آمپرمتر (آمپرسنج) چیست؟

آشنایی با آمپرمتر (آمپرسنج)

در این مقاله سعی داریم تا با آمپرمتر و انواع آمپرمتر آشنا شویم. آمپرمتر یا آمپرسنج (Ampere meter یا Ammeter) ابزاری است که برای اندازه‌گیری جریان در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرد. جریان الکتریکی بر حسب آمپر (A) اندازه‌گیری می‌شود، از این رو به این نام در بازار شناخته می‌شود. برای اندازه‌گیری مستقیم، آمپرمتر به صورت سری به مداری که جریان در آن اندازه‌گیری می‌شود متصل می‌شود. آمپرمتر معمولاً از مقاومت کمی برخوردار است به طوری که باعث افت ولتاژ در مدار مورد اندازه‌گیری واقع نمی‌شود.
ابزارهای مورد استفاده برای اندازه‌گیری جریان‌های کوچک‌تر، در محدوده میلی آمپر یا میکرو آمپر، به عنوان میلی آمپر یا میکرو آمپر تعیین می‌شوند. آمپرمترهای اولیه ابزارهای آزمایشگاهی بودند که برای کار به میدان مغناطیسی زمین متکی بودند. در اواخر قرن نوزدهم، ابزارهای بهبود یافته‌ای طراحی شدند که می‌توانستند در هر موقعیتی نصب شوند. همچنین امکان اندازه‌گیری دقیق در سیستم‌های قدرت الکتریکی را فراهم کردند. آمپرمترها دارای انواع گوناگونی هستند که در ادامه به آن ها خواهیم پرداخت.

این تجهیزات به راحتی در آزمایشگاه ها و صنایع با طیف های مختلف ارائه می شود. برای تجهیزات الکتریکی خانه، اندازه گیری جریان جریان مفید است. این ابزار معمولاً توسط مشاغل با پایه تولید و ابزار دقیق و همچنین توسط برقکارها برای بررسی مشکلات مدار در منازل و ادارات استفاده می شود. ترموکوپل و آمپرمتر برای اندازه گیری دما به خوبی با هم کار می کنند.

انواع آمپرمتر

آمپرمترها انواع مختلفی دارند که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در این مقاله برخی از رایج ترین انواع آمپرمتر (آمپرسنج) را شرح میدهیم:

• آمپرمتر آنالوگ: آمپرمترهای سیم پیچ متحرک رایج ترین نوع آمپرمتر آنالوگ هستند. آنها از سیم پیچی استفاده می کنند که در میدان مغناطیسی معلق است و جریانی که از سیم پیچ می گذرد باعث انحراف مکانیکی یک اشاره گر در مقیاس مدرج می شود.
• آمپرمتر آهن متحرک: آمپرمترهای متحرک آهن از قطعه ای از مواد فرومغناطیسی استفاده می کنند که در پاسخ به میدان مغناطیسی توسط جریان اندازه گیری شده حرکت می کند. حرکت قطعه آهن به یک اشاره گر در مقیاس مدرج منتقل می شود.
• آمپرمتر نوع رکتیفایر: آمپرمترهای نوع یکسو کننده برای اندازه گیری جریان AC استفاده می شود. آنها از یک دیود یا دستگاه یکسو کننده دیگر برای تبدیل جریان AC به جریان DC استفاده می کنند که می تواند با یک سیم پیچ متحرک یا آمپرمتر آهن متحرک اندازه گیری شود.
• آمپرمتر دیجیتال: آمپرمترهای دیجیتال از مدارهای الکترونیکی برای تبدیل اندازه گیری جریان به نمایشگر دیجیتال استفاده می کنند. آنها می توانند دقیق تر از آمپرمترهای آنالوگ باشند و اغلب در کاربردهای صنعتی و علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• آمپرمتر کلمپی: آمپرمترهای کلمپی از یک سنسور مغناطیسی برای اندازه گیری میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان عبوری از سیم استفاده می کنند. آنها برای اندازه گیری جریان در شرایطی که امکان وارد کردن آمپرمتر به طور مستقیم در مدار وجود ندارد مفید هستند.
• آمپرسنج حرارتی: آمپرمترهای حرارتی از گرمای تولید شده توسط جریان عبوری از سیم برای اندازه گیری جریان استفاده می کنند. آنها با اندازه گیری افزایش دمای یک هادی در هنگام عبور جریان از آن کار می کنند و اغلب در کاربردهای با جریان بالا استفاده می شوند.

