Amperemeter – Wikipedia
Ein Amperemeter (von Amperemeter) ist ein Messgerät zur Messung des Stroms in einem Stromkreis. Elektrische Ströme werden in Ampere (A) gemessen, daher der Name. Das Amperemeter ist normalerweise in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet, in dem der Strom gemessen werden soll. Ein Amperemeter hat normalerweise einen niedrigen Widerstand, so dass es keinen signifikanten Spannungsabfall im gemessenen Stromkreis verursacht.
Instrumente zur Messung kleinerer Ströme im Milliampere- oder Mikroampere-Bereich werden als bezeichnet Milliamperemeter oder Mikroammeter. Frühe Amperemeter waren Laborinstrumente, deren Betrieb auf dem Erdmagnetfeld beruhte. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden verbesserte Instrumente entwickelt, die in jeder Position montiert werden konnten und genaue Messungen in Stromversorgungssystemen ermöglichten. Es wird im Allgemeinen durch den Buchstaben ‘A’ in einer Schaltung dargestellt.
Geschichte[edit]
Die Beziehung zwischen elektrischem Strom, Magnetfeldern und physikalischen Kräften wurde erstmals 1820 von Hans Christian Ørsted festgestellt, der beobachtete, dass eine Kompassnadel nicht nach Norden zeigte, wenn ein Strom in einem benachbarten Draht floss. Das Tangenten-Galvanometer wurde verwendet, um Ströme unter Verwendung dieses Effekts zu messen, wobei die Rückstellkraft, die den Zeiger auf die Nullposition zurückbringt, durch das Erdmagnetfeld bereitgestellt wurde. Dies machte diese Instrumente nur dann verwendbar, wenn sie auf das Erdfeld ausgerichtet waren. Die Empfindlichkeit des Instruments wurde durch die Verwendung zusätzlicher Drahtwindungen erhöht, um den Effekt zu multiplizieren – die Instrumente wurden als “Multiplikatoren” bezeichnet.[1]
Das Wort Rheoskop als Detektor für elektrische Ströme wurde von Sir Charles Wheatstone um 1840 geprägt, wird aber nicht mehr zur Beschreibung elektrischer Instrumente verwendet. Das Wort Make-up ähnelt dem von Rheostat (auch von Wheatstone geprägt), ein Gerät zur Einstellung des Stroms in einem Stromkreis. Rheostat ist ein historischer Begriff für einen variablen Widerstand, obwohl im Gegensatz zum Rheoskop immer noch angetroffen werden kann.[2][3]
Einige Instrumente sind Panel Meter, soll auf einer Art Bedienfeld montiert werden. Von diesen wird der flache, horizontale oder vertikale Typ oft als bezeichnet Kantenmesser.
Moving-Coil[edit]
Feder für Rückstellkraft
Diese Darstellung ist konzeptionell; In einem praktischen Messgerät ist der Eisenkern stationär und die vorderen und hinteren Spiralfedern führen Strom zur Spule, die auf einer rechteckigen Spule gelagert ist. Weiterhin sind die Pole des Permanentmagneten Kreisbögen.
Das D’Arsonval-Galvanometer ist ein Amperemeter mit beweglicher Spule. Es verwendet eine magnetische Ablenkung, bei der Strom, der durch eine Spule fließt, die im Magnetfeld eines Permanentmagneten angeordnet ist, bewirkt, dass sich die Spule bewegt. Die moderne Form dieses Instruments wurde von Edward Weston entwickelt und verwendet zwei Spiralfedern, um die Rückstellkraft bereitzustellen. Der gleichmäßige Luftspalt zwischen dem Eisenkern und den Permanentmagnetpolen macht die Auslenkung des Messgeräts linear proportional zum Strom. Diese Messgeräte haben lineare Skalen. Grundlegende Bewegungen des Messgeräts können für Ströme von etwa 25 Mikroampere bis 10 Milliampere eine vollständige Ablenkung aufweisen.[4]
Da das Magnetfeld polarisiert ist, wirkt die Messnadel für jede Stromrichtung in entgegengesetzte Richtungen. Ein Gleichstrom-Amperemeter ist daher empfindlich dafür, in welche Richtung es angeschlossen ist. Die meisten sind mit einem positiven Anschluss markiert, einige haben jedoch einen Null-Mechanismus[note 1] und kann Ströme in beide Richtungen anzeigen. Ein beweglicher Spulenmesser zeigt den Durchschnitt (Mittelwert) eines variierenden Stroms durch ihn an.[note 2] Das ist Null für AC. Aus diesem Grund können Moving-Coil-Zähler nur direkt für Gleichstrom verwendet werden, nicht für Wechselstrom.
