آمپرسنج: پنجرهای به جریان الکتریکی
آمپر چیست و چرا اندازهگیری آن مهم است؟
قبل از صحبت درباره آمپرسنج، باید بدانیم دقیقا چه چیزی را اندازه میگیریم. واحد شدت جریان الکتریکی، آمپر (A)2 نام دارد. جریان الکتریکی در حقیقت همان میزان بار الکتریکی است که در یک ثانیه از یک نقطه در مدار میگذرد. تصور کنید سیم برق مانند یک لوله آب است. ولتاژ3 (مثل باتری) فشار آب را ایجاد میکند، اما جریان، مقدار آبی است که از لوله در یک ثانیه عبور میکند.
اندازهگیری این جریان برای ایمنی و عملکرد صحیح دستگاهها حیاتی است. اگر جریانی بیش از حد مجاز از یک سیم نازک بگذرد، مانند این است که بخواهیم حجم زیادی آب را از یک شلنگ باریک عبور دهیم. در این حالت سیم داغ میشود و ممکن است ذوب شود یا حتی باعث آتشسوزی گردد. بنابراین، برای طراحی وسایل برقی، انتخاب سیم مناسب و عیبیابی مدارها، باید بتوانیم جریان را دقیق اندازه بگیریم.
در این فرمول، I شدت جریان بر حسب آمپر، Q بار الکتریکی بر حسب کولن4 و t زمان بر حسب ثانیه است. یک آمپر یعنی در یک ثانیه، یک کولن بار از مقطع سیم عبور کرده است.
انواع آمپرسنج: از عقربهای تا دیجیتال
آمپرسنجها در طول زمان پیشرفت زیادی کردهاند. اساس کار همه آنها این است که جریان عبوری از خودشان را به یک نشانگر (عقربه یا عدد دیجیتال) تبدیل کنند. برای این کار از اثرات مغناطیسی یا الکترونیکی جریان استفاده میکنند.
| نوع آمپرسنج | اساس کار | مزایا | معایب و محدودیتها |
|---|---|---|---|
| آمپرسنج عقربهای (Moving Coil) | استفاده از نیروی مغناطیسی بین یک سیمپیچ حامل جریان و یک آهنربای دائمی. جریان بیشتر، انحراف عقربه بیشتر. | - نیازی به باتری ندارد - نشاندهنده تغییرات سریع جریان |
- فقط برای جریان مستقیم (DC)5 - حساس به ضربه و لرزش - مقاومت داخلی نسبتاً بالا |
| آمپرسنج انبری6 | اندازهگیری میدان مغناطیسی اطراف سیم حامل جریان، بدون نیاز به قطع مدار. | - اندازهگیری بدون قطع سیم و مدار - ایمنی بسیار بالا - مناسب جریانهای بالا |
- برای جریانهای بسیار کوچک (زیر 1 آمپر) دقت کمتری دارد - معمولاً گرانتر است |
| آمپرسنج دیجیتال (مالتیمتر) | تبدیل جریان به ولتاژ توسط یک مقاومت دقیق (شنت7) و اندازهگیری آن ولتاژ توسط مدارات الکترونیکی. | - دقت و خوانایی بالا - اندازهگیری هر دو نوع جریان AC8 و DC - مقاوم در برابر لرزش |
- نیاز به منبع تغذیه (باتری) - برای استفاده باید مدار را قطع کرد و دستگاه را به صورت سری وصل نمود. |
کاربرد عملی: اندازهگیری جریان یک لامپ ساده
بیایید با یک مثال ساده، نحوه استفاده از یک مالتیمتر دیجیتال (که قابلیت اندازهگیری جریان را دارد) را بررسی کنیم. فرض کنید میخواهیم جریان عبوری از یک لامپ قوه کوچک که با یک باتری کتابی 9V روشن میشود را اندازه بگیریم.
وسایل مورد نیاز: یک باتری 9 ولت، یک لامپ کوچک مناسب آن، دو تکه سیم و یک مالتیمتر.
گامبهگام:
۱. تنظیم دستگاه: سلکتور مالتیمتر را روی قسمت اندازهگیری جریان مستقیم (معمولاً با علامت A= یا DCA) و در محدوده مناسب (مثلاً 200m که یعنی 0.2 آمپر) قرار دهید.