تاریخچه آمپرمتر 

رابطه بین جریان الکتریکی، میدان‌های مغناطیسی و نیروهای فیزیکی برای اولین بار توسط هانس کریستین اورستد در سال 1820 مورد توجه قرار گرفت. این مخترع مشاهده کرد یک سوزن قطب نما از جهت شمال منحرف و جریانی در یک سیم مجاور دیگر جریان می‌یابد. از گالوانومتر مماس برای اندازه گیری جریان‌ها با استفاده از این اثر استفاده شد، جایی که نیروی بازگرداننده نشانگر به موقعیت صفر توسط میدان مغناطیسی زمین تامین می‌شد. این امر باعث شد که این ابزارها فقط زمانی قابل استفاده باشند که با میدان زمین هماهنگ باشند. حساسیت ابزار با استفاده از چرخش سیم اضافی برای ضرب اثر افزایش می‌یابد، ابزارها «ضریب‌ساز» نامیده می‌شوند.
کلمه رئوسکوپ به عنوان آشکارساز جریان‌های الکتریکی توسط سر چارلز وتستون در سال 1840 ابداع شد. کلمه آرایش شبیه به رئوستات (همچنین توسط Wheatstone ابداع شد) است که وسیله‌ای برای تنظیم جریان در مدار بود. رئوستات یک اصطلاح تاریخی برای مقاومت متغیر است، اگرچه برخلاف رئوسکوپ ممکن است هنوز هم با آن مواجه شویم.

نحوه عملکرد آمپرمتر (آمپرسنج)

کار یک آمپرمتر در درجه اول به مقاومت و راکتانس القایی بستگی دارد. از آنجایی که باید تلفات ولتاژ کمتری در آن وجود داشته باشد، ابزار دارای امپدانس بسیار پایینی است. به دلیل جریان یکسان در یک مدار سری، به صورت سری متصل می شود. با استفاده از تعدادی سیم پیچ، هدف اصلی این دستگاه اندازه گیری جریان جریان است. مقاومت و راکتانس القایی این سیم پیچ ها بسیار کم است. آمپرمتر به صورت سری به مداری برای اندازه گیری جریان متصل می شود. در درجه اول برای اندازه گیری جریان های کوچک، معمولاً در محدوده میلی آمپر یا میکرو آمپر استفاده می شود.

یک میلی‌آمپرمتر جریان را بر حسب میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌کند، در حالی که یک میکرو آمپرمتر برای اندازه‌گیری جریان‌های بسیار کوچک در میکرو آمپر استفاده می‌شود. در نمودارهای مدار، آمپرمتر با حرف “A” نشان داده می شود. طراحی آمپرمتر مقاومت کم را تضمین می کند، با آمپرمتر ایده آل که مقاومت داخلی صفر را ارائه می دهد. به طور معمول، آمپرمتر دارای حداقل مقاومت داخلی است تا حداکثر جریان را از دستگاه عبور دهد و افت ولتاژ را در آن به حداقل برساند. برای محافظت از دستگاه در برابر جریان بیش از حد، یک آمپر متر شامل یک فیوز داخلی است. اگر جریان زیادی از آن عبور کند، فیوز منفجر می شود و آمپرمتر تا زمانی که فیوز تعویض نشود قادر به اندازه گیری جریان نیست.

