آمپرمتر چیست و چه انواعی دارد؟

تصور کنید که به عنوان یک مهندس برق در حال تحلیل یک مدار پیچیده هستید و برای این کار به دانستن جریان الکتریکی در قسمتی از مدار نیاز دارید. با پیشرفت فناوری، ابزارهای دقیق و مفید در علوم و صنایع اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. یکی از ابزارهای کلیدی در این زمینه، آمپرمتر است که برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی به‌کار می‌رود.

آمپرمتر به شما امکان می‌دهد که جریان را به سرعت و با دقت اندازه‌گیری کرده و مدار را تحلیل کنید. این ابزار به مهندسان و تکنسین‌ها در نگهداری و بهینه‌سازی عملکرد مدارها و دستگاه‌ها کمک می‌کند.

آمپرمتر، ابزار اندازه‌گیری جریان الکتریکی است که در مدارها به کار می‌رود. آمپرمترها به‌صورت سری در مدار قرار می‌گیرند و جریان را بر حسب آمپر، واحد اندازه‌گیری جریان، می‌سنجند. با توجه به اهمیت اندازه‌گیری جریان در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، انواع مختلفی از آمپرمترها تولید شده است.

تاریخچه آمپرمتر

تاریخچه آمپرمتر به قرن ۱۹ و رشد علم الکتریسیته و الکترومغناطیس برمی‌گردد. اولین آمپرمترها در اواخر قرن ۱۹ با استفاده از اصول مغناطیسی ساخته شدند. با پیشرفت فناوری، آمپرمترهای دیجیتال در دهه ۱۹۵۰ و آمپرمترهای اتوماتیک در دهه ۱۹۸۰ با قابلیت‌های پیشرفته‌تر به بازار عرضه شدند.

آمپرمتر کجا کاربرد دارد؟

آمپرمترها در صنایع مختلف کاربرد دارند. در الکترونیک برای اندازه‌گیری جریان در وسایل الکتریکی، در برق و نیروگاه‌ها برای نظارت بر جریان سیستم‌ها و تجهیزات و در پژوهش‌های علمی برای اندازه‌گیری دقیق جریان الکتریکی به کار می‌روند. این ابزار در تحلیل و بررسی نتایج تحقیقات علمی نقش مهمی ایفا می‌کند.

پارامترهای کلیدی در انتخاب آمپرسنج

در انتخاب آمپرسنج باید به پارامترهای متعددی توجه کرد. در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها می‌پردازیم.

حداکثر جریان اندازه‌گیری: هر آمپرسنج دارای یک حداکثر جریان مجاز است که باید با دقت انتخاب شود تا از آسیب جلوگیری شود.

دقت اندازه‌گیری: دقت بالا در آمپرسنج‌ها برای تحلیل دقیق مدارها اهمیت دارد.

نوع نمایشگر: آمپرسنج‌ها ممکن است دارای نمایشگر دیجیتال یا آنالوگ باشند. نمایشگر دیجیتال معمولاً خوانایی و دقت بیشتری دارد.

مصرف انرژی: آمپرسنج‌هایی که انرژی کمتری مصرف می‌کنند، برای کاربردهای مختلف مناسب‌تر هستند.

مقاومت الکتریکی: مقاومت پایین در آمپرسنج باعث کاهش خطا در اندازه‌گیری جریان می‌شود.

محدوده‌های اندازه‌گیری: آمپرسنج‌ها با محدوده‌های مختلفی عرضه می‌شوند، از میلی آمپر تا مگا آمپر. انتخاب مناسب محدوده به دقت اندازه‌گیری کمک می‌کند.

نمونه‌هایی از آمپرسنج‌ها:

- آمپرسنج دیجیتال 0-20 میلی آمپر برای جریان‌های کوچک

- آمپرسنج آزمایشگاهی 0-5 آمپر برای جریان‌های متوسط

- آمپرسنج خودرو 0-100 آمپر برای جریان‌های بالا

- آمپرسنج صنعتی 0-1000 آمپر برای جریان‌های بسیار بالا

در انتخاب آمپرسنج، دقت به این پارامترها می‌تواند به بهبود عملکرد و دقت اندازه‌گیری کمک کند.