۲. اتصال سری: برای اندازهگیری جریان، آمپرسنج باید مانند یک حلقه از زنجیر در مسیر جریان قرار گیرد. یعنی مدار را قطع کنید و آمپرسنج را طوری وصل کنید که جریان از باتری، وارد سر مثبت آمپرسنج شود و از سر منفی آن خارج شده و به لامپ برود. این اتصال "سری" نام دارد.
۳. خواندن مقدار: حالا مدار کامل است و لامپ باید روشن شود. عددی که روی صفحه دیجیتال نمایش داده میشود، شدت جریان عبوری از لامپ بر حسب آمپر است. مثلاً ممکن است عدد 0.15 را نشان دهد که یعنی 150 میلیآمپر جریان از لامپ میگذرد.
این اندازهگیری ساده به شما میگوید لامپ در حالت عادی چقدر انرژی مصرف میکند. اگر این جریان خیلی کمتر یا بیشتر از مقدار استاندارد لامپ باشد، نشاندهنده مشکل در لامپ یا باتری است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ:اتصال موازی آن با دو سر یک وسیله برقی (مثلاً دو سر لامپ) به جای اتصال سری. اگر آمپرسنج را به صورت موازی وصل کنید، مقاومت داخلی بسیار کمی ندارد و مانند یک اتصال کوتاه عمل میکند. این کار جریان بسیار زیادی را از دستگاه میگذراند و احتمال سوختن فیوز داخل مالتیمتر یا حتی آسیب دیدن جدی آن بسیار بالا است. همیشه به خاطر بسپارید: ولتسنج موازی، آمپرسنج سری.
پاسخ: تفاوت کلیدی در نحوه اتصال است. آمپرسنج انبری بدون نیاز به قطع سیم یا تماس مستقیم الکتریکی، تنها با احاطه کردن یک سیم، جریان آن را اندازه میگیرد. این ویژگی آن را برای اندازهگیری جریانهای بالا در وسایل خانگی مانند کولر، یخچال یا سیمهای اصلی برق ساختمان، ایدهآل و بسیار ایمن میکند. تکنسینهای برق اغلب از این نوع استفاده میکنند.
پاسخ: خیر. یک آمپرسنج ساده فقط برای اندازهگیری جریان طراحی شده است. اما دستگاههای چندکارهای به نام مالتیمتر یا مولتیمتر وجود دارند که با تغییر حالت سلکتور، میتوانند هم نقش ولتسنج، هم آمپرسنج و هم اهمسنج (برای اندازهگیری مقاومت) را ایفا کنند. در واقع، آمپرسنج یکی از قابلیتهای اصلی این دستگاه همهکاره است.
پاورقی
1شدت جریان الکتریکی (Electric Current): مقدار بار الکتریکی عبوری از مقطع یک رسانا در واحد زمان. واحد آن آمپر است.
2آمپر (Ampere - A): واحد اصلی SI برای شدت جریان الکتریکی. به نام فیزیکدان فرانسوی، آندره-ماری آمپر نامگذاری شده است.
3ولتاژ (Voltage) یا اختلاف پتانسیل الکتریکی: عاملی که باعث ایجاد و حرکت جریان الکتریکی در یک مدار میشود. واحد آن ولت (V) است.
4کولن (Coulomb - C): واحد اندازهگیری بار الکتریکی. مقدار بار عبوری از یک نقطه در یک ثانیه وقتی جریان یک آمپر باشد.
5جریان مستقیم (Direct Current - DC): جریانی که جهت آن همواره ثابت است. منبع آن معمولاً باتریها و سلولهای خورشیدی هستند.
6آمپرسنج انبری (Clamp Meter): نوعی از آمپرسنج که با اندازهگیری میدان مغناطیسی اطراف هادی، جریان را بدون نیاز به اتصال الکتریکی مستقیم میسنجد.
7شنت (Shunt): یک مقاومت الکتریکی با مقدار دقیق و بسیار کوچک که برای انشعاب بخشی از جریان و تبدیل آن به ولتاژ قابل اندازهگیری در آمپرسنجهای دیجیتال به کار میرود.
8جریان متناوب (Alternating Current - AC): جریانی که جهت و مقدار آن به طور متناوب و دورهای تغییر میکند. برق شهر از این نوع است.