واحد SI مورد استفاده در آمپرسنج چیست؟

جریان بار الکتریکی در یک سطح با سرعت یک کولمب Coulomb در ثانیه توسط واحد SI معروف به آمپر (A) اندازه گیری می شود.

ساختار آمپرمتر

آمپرمترها را می توان به دو روش مختلف ساخت:

1. سری
2.  شنت Shunt

مجموع جریان اندازه گیری پس از اتصال سری به مدار از طریق دستگاه عبور می کند. در نتیجه مقاومت داخلی و جریان اندازه گیری، آمپرمترها افت توان را تجربه می کنند. به خاطر دو عامل مقاومت آمپرمتر پایین نگه داشته می شود:

1. آمپرمتر کل جریان اندازه گیری شده را دریافت می کند.
2. آمپرمتر مستقیماً تحت تأثیر افت ولتاژ پایین قرار می گیرد.

قطعات آمپرمتر

آمپرمتر از چندین جزء کلیدی ساخته شده است:

آهنربای U شکل: جزء اصلی، دارای قطب های مقعر که میدان مغناطیسی ایجاد می کنند.

کویل مسی Copper Coil: یک سیم پیچ مستطیلی شکل که به دور یک هسته فلزی پیچیده شده است که برای تشخیص جریان ضروری است.

هسته آهنی: یک هسته استوانه ای نرم آهنی است که سیم پیچ مسی به دور آن پیچیده شده است. این هسته میدان مغناطیسی بین قطب ها را تقویت می کند و خطوط میدان را موازی نگه می دارد.

شنت: عنصری با مقاومت کم که به موازات گالوانومتر متصل می شود تا امکان اندازه گیری جریان های بالاتر را فراهم کند.

اشاره گر: یک اشاره گر، محور و متصل به سیم پیچ، برای نشان دادن قرائت فعلی روی ترازو حرکت می کند.

فرمول آمپرمتر

آمپرمترها به صورت سری در یک مدار برای اندازه گیری جریان متصل می شوند. قرائت جریان روی آمپرمتر را می توان با استفاده از قانون اهم تعیین کرد که با فرمول ارائه می شود:

I=V/R​

I جریانی است که با آمپرمتر اندازه گیری می شود،

V ولتاژ در مدار است،

R مقاومت کل در مدار است.

پیکو آمپرمتر

پیکو آمپرمتر جریان الکتریکی بسیار کم را اندازه گیری می‌کند. معمولاً از محدوده پیکو آمپر در انتهای پایین تا محدوده میلی آمپر در انتهای بالایی را مورد اندازه گیری قرار می‌دهد. پیکو آمپرمترها در جایی استفاده می‌شوند که جریان اندازه گیری شده کمتر از حد حساسیت دستگاه‌های دیگر مانند مولتی متر باشد.

بیشتر پیکو آمپرمترها از تکنیک “virtual short” استفاده می‌کنند و دارای چندین محدوده اندازه گیری مختلف هستند که باید بین آنها تغییر داده شود تا چندین پارامتر اندازه گیری را پوشش دهد. دیگر پیکو آمپرمترهای مدرن از فشرده‌سازی log و روش «سینک جریان» استفاده می‌کنند که تغییر دامنه و افزایش ولتاژ مرتبط را حذف می‌کند. ملاحظات طراحی و استفاده خاص باید رعایت شود تا جریان نشتی کاهش یابد که ممکن است اندازه‌گیری‌هایی مانند عایق‌های ویژه و سپرهای محرک را باتلاق کند. کابل سه محوری اغلب برای اتصالات پراب استفاده می‌شود.