Diese Art der Bewegung des Messgeräts ist sowohl für Amperemeter als auch für andere von ihnen abgeleitete Messgeräte wie Voltmeter und Ohmmeter äußerst verbreitet.
Magnet bewegen[edit]
Amperemeter mit beweglichem Magnet arbeiten im Wesentlichen nach dem gleichen Prinzip wie Amperemeter mit beweglicher Spule, außer dass die Spule im Messgerätgehäuse montiert ist und ein Permanentmagnet die Nadel bewegt. Amperemeter mit beweglichem Magneten können größere Ströme führen als Instrumente mit beweglicher Spule, häufig mehrere zehn Ampere, da die Spule aus dickerem Draht bestehen kann und der Strom nicht von den Spiralen getragen werden muss. In der Tat haben einige Amperemeter dieses Typs überhaupt keine Spiralen, sondern verwenden stattdessen einen festen Permanentmagneten, um die Rückstellkraft bereitzustellen.
Elektrodynamisch[edit]
Ein elektrodynamisches Amperemeter verwendet einen Elektromagneten anstelle des Permanentmagneten der d’Arsonval-Bewegung. Dieses Instrument kann sowohl auf Wechselstrom als auch auf Gleichstrom reagieren[4] und zeigt auch echten Effektivwert für Wechselstrom an. Siehe Wattmeter für eine alternative Verwendung für dieses Instrument.
Bügeleisen[edit]
Bei beweglichen Eisenametern wird ein Stück Eisen verwendet, das sich bewegt, wenn es von der elektromagnetischen Kraft einer festen Drahtspule beaufschlagt wird. Der Moving-Iron-Meter wurde 1884 vom österreichischen Ingenieur Friedrich Drexler erfunden.[5] Dieser Zählertyp reagiert sowohl auf Gleich- als auch auf Wechselströme (im Gegensatz zum Amperemeter mit beweglicher Spule, das nur mit Gleichstrom arbeitet). Das Eisenelement besteht aus einer beweglichen Schaufel, die an einem Zeiger befestigt ist, und einer festen Schaufel, die von einer Spule umgeben ist. Wenn Wechsel- oder Gleichstrom durch die Spule fließt und in beiden Flügeln ein Magnetfeld induziert, stoßen sich die Flügel gegenseitig ab und die sich bewegende Schaufel lenkt gegen die Rückstellkraft ab, die durch feine Schraubenfedern bereitgestellt wird.[4] Die Auslenkung eines sich bewegenden Eisenmessers ist proportional zum Quadrat des Stroms. Folglich hätten solche Messgeräte normalerweise eine nichtlineare Skala, aber die Eisenteile sind normalerweise in ihrer Form modifiziert, um die Skala über den größten Teil ihres Bereichs ziemlich linear zu machen. Bewegliche Eiseninstrumente zeigen den Effektivwert jeder angelegten Wechselstromwellenform an. Bewegliche Eisenamperemeter werden üblicherweise zur Messung des Stroms in industriellen Frequenzkreisen verwendet.
Heißdraht[edit]
In einem Heißdraht-Amperemeter fließt ein Strom durch einen Draht, der sich beim Erhitzen ausdehnt. Obwohl diese Instrumente eine langsame Reaktionszeit und eine geringe Genauigkeit aufweisen, wurden sie manchmal zur Messung des Hochfrequenzstroms verwendet.[4] Diese messen auch den tatsächlichen Effektivwert für einen angelegten Wechselstrom.
Digital[edit]
Ähnlich wie das analoge Amperemeter die Basis für eine Vielzahl abgeleiteter Messgeräte, einschließlich Voltmeter, bildete, ist der Grundmechanismus für ein digitales Messgerät ein digitaler Voltmeter-Mechanismus, und andere Arten von Messgeräten sind darauf aufgebaut.
Digitale Amperemeter-Designs verwenden einen Shunt-Widerstand, um eine kalibrierte Spannung zu erzeugen, die proportional zum fließenden Strom ist. Diese Spannung wird dann von einem Digitalvoltmeter unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) gemessen. Die Digitalanzeige ist so kalibriert, dass der Strom durch den Shunt angezeigt wird. Solche Instrumente werden häufig kalibriert, um den Effektivwert nur für eine Sinuswelle anzuzeigen, aber viele Designs zeigen einen echten Effektivwert innerhalb der Grenzen des Wellenkammfaktors an.
