Jak działają amperomierze?

Amperomierze, zwane potocznie amperami, to przyrządy służące do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Istnieją dwa podstawowe typy: tradycyjne analogowe z ruchomą wskazówką oraz nowoczesne cyfrowe z wyświetlaczem LCD. Oba typy pierwotnie mierzą tylko prąd stały (DC), ale dzięki dodatkowym układom mogą także rejestrować prąd zmienny (AC).

Amperomierze analogowe

W sercu analogowego przyrządu znajduje się galwanometr – bardzo czuły instrument z ruchomą cewką drutu podłączoną do wejściowych zacisków. Prąd płynący przez cewkę wytwarza pole magnetyczne, które oddziałuje z polem stałego magnesu umieszczonego w amperomierzu. Sprężyna przeciwdziała momentowi powstałemu w wyniku tego oddziaływania. Wraz ze wzrostem natężenia prądu sprężyna rozciąga się proporcjonalnie, a przymocowana do cewki wskazówka wskazuje wartość pomiaru.

Zasięg

Galwanometr jest niezwykle czuły – jego użyteczny zakres wynosi od kilku mikroamperów do kilku miliamperów. Aby odczytywać większe natężenia, analogowy amperomierz wykorzystuje zestaw rezystorów szeregowych i równoległych, które rozszerzają zakres pomiarowy galwanometru.

Amperomierze cyfrowe

Cyfrowe przyrządy opierają się na elementach półprzewodnikowych. Ich konstrukcja to cyfrowy woltomierz podłączony równolegle do kalibrowanego opornika (tzw. shuntu). Shunt posiada bardzo mały opór, dzięki czemu prawie cały prąd przepływa przez niego, a przyrząd mierzy niewielkie napięcie na shuncie. Napięcie to jest proporcjonalne do płynącego prądu. Woltomierz, wykorzystując przetwornik analogowo-cyfrowy i dalszą cyfrową elektronikę, przelicza napięcie na kod cyfrowy, który wyświetlany jest jako wartość natężenia.

Prąd zmienny (AC)

Kierunek odchylenia cewki w galwanometrze zależy od biegunowości prądu, dlatego prądy zmienne, które ciągle zmieniają kierunek, nie są rejestrowane. Aby amperomierz mógł mierzyć AC, musi posiadać mostek prostowniczy, który zamienia prąd zmienny na stały. Dzięki temu odchylenie zachodzi zawsze w jednej samej kierunku, niezależnie od biegunowości. Cyfrowe przyrządy również potrzebują prostownika, aby prawidłowo odczytywać prąd zmienny.

Amperomierze szczękowe

Standardowe amperomierze podłączane są bezpośrednio do przewodów, które mierzą. Szczególną wygodę zapewniają modele z szczękowym czujnikiem, który pozwala na pomiar bez rozłączania obwodu. Szczegółowość pomiaru jest nieco niższa niż przy tradycyjnym podłączeniu, ale metoda ta sprawdza się przy jednorazowych pomiarach lub w sytuacjach, gdy natężenie lub napięcie są bardzo wysokie. Niektóre szczękowe czujniki wykorzystują sprzężenie magnetyczne i działają wyłącznie dla prądu zmiennego, inne natomiast używają czujników efektu Halla, które reagują także na prąd stały.