آمپرسنج: چشمهای مدار برای دیدن جریان الکتریکی
آمپرسنج چیست و چگونه کار میکند؟
برای درک آمپرسنج، ابتدا باید مفهوم جریان الکتریکی را به یاد بیاوریم. جریان، همان حرکت بارهای الکتریکی (معمولاً الکترونها) در یک مسیر بسته مانند سیم است. میزان این حرکت با واحد آمپر سنجیده میشود. یک آمپر تقریباً معادل عبور 6,240,000,000,000,000,000 الکترون از یک نقطه در یک ثانیه است! .
آمپرسنج مانند یک شمارنده الکترون عمل میکند. برای اینکه بتواند تمام الکترونهای در حال عبور را بشمارد، باید سر راه آنها قرار گیرد. بنابراین، قانون طلایی استفاده از آمپرسنج این است: همیشه به صورت سری در مدار وصل میشود .
درون بیشتر آمپرسنجها یک مقاومت بسیار کوچک به نام شانت[3] وجود دارد. وقتی جریان از این مقاومت عبور میکند، بر اساس قانون اهم، یک ولتاژ بسیار ضعیف ایجاد میشود. دستگاه این ولتاژ را اندازهگیری و سپس آن را به عددی بر حسب آمپر تبدیل و روی صفحه نمایش میدهد .
انواع مختلف آمپرسنج: از عقربهای تا انبری
آمپرسنجها بر اساس روش نمایش اطلاعات و مکانیزم داخلی به انواع مختلفی تقسیم میشوند که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند .
| نوع آمپرسنج | روش نمایش | مزایا | معایب/کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|
| آمپرسنج عقربهای (آنالوگ) | نمایش مقدار با حرکت عقربه روی یک صفحه درجهبندی شده | ساده، بدون نیاز به باتری، مشاهده روند تغییرات جریان | دقت کمتر، نیاز به قطع مدار برای نصب |
| آمپرسنج دیجیتال | نمایش مقدار به صورت عددی روی صفحه نمایشگر | دقت بسیار بالا، خواندن آسان، قابلیت ذخیره داده | نیاز به منبع تغذیه (باتری)، نیاز به قطع مدار برای نصب |
| آمپرسنج کلمپی (انبری) | اغلب دیجیتالی - عدد روی نمایشگر | امن و سریع: بدون نیاز به قطع مدار، اندازهگیری جریانهای بالا | برای جریانهای بسیار کوچک ممکن است دقت کمتری داشته باشد |
علاوه بر این، آمپرسنجها از نظر نوع جریانی که اندازه میگیرند نیز تقسیمبندی میشوند: DC[4] (جریان مستقیم مانند باتری) و AC[5] (جریان متناوب مانند پریز برق خانه). برخی مدلها، مانند انواع سیمپیچ متحرک[6]، فقط جریان مستقیم را اندازه میگیرند، در حالی که انواع آهن متحرک[7] یا الکترودینامیکی[8] میتوانند هر دو نوع جریان را اندازهگیری کنند .
آمپرسنج در زندگی روزمره: از خانه تا کارگاه
شاید فکر کنید آمپرسنج فقط یک وسیله تخصصی برای مهندسان است، اما کاربردهای آن بسیار گستردهتر است و به نوعی در زندگی ما حضور دارد .
• بررسی سلامت سیمکشی خانه: تکنسینهای برق با استفاده از آمپرسنج (به ویژه نوع کلمپی) میتوانند بدون قطع برق کل خانه، جریان عبوری از سیمهای اصلی را بررسی کنند تا مطمئن شوند مدار اضافه بار ندارد و ایمن است .
• عیبیابی خودرو: آمپرسنجهای مخصوص خودرو که معمولاً روی صفحه کیلومتر شمار دیده میشوند، جریان دینام و باتری را نشان میدهند. اگر عقربه آمپر به سمت منفی برود، یعنی باتری در حال دشارژ است و ممکن است دینام مشکل داشته باشد .
• سرگرمی و پروژههای الکترونیک: اگر به ساخت ربات یا مدارهای الکترونیکی ساده علاقه دارید، یک آمپرسنج دیجیتال کوچک (که اغلب بخشی از یک مولتیمتر[9] است) به شما کمک میکند مصرف قطعاتی مانند الایدیها یا موتورها را بسنجید و از سالم بودن مدار مطمئن شوید.
