.

طرز کار آمپرمترهای دیجیتال

آمپرمترهایی که به صورت دیجیتالی در بازار هستند برخلاف ولت مترهای دیجیتالی دارای رنج اتوماتیک نیستند. آمپرمترهای دیجیتالی در واقع همان ولت متر دیجیتالی است و بدین صورت کار می کند که در ابتدا جریان مورد سنجش از داخل یک مقاومت اهمی عبور داده می شود و سپس افت ولتاژ دو سر آن توسط دستگاه اندازه گیری نمایش داده می شود . از آنجایی که آمپرمترهای دیجیتالی دارای رنج اتوماتیک نیستند بنابراین باید به این نکته دقت کرد که برای هر اندازه گیری ابتدا با توجه به کمیت مورد سنجش باید توسط کلید سلکتوری که بر روی این آمپرمترها قرار دارد رنج مناسب آن را انتخاب نمود. همچنین در آمپرمتر دیجیتالی نیز جهت اندازه گیری جریان متناوب بعد از کلید سلکتور آن توسط یکسو کننده های الکترونیکی ولتاژ را افت داده و سپس پس از یکسوسازی در دو سر مقاومت ها به ولت متر اعمال می گردد.

طرز کار آمپرمتر آنالوگ

این نوع از آمپرمترها مقدار جریان اندازه گیری شده را بوسيله يك عقربه كه در روي صفحه درجه بندي شده حركت مي‌كند، نشان مي‌دهد. ميزان انحراف عقربه آمپرمتر با تعداد الكترون هايي كه از اين دستگاه مي‌گذرند، نسبت مستقيم دارد. يعني نشان مي‌دهد كه چه مقدار بار الكتريكي در ثانيه از آن عبور مي‌كند.

طرز استفاده از آمپرمتر

آمپرمترها باید طوری در مدار قرار گیرند كه جریان های الكتریسیته از آنها بگذرد، تا بتوانند شدت جریان را اندازه گیری کنند، این نوع اتصال را اتصال متوالی یا سری می‌گویند. یعنی اجزا تشكیل دهنده مدار در یك خط مستقیم (یك مسیر هدایت كننده) به یكدیگر اتصال دارند.

این مدار ترکیبی از سری و عناصر موازی است. مقاومت 1 و مقاومت 2 یک مدار موازی را تشکیل می دهند که به صورت سری با مقاومت 3 متصل می شود. بیایید با دیدن چگونگی اندازه گیری جریان کلی در جریان از طریق مدار شروع کنیم.
در سمت راست تصویر زیر، آمپر به طور موازی به مدار وصل شده است ، که دو مشکل را نشان می دهد. مشکل اول این است که مسیرهای جایگزین وجود دارد که از طریق آن جریان می تواند جریان یابد ، به این معنی که توسط آمپر اندازه گیری نمی شود. مشکل دوم این است که یک اتصال کوتاه ایجاد شده است. مانند سیم ، آمپرمتر ها از مقاومت بسیار کمی برخوردار هستند ، بنابراین هنگام نصب صحیح در یک مدار ، جریان را تحت تأثیر قرار نمی دهد. با این وجود ، هنگامی که به طور موازی به طور نادرست وصل شده باشید ، این مقاومت کم باعث می شود جریان بسیار زیاد از طریق ابزار جریان یابد و در نتیجه فیوز دمیده شود.

در تصویر زیر ، آمپرمتر به گونه ای متصل شده است که تمام جریاناتی که از مدار عبور می کنند باید از آن عبور کنند. هیچ راه جایگزینی وجود ندارد این روش صحیح اتصال آمپر برای اندازه گیری جریان کل مدار است ، اما این تنها راه نیست. در واقع چندین نقطه در مدار وجود دارد که آمپرمتر می تواند برای اندازه گیری این متصل شود. در این تصویر ، هر آمپرمتر نیز جریان کلی مدار را اندازه گیری می کند.