برنامه

آمپرمترها باید به صورت سری به مدار اندازه گیری متصل شوند. جهت جریان های نسبتاً کوچک (تا چند آمپر)، یک آمپرمتر ممکن است کل جریان مدار را عبور دهد. برای جریان‌های مستقیم بزرگ‌تر، یک مقاومت شنت بیشتر جریان مدار را حمل می‌کند و کسری کوچک و با دقت مشخص از جریان از حرکت متر عبور می‌کند. همچنین برای مدارهای جریان متناوب، ممکن است از یک ترانسفورماتور جریان استفاده شود تا جریان کوچک مناسبی برای به حرکت درآوردن یک ابزار، مانند 1 یا 5 آمپر، فراهم کند، در حالی که جریان اولیه اندازه گیری بسیار بزرگتر است (تا هزاران آمپر). استفاده از یک شنت یا ترانسفورماتور جریان همچنین امکان مکان یابی راحت متر نشانگر را بدون نیاز به راه اندازی هادی های مدار سنگین تا نقطه مشاهده فراهم می کند.

در مورد جریان متناوب، استفاده از ترانسفورماتور جریان نیز کنتور را از ولتاژ بالای مدار اولیه جدا می کند. یک شنت چنین ایزوله‌ای را برای آمپرمتر جریان مستقیم فراهم نمی‌کند. اما در جاهایی که از ولتاژهای بالا استفاده می‌شود، ممکن است آمپرمتر را در سمت “بازگشت” مدار قرار دهیم که ممکن است در پتانسیل پایین نسبت به زمین باشد.

آمپرمترها نباید مستقیماً به یک منبع ولتاژ متصل شوند زیرا مقاومت داخلی آنها بسیار کم است و جریان اضافه جریان می یابد. آمپرمترها برای افت ولتاژ کم در پایانه های خود، بسیار کمتر از یک ولت طراحی شده اند. تلفات مدار اضافی توسط آمپرمتر “بار” آن در مدار اندازه گیری شده (I) نامیده می شود.

در انتها …

حرکات معمولی آمپرمتر از نوع وستون حداکثر می تواند تنها میلی آمپر را اندازه گیری کند، زیرا فنرها و سیم پیچ های کاربردی فقط می توانند جریان های محدودی را حمل کنند. برای اندازه گیری جریان های بزرگتر، مقاومتی به نام شانت به موازات متر قرار می گیرد. مقاومت شنت ها در محدوده اعداد صحیح تا کسری میلی اهم است. تقریباً تمام جریان از شنت عبور می کند و تنها بخش کوچکی از متر عبور می کند. این به آمپرمتر اجازه می دهد تا جریان های بزرگ را اندازه گیری کند. به طور سنتی، آمپرمتر مورد استفاده با یک شنت دارای انحراف در مقیاس کامل (FSD) 50 میلی ولت است، بنابراین شنت ها معمولاً برای ایجاد افت ولتاژ 50 میلی ولت در هنگام حمل جریان نامی کامل خود طراحی می شوند.

اصل سوئیچینگ شنت آیرتون

برای ساخت آمپرمتر (آمپرسنج) چند برد، می توان از یک سوئیچ انتخابگر برای اتصال یکی از تعدادی شنت در سرتاسر متر استفاده کرد. برای جلوگیری از آسیب به نوسانات جریان از طریق حرکت کنتور هنگام تغییر محدوده، باید یک کلید قبل از قطع باشد.

یک چیدمان بهتر، شنت آیرتون یا شنت جهانی است که توسط ویلیام ای. آیرتون اختراع شده است و نیازی به سوئیچ قبل از شکستن ندارد. همچنین از هرگونه عدم دقت به دلیل مقاومت در برابر تماس جلوگیری می کند. در شکل، به عنوان مثال، با فرض حرکتی با ولتاژ کامل 50 میلی ولت و محدوده جریان مطلوب 10 میلی آمپر، 100 میلی آمپر و 1 آمپر، مقادیر مقاومت عبارتند از: R1 = 4.5 اهم، R2 = 0.45 اهم، R3 = 0.05 اهم. و اگر مقاومت حرکتی به عنوان مثال 1000 اهم باشد، R1 باید روی 4.525 اهم تنظیم شود. شنت های سوئیچ به ندرت برای جریان های بالای 10 آمپر استفاده می شوند.