• سیستمهای انرژی خورشیدی: در پنلهای خورشیدی کوچک خانگی، از آمپرسنج برای نظارت بر جریان تولید شده توسط پنلها و جریان ذخیره شده در باتریها استفاده میشود تا بازده سیستم بهینه شود .
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: این یک اشتباه بزرگ و خطرناک است. از آنجا که مقاومت داخلی آمپرسنج بسیار کم است (نزدیک به صفر) ， اتصال موازی آن معادل ایجاد یک مسیر کوتاه بین دو قطب باتری است. در این حالت جریان بسیار زیادی به صورت ناگهانی از دستگاه عبور میکند که میتواند در کسری از ثانیه فیوز داخل آمپرسنج را ذوب کند، سیمهای آن را بسوزاند و حتی باتری را نیز خراب یا منفجر کند. همیشه به خاطر بسپارید: ولتسنج موازی، آمپرسنج سری.
پاسخ: اصل کار متفاوت است. آمپرسنج کلمپی بدون تماس مستقیم الکتریکی کار میکند. این دستگاه با استفاده از قانون القای الکترومغناطیسی، میدان مغناطیسی اطراف سیم حامل جریان را اندازه میگیرد و آن را به عدد آمپر تبدیل میکند . بزرگترین مزیت آن امنیت و سرعت است. برای مثال، یک تکنسین برای اندازهگیری جریان یک موتور صنعتی بزرگ نیازی به باز کردن تابلو برق و قطع کردن سیمهای ضخیم ندارد. فقط کافیست انبرک دستگاه را دور یکی از سیمها ببندد و عدد را بخواند. این کار هم خطر برقگرفتگی را کاهش میدهد و هم باعث توقف کار سیستم نمیشود.
پاسخ: هر آمپرسنج یک محدوده اندازهگیری حداکثر دارد (مثلاً 0-10A). اگر جریانی بیشتر از این حد از دستگاه عبور کند، احتمال آسیب دیدن شدید آن وجود دارد. برای جلوگیری از این مشکل، از قطعهای به نام "شانت خارجی" استفاده میشود. این یک مقاومت با مقدار دقیق و بسیار کم است که به صورت موازی با آمپرسنج وصل میشود. طوری طراحی شده که قسمت عمده جریان زیاد از خودش عبور کند و فقط یک جزء کوچک و بیخطر از آن از مسیر آمپرسنج بگذرد. دستگاه با دانستن نسبت این تقسیم، عدد نهایی جریان اصلی را محاسبه و نشان میدهد .
پاورقی
[1]آمپرسنج (Ammeter): ابزاری برای اندازهگیری شدت جریان الکتریکی. واحد اندازهگیری آن آمپر است .
[2]آمپر (Ampere - A): یکای اصلی جریان الکتریکی در سیستم SI. به افتخار فیزیکدان فرانسوی، آندره-ماری آمپر نامگذاری شده است .
[3]شانت (Shunt): یک مقاومت الکتریکی با مقدار بسیار کم که به صورت موازی با آمپرسنج قرار میگیرد تا محدوده اندازهگیری آن برای جریانهای بالا گسترش یابد .
[4]جریان مستقیم (Direct Current - DC): جریانی که جهت آن همواره ثابت است. منبع آن معمولاً باتریها و سلولهای خورشیدی است.
[5]جریان متناوب (Alternating Current - AC): جریانی که جهت و مقدار آن به طور دورهای تغییر میکند. برق شهری از این نوع است.
[6]سیمپیچ متحرک (Moving Coil): نوعی مکانیزم اندازهگیری در آمپرسنجها که معمولاً فقط برای جریان مستقیم به کار میرود .
[7]آهن متحرک (Moving Iron): نوعی مکانیزم اندازهگیری در آمپرسنجها که برای هر دو نوع جریان مستقیم و متناوب قابل استفاده است .
[8]الکترودینامیکی (Electrodynamic): نوعی از آمپرسنج با دقت بالا که از دو سیمپیچ (ثابت و متحرک) برای اندازهگیری جریان استفاده میکند .
[9]مولتیمتر (Multimeter): وسیلهای چندکاره که معمولاً قابلیت اندازهگیری ولتاژ، جریان و مقاومت الکتریکی را در یک دستگاه ترکیب میکند.