انواع آمپرمتر

آمپرمترها را می توان از نظر مکانیزم عملکرد به انواع زیر تقسیم کرد:

1-آمپرمتر سیم پیچ متحرک Moving coil))
2-آمپرمتر آهنربای متحرک Moving magnet) )
3-آمپرمتر الکترودینامیکی Electrodynamic))
4-آمپرمتر آهن متحرکMoving iron) )
5-آمپرمتر سیم داغ Hot wire))
6-آمپرمتر دیجیتالی Digital))
7-آمپرمتر انتگرالی (Integrating)

1- آمپرمتر سیم پیچ متحرک

گالوانومتر نوعی از آمپرمترهای سیم پیچ متحرک می باشند که با استفاده از انحراف مغناطیسی، جایی که جریان عبوری از سیم پیچ باعث حرکت سیم پیچ در جهت میدان مغناطیسی می شود. حالت پیشرفته این آمپرمتر که توسط ادوارد وستون ابداع شده، که با استفاده از فنر مارپیچی نیروی بازگرداننده ایجاد می شود. فاصله هوایی بین هسته آهنی و قطب های آهنربایی دایمی باعث می شود که انحراف عقربه بصورت خطی متناسب با جریان باشد. این آمپرمترها دارای عقربه خطی می باشند.این چنین آمپرمترهایی در حالت انحراف کامل عقربه قادر به اندازه گیری جریانهایی در محدوده 25 میکروآمپر الی 10 میلی آمپر می باشند. از آنجایی که میدان مغناطیسی بصورت دو قطبی می باشد، عقربه آمپرمتر در جهت عکس جریان منحرف می شود. بنابراین آمپرمترهای DC حساس به جهت جریان می باشند و غالبا با ترمینال مثبت مشخص می شوند و در برخی موارد بصورت صفر وسط ساخته می شوند که می توانند در هر دو جهت جریان را نمایش دهند. آمپرمترهای سیم پیچ متحرک ، مقدار متوسط جریان AC را نمایش می دهند به همین دلیل از آمپرمترهای سیم پیچ متحرک ، تنها برای اندازه گیری جریان های DC استفاده می شوند. از این روش در سایر تجهیزات اندازه گیری از قبیل ولت متر و اهم متر نیز استفاده می شود. اگرچه استفاده از این روش در دهه اخیر کمتر رایج می باشد، این روشی استاندارد برای نمایشگرهای آنالوگ ماشین های الکتریکی می باشد.

2-آمپرمتر آهنربای متحرک

عملکرد آمپرمترهای آهنربای متحرک در اصل مشابه سیم پیچ متحرک می باشد، با این تفاوت که سیم پیچ در داخل آمپرمتر قرار گرفته و یک آهنربای دایم عقربه را به حرکت در می آورد. این نوع آمپرمتر قادر به اندازه گیری جریان های بزرگتر تا چند ده آمپر می باشند، چون سیم پیچ را می توان با سیم ضخیم تر ساخت و دیگر نیازی به عبور جریان از فنر نمی باشد. به علاوه بعضی از این نوع آمپرمترها به طور کلی فاقد فنر می باشند و نیروی بازگشت عقربه را به کمک یک آهنربای دایمی ایجاد می کنند.

3-آمپرمتر الکترودینامیکی

در آمپرمترهای الکترودینامیکی از آهنربای الکتریکی بجای استفاده از آهنربای دایمی برای حرکت عقربه استفاده می شود. این آمپرمتر قادر به اندازه گیری جریان های AC و DC می باشد و همچنین برای جریان های AC مقدار TRMS یا True RMS را نمایش می دهد.