آمپرمتر مرکز صفر

آمپرمترهای مرکز صفر برای کاربردهایی استفاده می شود که نیاز به اندازه گیری جریان با دو قطبیت دارند که در تجهیزات علمی و صنعتی رایج است. آمپرمترهای مرکز صفر نیز معمولاً به صورت سری با باتری قرار می گیرند. در این برنامه، شارژ شدن باتری سوزن را به یک طرف ترازو (معمولاً سمت راست) منحرف می کند و تخلیه باتری سوزن را به سمت دیگر منحرف می کند. نوع خاصی از آمپرمتر با مرکز صفر برای آزمایش جریان های بالا در خودروها و کامیون ها دارای یک آهنربای میله محوری است که نشانگر را حرکت می دهد و یک آهنربای نواری ثابت برای نگه داشتن نشانگر در مرکز بدون جریان.

میدان مغناطیسی اطراف سیم حامل جریانی که باید اندازه گیری شود، آهنربای متحرک را منحرف می کند. از آنجایی که شنت آمپرمتر مقاومت بسیار کمی دارد، سیم کشی اشتباه آمپرمتر به موازات منبع ولتاژ باعث اتصال کوتاه، در بهترین حالت منفجر شدن فیوز، احتمالا آسیب رساندن به ابزار و سیم کشی و در معرض آسیب دیدگی ناظر می شود.

در مدارهای AC چگونه است؟

در مدارهای AC می توان از ترانسفورماتور جریان برای تبدیل جریان زیاد در مدار اصلی به جریان کوچکتر مناسب تر برای یک متر استفاده کرد. برخی از طرح‌های ترانسفورماتور می‌توانند مستقیماً میدان مغناطیسی اطراف یک هادی را به جریان متناوب AC کوچک، معمولاً 1 آمپر یا 5 آمپر در جریان نامی کامل، تبدیل کنند که به راحتی توسط یک متر قابل قرائت است. به روشی مشابه، آمپرمترهای غیر تماسی AC/DC دقیق با استفاده از حسگرهای میدان مغناطیسی اثر هال می باشند. آمپرمتر کلمپی دستی قابل حمل ابزاری متداول برای نگهداری تجهیزات الکتریکی صنعتی و تجاری است. این تجهیز برای اندازه گیری جریان به طور موقت روی سیم قرار می‌گیرد. برخی از انواع اخیر دارای یک جفت کاوشگر نرم مغناطیسی موازی هستند که در دو طرف هادی قرار می گیرند. امیدواریم در این مقاله به خوبی با آمپرمتر و انواع آمپرمتر آشنا شده باشید.

تفاوت بین آمپرمتر و گالوانومتر

گالوانومتر وسیله ای است که جریان های کوچک را با انحراف سیم پیچ متحرکی که بین آهنرباهای دائمی قرار می گیرد، شناسایی و اندازه گیری می کند. انحراف سیم پیچ مطابق با جریانی است که از آن عبور می کند. با افزودن یک مقاومت موازی (شنت) به مدار، یک گالوانومتر را می توان به آمپرمتر برای اندازه گیری جریان های بزرگتر تبدیل کرد. به طور مشابه، با اتصال یک مقاومت به صورت سری، می تواند به عنوان یک ولت متر عمل کند. از طرف دیگر، آمپرمتر به طور خاص برای اندازه گیری مقدار جریان در مدار طراحی می شود.

تفاوت بین آمپرمتر (آمپرسنج) و مولتی متر

از آنجا که مولتی متر و آمپرمتر ممکن است با یکدیگر اشتباه گرفته شوند در جدول زیر به تفاوت های این دو دستگاه اشاره می کنیم.