Integrieren[edit]
Es gibt auch eine Reihe von Geräten, die als integrierende Amperemeter bezeichnet werden.[6][7] In diesen Amperemeter wird der Strom über die Zeit summiert, wodurch sich das Produkt aus Strom und Zeit ergibt; Dies ist proportional zu der mit diesem Strom übertragenen elektrischen Ladung. Diese können zum Messen von Energie (die Ladung muss mit der Spannung multipliziert werden, um Energie zu ergeben) oder zum Schätzen der Ladung einer Batterie oder eines Kondensators verwendet werden.
Picoammeter[edit]
Ein Picoammeter oder Pico-Amperemeter misst sehr geringen elektrischen Strom, normalerweise vom Picoampere-Bereich am unteren Ende bis zum Milliampere-Bereich am oberen Ende. Picoammeter werden für empfindliche Messungen verwendet, bei denen der gemessene Strom unter den theoretischen Empfindlichkeitsgrenzen anderer Geräte wie Multimeter liegt.
Die meisten Picoammeter verwenden eine “Virtual Short” -Technik und verfügen über mehrere verschiedene Messbereiche, zwischen denen umgeschaltet werden muss, um mehrere Jahrzehnte der Messung abzudecken. Andere moderne Picoammeter verwenden eine logarithmische Komprimierung und eine “Stromsenken” -Methode, die eine Bereichsumschaltung und damit verbundene Spannungsspitzen eliminiert.[8] Besondere Überlegungen zum Design und zur Verwendung müssen beachtet werden, um den Leckstrom zu reduzieren, der Messungen wie spezielle Isolatoren und angetriebene Abschirmungen überfluten kann. Dreiachsiges Kabel wird häufig für Sondenverbindungen verwendet.
Anwendung[edit]
Die meisten Amperemeter sind entweder in Reihe mit der Schaltung geschaltet, die den zu messenden Strom führt (für kleine Teilampere), oder ihre Shunt-Widerstände sind ähnlich in Reihe geschaltet. In beiden Fällen fließt der Strom durch das Messgerät oder (meistens) durch seinen Shunt. Amperemeter dürfen nicht direkt an eine Spannungsquelle angeschlossen werden, da ihr Innenwiderstand sehr niedrig ist und überschüssiger Strom fließen würde. Amperemeter sind für einen geringen Spannungsabfall an ihren Klemmen ausgelegt, viel weniger als ein Volt; Die zusätzlichen Stromkreisverluste, die vom Amperemeter erzeugt werden, werden als “Belastung” des gemessenen Stromkreises bezeichnet.
Gewöhnliche Zählerbewegungen vom Weston-Typ können höchstens Milliampere messen, da die Federn und praktischen Spulen nur begrenzte Ströme führen können. Um größere Ströme zu messen, wird ein Widerstand namens a Shunt wird parallel zum Messgerät platziert. Die Widerstände von Shunts liegen im Bereich von ganzzahligen bis gebrochenen Milliohm. Fast der gesamte Strom fließt durch den Shunt, und nur ein kleiner Teil fließt durch das Messgerät. Dadurch kann das Messgerät große Ströme messen. Traditionell hat das mit einem Shunt verwendete Messgerät eine Vollauslenkung (FSD) von 50 mVDaher sind Shunts typischerweise so ausgelegt, dass sie einen Spannungsabfall von erzeugen 50 mV wenn sie ihren vollen Nennstrom führen.
Um ein Mehrbereichs-Amperemeter herzustellen, kann ein Wahlschalter verwendet werden, um einen von mehreren Shunts über das Messgerät anzuschließen. Es muss sich um einen Schalter vor dem Unterbrechen handeln, um zu vermeiden, dass beim Schalten der Bereiche Stromstöße durch die Bewegung des Messgeräts beschädigt werden.
Eine bessere Anordnung ist der von William E. Ayrton erfundene Ayrton-Shunt oder Universal-Shunt, für den kein Schalter vor dem Unterbrechen erforderlich ist. Es vermeidet auch Ungenauigkeiten aufgrund des Kontaktwiderstands. In der Figur wären unter der Annahme einer Bewegung mit einer Vollspannung von 50 mV und gewünschten Strombereichen von 10 mA, 100 mA und 1 A die Widerstandswerte: R1 = 4,5 Ohm, R2 = 0,45 Ohm, R3 = 0,05 Ohm. Und wenn der Bewegungswiderstand beispielsweise 1000 Ohm beträgt, muss R1 auf 4,525 Ohm eingestellt werden.