4-آمپرمترهای آهن متحرک

در آمپرمترهای آهن متحرک از یک تکه آهن استفاده می شود که با نیروی الکترومغناطیسی حاصله از سیم پیچ عمل می کند. این نوع آمپرمتر در جریان های AC و DC کار می کند(بر عکس آمپرمترهای سیم پیچ متحرک). آهن استفاده شده در این آمپرمتر شامل یک پره متحرک متصل به عقربه و یک پره ثابت، که توسط سیم پیچ احاطه شده است.جریان های مستقیم یا متناوب عبوری از سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی در هر دو پره القاء می کند، پره ها همدیگر را دفع می کنند و پره متحرک در خلاف جهت نیروی وارده از طرف فنر منحرف می شود. میزان انحراف این آمپرمتر متناسب با مجذور جریان می باشد. در نتیجه چنین میترهایی در حالت عادی دارای مقیاس غیرخطی می باشند، ولی قطعات آهنی معمولا از نظر شکل اصلاح می شوند تا در رنج خود مقیاس خطی را نمایش دهند. میترهای آهن متحرک برای شکل موج های AC ، مقدار موثر یا RMS را نمایش می دهند. میترهای آهن متحرک در سال 1884 میلادی توسط فردریش درکسلر (Friedrich Drexler) ابداع شده است.

5-آمپرمتر سیم داغ

در آمپرمترهای سیم داغ، یک جریان از سیم عبور می کند که باعث انتشار حرارت می شود. اگرچه این نوع از میترها دقت پایین و زمان پاسخ دهی کندی دارند ولی برای سنجش جریان های فرکانس رادیویی کاربرد دارند. همچنین برای جریان های AC مقدار موثر یا RMS را اندازه گیری می کند.

6-آمپرمتر دیجیتالی

در بسیاری از دستگاه های اندازه گیری، از جمله ولت مترها، همان روش های مورد استفاده در آمپرمترهای آنالوگ استفاده شده است. مکانیزم اصلی بسیاری از دستگاه های اندازه گیری بر اساس ولت مترهای دیجیتالی می باشد. در طراحی آمپر متر دیجیتال، از یک مقاومت شنت برای تولید یک ولتاژ کالیبره متناسب با جریان استفاده شده است. سپس این ولتاژ توسط ولت متر دیجیتالی اندازه گرفته می شود سپس با استفاده از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال، نمایشگر دیجیتال برای نمایش جریان عبوری از شنت تنظیم می شود. این میترها معمولا برای نمایش مقادیر موثر RMS موج های سینوسی تنظیم می شوند ولی در برخی موارد برای نمایش مقادیر TRMS طراحی و تنظیم می شوند(با محدود کردن شکل موج).

7-آمپرمتر انتگرالی

رنج وسیعی از تجهیزات اندازه گیری بر اساس آمپرمترهای انتگرالی می باشند. در این آمپرمتر ها جریان در مدت زمان کارکرد جمع می شود، در نتیجه، محصول جریان و زمان را نمایش می دهد که متناسب با انرژی انتقالی توسط جریان می باشد. از این روش می توان در انرژی میترها (میتر وات-ساعت) یا برای تخمین شارژ باتری ها و خازن ها استفاده کرد.

خطاي دستگاه اندازه گيري (Meter Tolerances)

بايد توجه داشت كه در يك مدار معين آمپرمتر هاي مختلف ، اندازه شدت جريان را با كمي اختلاف نشان مي‌ دهند. اين امر بدان دليل است كه مقداري از انرژي كه در مدار جريان دارد، براي بكار انداختن آمپرمتر مصرف مي‌شود و همه آمپرمترها هم يكسان نيستند. همچنين به علت اختلافي كه در ساختمان آمپرمتر و تلف شدن انرژي وجود دارد، شدت جرياني را كه در روي آمپرمتر مي‌خوانيد، تقريبي است. دستگاه اندازه گيري درست است كه حدود خطاي آن 0± در صد اندازه واقعي باشد. يعني اگر شدت جريان اصلي 100 آمپر باشد، روي دستگاه آمپرمتر حدود 9 تا 10 آمپر را مي‌خوانيد.