محافظت در برابر جریان‌های بیش از حد برای جلوگیری از خرابی آمپرمترها ضروری است. آمپرمترها معمولاً با مکانیزم‌های حفاظت در برابر جریان‌های بالا طراحی می‌شوند. این مکانیزم‌ها شامل موارد زیر هستند:

1. مقاومت داخلی محدود: آمپرمترها معمولاً دارای مقاومت کمی هستند که جریان را کاهش می‌دهد و از دستگاه در برابر جریان‌های بالا محافظت می‌کند.
2. طراحی داخلی: ممکن است شامل قطعات حفاظتی مانند فیوزها یا سوئیچ‌های جریان بالا باشد که در صورت وجود جریان بیش از حد، مدار را قطع می‌کنند.
3. ترمیستورها: در صورت افزایش دما که معمولاً به علت افزایش جریان است، مقاومت ترمیستورها کاهش می‌یابد و به عنوان یک حفاظت دمایی عمل می‌کند.
4. مدارهای نظارتی: این مدارها جریان را به‌طور مداوم مانیتور کرده و در صورت افزایش ناگهانی جریان، دستگاه را خاموش می‌کنند.

ابعاد و وزن سبک آمپرمترها استفاده از آن‌ها در شرایط مختلف را آسان می‌کند. آمپرمترها با ویژگی‌های مناسب اندازه‌گیری دقیق و ایمن را در محیط‌های مختلف فراهم می‌کنند.

در مورد مراحل استفاده از آمپرمتر، نحوه استفاده بسته به نوع آمپرسنج متفاوت است. برای مثال، آمپرمترهای کلمپی برای اندازه‌گیری بدون قطع مدار استفاده می‌شوند. اما به‌طور کلی، برای استفاده از آمپرمتر به‌صورت سری در مدار باید مراحل خاصی را دنبال کرد.

مراحل استفاده از آمپرمتر

برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی در یک مدار، ابتدا مدار را خاموش کنید. سپس آمپرمتر مناسب را با توجه به نوع و مقدار جریان انتخاب کرده و یکی از سیم‌های مدار را جدا کرده و پراب‌های آمپرمتر را به محل مورد نظر متصل نمایید. پس از روشن کردن مدار، مقدار جریان را از نمایشگر آمپرمتر بخوانید. اگر از آمپرمتر دیجیتال استفاده می‌کنید، مقدار جریان با دقت نمایش داده می‌شود.

توجه داشته باشید که آمپرمتر در جهت صحیح جریان قرار گیرد. در آمپرمترهای دیجیتال این مورد اهمیت ندارد، اما در آمپرمترهای آنالوگ، جهت جریان بسیار مهم است. برای مشخص کردن جهت صحیح جریان می‌توانید از قوانین الکترومغناطیس بهره ببرید.

طبق این قوانین، جریان از قطب مثبت به منفی یک منبع میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با استفاده از قطب‌نما می‌توان جهت آن را تشخیص داد.

پس از اندازه‌گیری، مدار را خاموش کرده و آمپرمتر را جدا کنید تا اتصالات به صورت ایمن باز شوند. در صورت نیاز، تغذیه‌ای که قطع کرده‌اید را مجدداً وصل کنید.

انواع آمپرمتر کدام‌اند؟

آمپرمترها از لحاظ عملکرد به هفت دسته تقسیم می‌شوند: دیجیتالی، آنالوگ، انتگرالی، آهنربای متحرک، آهن متحرک، سیم داغ و سیم پیچ متحرک. همچنین نوع الکترودینامیکی نیز وجود دارد. از نظر شکل ظاهری، آمپرمترها به مدل‌های رومیزی، تابلویی و کلمپی دسته‌بندی می‌شوند. به دلیل کاربرد فراوان آمپرمتر کلمپی، این نوع از آمپرمتر مورد توجه بیشتری قرار می‌گیرد.

آمپرمتر کلمپی ابزاری است که برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی بدون نیاز به قطع کردن مدار استفاده می‌شود. این ابزار عمدتاً برای جریان‌های متناوب (AC) به کار می‌رود. یکی از اجزای اصلی آمپرمتر کلمپی، "کلمپ" است که به شکل حلقه طراحی شده و با قرار گرفتن حول سیم یا کابل، قادر به اندازه‌گیری جریان می‌باشد. در داخل کلمپ، سنسور جریانی وجود دارد که به تغییرات میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی حساس است و اطلاعات را به دستگاه ارسال می‌کند. بخش مدار اندازه‌گیری شامل نمایشگر و مدارهای الکترونیکی است که اطلاعات دریافتی از سنسور جریان را به واحد آمپر تبدیل کرده و نمایش می‌دهد. برخی از آمپرمترهای کلمپی دارای دکمه‌ها و تنظیماتی هستند که امکان تغییر محدوده اندازه‌گیری و بازبینی اطلاعات را فراهم می‌کنند.

آمپرمتر کلمپی

آمپرمترهای کلمپی به دلیل توانایی اندازه‌گیری جریان بدون نیاز به قطع مدار، در مدارهای غیرقابل قطع مانند مدارهای برق خانگی بسیار مفید هستند.