تفاوت بین آمپرمتر و ولت متر

آمپرمتر (آمپرسنج) برای اندازه گیری مقدار کمی جریان استفاده می شود که معمولاً بر حسب میلی آمپر نمایش داده می شود. به طور سری به مدار متصل می شود تا اطمینان حاصل شود که کل جریان از آن عبور می کند. از طرف دیگر یک ولت متر به صورت موازی با مدار متصل می شود تا اختلاف پتانسیل بین دو نقطه را اندازه گیری کند. هر دو دستگاه قطبیت اتصال یکسانی دارند: ترمینال منفی به بخش منفی منبع تغذیه و ترمینال مثبت به سمت مثبت وصل می شود.

تاثیر دما بر آمپرمتر (آمپرسنج)

آمپرمتر به تغییرات دما، تحت تأثیر شرایط محیطی داخلی و خارجی، حساس است. تغییرات دما می تواند بر خوانش آن تأثیر بگذارد. برای به حداقل رساندن این ضربه، مقاومتی با ضریب دمایی صفر که به مقاومت باتلاقی معروف است، به صورت سری به آمپرمتر متصل می شود. این مقاومت در برابر باتلاقی به کاهش تأثیر دما بر دقت آمپرمتر کمک می کند.

محدوده عملکرد آمپرمتر چقدر است؟

بیشترین مقدار جریانی که آمپرمتر می تواند بخواند، محدوده آن نامیده می شود. یک آمپرمتر به طور معمول دارای 30 تقسیم در مقیاس خود و محدوده 0 تا 3 آمپر است.

چگونه باید آمپرمتر را خواند؟

دو پایانه آمپرمتر با نشانه های مثبت و منفی در پشت مشخص شده اند. دستگاه ها را به درستی وصل کنید. آمپرمتر جریان دریافتی توسط دستگاه را هنگام روشن شدن نشان می دهد. قرائت آمپرمتر اندازه گیری انحراف سوزن مغناطیسی در نتیجه قدرت میدان مغناطیسی تولیدی توسط مقدار جریان جاری در سیم پیچ آمپرمتر است. بنابراین، هنگامی که به صورت سری در مدار متصل می شوند و کالیبره می شوند، می توانند میزان جریان جریان را اندازه گیری کنند.

انتخاب آمپرمتر مناسب

هنگام انتخاب آمپرمتر، بهتر است فاکتورهای زیر را در نظر بگیرید:

• اطمینان حاصل کنید که آمپرمتر می تواند محدوده جریان های مورد نیاز برای برنامه شما را اندازه گیری کند.
• آمپرمتر با حساسیت مناسب برای تشخیص کوچکترین جریان ها در اندازه گیری های خود انتخاب کنید.
• تعیین کنید که آیا برای جریان DC، AC یا هر دو نوع به آمپرمتر نیاز دارید.

نتیجه گیری

در این مقاله شما را با آمپر سنج، انواع و کاربرد آن آشنا کردیم. آمپر سنج یا آمپر متر ابزاری است که برای اندازه گیری جریان الکتریکی در مدار استفاده می شود. واحد اندازه گیری جریان الکتریکی آمپر (A) است و از این رو دستگاه را آمپرمتر می نامند. معمولاً به صورت سری به مدار متصل می شود تا جریان از آمپرمتر عبور کند و به آن امکان اندازه گیری و نمایش مقدار جریان را می دهد. آمپرمترها می توانند محدوده های مختلف جریان را اندازه گیری کنند و باتوجه به طراحی خاص خود، جریان ها را بر حسب آمپر، میلی آمپر یا حتی میکرو آمپر اندازه گیری کنند.

” مشهد ابزار” به عنوان یکی از وارد کنندگان برتر در صنعت تجهیزات اندازه گیری و ابزار دقیق در ایران، این امکان را برای شما عزیزان فراهم آورده است تا به راحت‌ترین شکل ممکن خرید خود را انجام دهید. کاربران سایت می‌توانند با وارد شدن به دسته‌بندی آمپرمتر (آمپر سنج) و مشاهده بیش از صدها نوع از انواع آن، محصولات را مقایسه نمایند و از خریدی آگاهانه بهره‌مند شوند.