Geschaltete Shunts werden selten für Ströme über 10 Ampere verwendet.
Null-Center-Amperemeter werden für Anwendungen verwendet, bei denen Strom mit beiden Polaritäten gemessen werden muss, wie es in wissenschaftlichen und industriellen Geräten üblich ist. Null-Mitten-Amperemeter werden üblicherweise auch in Reihe mit einer Batterie geschaltet. Bei dieser Anwendung lenkt das Laden der Batterie die Nadel zu einer Seite der Waage (üblicherweise zur rechten Seite) und das Entladen der Batterie lenkt die Nadel zur anderen Seite. Ein spezieller Typ eines Null-Mitten-Amperemeter zum Testen hoher Ströme in PKW und LKW verfügt über einen schwenkbaren Stabmagneten, der den Zeiger bewegt, und einen festen Stabmagneten, um den Zeiger ohne Strom zentriert zu halten. Das Magnetfeld um den zu messenden Draht führt den sich bewegenden Magneten ab.
Da der Amperemeter-Shunt einen sehr geringen Widerstand aufweist, führt eine irrtümliche Verdrahtung des Amperemeter parallel zu einer Spannungsquelle zu einem Kurzschluss, der bestenfalls eine Sicherung durchbrennt, möglicherweise das Instrument und die Verkabelung beschädigt und einen Beobachter Verletzungen aussetzt.
In Wechselstromkreisen wandelt ein Stromwandler das Magnetfeld um einen Leiter in einen kleinen Wechselstrom um, typischerweise entweder 1 A. oder 5 A. Bei vollem Nennstrom kann dies leicht von einem Messgerät abgelesen werden. In ähnlicher Weise wurden genaue berührungslose AC / DC-Amperemeter unter Verwendung von Hall-Effekt-Magnetfeldsensoren konstruiert. Ein tragbares Hand-Amperemeter ist ein gängiges Werkzeug für die Wartung von industriellen und gewerblichen elektrischen Geräten, das vorübergehend über einen Draht geklemmt wird, um den Strom zu messen. Einige neuere Typen haben ein paralleles Paar magnetisch weicher Sonden, die auf beiden Seiten des Leiters angeordnet sind.
Siehe auch[edit]
- ^ Die Ruheposition der Nadel befindet sich in der Mitte der Waage und die Rückstellfeder kann in beide Richtungen gleich gut wirken.
- ^ vorausgesetzt, seine Frequenz ist schneller als das Messgerät reagieren kann
Verweise[edit]
- ^ LA Geddes, Rückblickend: Wie sich die Messung des elektrischen Stroms im Laufe der Zeit verbessert hat, IEEE-PotenzialeFebruar / März 1996, Seiten 40-42
- ^ Brian Bowers (Hrsg.), Sir Charles Wheatstone FRS: 1802–1875, IET, 2001 ISBN 0-85296-103-0, S. 104-105
- ^ ῥέος, ἱστάναι. Liddell, Henry George; Scott, Robert; Ein griechisch-englisches Lexikon beim Perseus-Projekt.
- ^ ein b c d Frank Spitzer und Barry Howarth, Prinzipien der modernen Instrumentierung, Holt, Rinehart und Winston, New York, 1972, ISBN 0-03-080208-3 Kapitel 11
- ^ “Fragebogen aus der Personenmappe Friedrich Drexler (1858 – 1945)”. Technisches Museum Wien. Archiviert vom Original am 29.10.2013. Abgerufen 2013-07-10.
- ^ http://www-project.slac.stanford.edu/lc/local/notes/dr/Wiggler/Wigrad_BK.pdf
- ^ “Archivierte Kopie” (PDF). Archiviert von das Original (PDF) am 20.07.2011. Abgerufen 2009-12-02.CS1-Wartung: Archivierte Kopie als Titel (Link)
- ^ Ix Innovations, LLC. “PocketPico Amperemeter Betriebstheorie” (PDF). Abgerufen 2014-07-11.
Externe Links[edit]
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Wikimedia Commons hat Medien im Zusammenhang mit Amperemeter. |
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