آمپرسنج دیجیتال با استفاده از مدار الکترونیکی و میکروپروسسورها، جریان را به صورت عددی بر روی نمایشگر دیجیتال نشان می‌دهد. این نوع آمپرمتر بسیار دقیق‌تر از نمونه‌های آنالوگ است و می‌تواند جریان‌های کوچک، AC و DC را اندازه‌گیری کند. در صنایع و تحقیقات علمی کاربرد دارد.

آمپرمتر آنالوگ (analog)

آمپرمتر آنالوگ از سیم‌پیچ یا مکانیزم آهن متحرک برای نمایش جریان استفاده می‌کند و به دلیل سادگی، قیمت مناسب و استحکام بالا، مورد توجه است.

آمپرسنج انتگرالی (Integrating)

آمپرسنج انتگرالی، نوعی آمپرمتر دیجیتال است که برای اندازه‌گیری جریان متناوب AC طراحی شده و از روش تبدیل انتگرالی بهره می‌برد. این دستگاه‌ها دقیق بوده و جریان‌های کوچک و بزرگ با فرکانس‌های مختلف را اندازه‌گیری می‌کنند. صفحه نمایش دیجیتال و امکاناتی مانند ذخیره‌سازی و اتصال به سیستم‌های کنترلی از ویژگی‌های آن‌هاست.

به طور کلی، آمپرمترهای مختلف با توجه به نیازهای مختلف، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و خانه‌ها دارند.

آمپرمتر آهنربای متحرک (Moving magnet) مشابه آمپرمتر سیم‌پیچ متحرک عمل کرده و با استفاده از یک آهنربای دائم، موقعیت عقربه را تغییر می‌دهد و جریان‌های تا چند ده آمپر را اندازه‌گیری می‌کند. در این نوع آمپرمتر، نیازی به عبور جریان از فنر نیست، زیرا نیروی بازگشت عقربه بوسیله یک آهنربای دائم تأمین می‌شود.

آمپرمتر‌ آهنربای متحرک (Moving magnet)

آمپرمتر آهن متحرک (Moving iron) با استفاده از قطعه‌ای فرومغناطیس، میدان مغناطیسی تولید می‌کند که باعث حرکت عقربه می‌شود و جریان را به صورت بصری نمایش می‌دهد.

آمپرمتر سیم داغ (Hot wire) برای اندازه‌گیری جریان‌های AC و DC با استفاده از انبساط حرارتی سیم کاربرد دارد. این نوع آمپرمتر دقت پایین و زمان پاسخ‌دهی کندی دارد و در اندازه‌گیری جریان فرکانس رادیویی و مقدار موثر (RMS) جریان AC مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آمپرسنج آهن متحرک (Moving iron)

آمپرمتر سیم‌پیچ متحرک (Moving coil) رایج‌ترین نوع آمپرمتر آنالوگ است که با جریانی که از سیم‌پیچ می‌گذرد، انحراف مکانیکی اشاره‌گر را روی صفحه مدرج ایجاد می‌کند.

آمپرمتر الکترودینامیکی (Electrodynamic) از آهنربای الکتریکی برای حرکت عقربه استفاده کرده و قابلیت اندازه‌گیری جریان‌های AC و DC را دارد، همچنین مقدار TRMS یا True RMS جریان AC را نمایش می‌دهد.

تفاوت آمپرمتر DC و AC

تفاوت آمپرمتر DC و AC در طراحی و عملکرد آن‌هاست. آمپرسنج‌های DC اغلب از سیم‌پیچ یا مکانیزم آهن متحرک برای تشخیص جریان مستقیم بهره می‌برند، در حالی که آمپرسنج‌های AC معمولاً از ترانسفورماتور جریان (CT) استفاده می‌کنند که جریان بالا را به جریان کمتر تبدیل می‌کند تا قابل اندازه‌گیری باشد. آمپرمترهای DC مخصوص جریان مستقیم کالیبره شده‌اند و آمپرمترهای AC برای جریان متناوب تنظیم می‌شوند. کالیبراسیون به شکل موج جریان بستگی دارد؛ مثلاً یک آمپرمتر AC ممکن است برای اندازه‌گیری مقدار RMS یک موج سینوسی کالیبره شود.

جمع بندی

در این نوشته، با عملکرد و کاربرد آمپرمتر آشنا شدیم. انواع آمپرسنج‌ها را بر اساس مکانیزم عملکرد و نوع جریان عبوری بررسی کرده و تفاوت‌های آمپرمتر با مولتی‌متر و گالوانومتر را به صورت مختصر توضیح دادیم.