Стрелочный амперметр 10 А и стрелочный амперметр 2 А — тест и обзор
Несмотря на тотальное наступление цифровых измерительных приборов, стрелочные индикаторы не собираются сдаваться.
Да, цифровые индикаторы — точнее.
Но аналоговые стрелочные приборы тоже имеют массу достоинств, основные из них:
1. Их показания «в первом приближении» мгновенно схватываются глазами: осознать положение стрелки мозг может быстрее, чем величину, отображаемую несколькими цифрами;
2. Достоинство, вытекающее из предыдущего: динамика измеряемой величины (рост, снижение, колебания) лучше понятны и заметны на стрелочном индикаторе;
3. Стрелочные вольтметры и амперметры не требуют внешнего питания: они «питаются» измеряемым напряжением (током) и работают вечно без замены батареек.
В этом обзоре будут представлены и протестированы два стрелочных амперметра: на 10 Ампер и на 2 Ампера постоянного тока.
Цена на дату обзора на AliExpress с доставкой — около $ 3.5; проверить актуальную цену и/или купить можно здесь. Там же можно купить амперметры на 1 — 50 Ампер в таких же корпусах; при одновременной покупке нескольких приборов — скидка.
Внешний вид и конструкция стрелочных амперметров постоянного тока на 10 А и 2 А
Амперметры пришли из Китая в маленькой картонной коробке, внутри которой дополнительно они были завернуты в полиэтиленовые пакеты вместе со своими комплектами крепежа.
Так выглядят тестируемые стрелочные индикаторы:
Далее детально будем рассматривать стрелочный амперметр на 2 А постоянного тока, так как приборы — абсолютно идентичные, и различаются только пределом измерений.
Габариты лицевой стороны амперметра — 44.8 x 44.5 мм (Ш x В), полная высота амперметра (длина) — 36 мм, высота части амперметра, расположенной сзади лицевой панели — 27.2 мм (приведены данные измерений).
Вид с лицевой стороны:
На шкале расположены только 20 делений — маловато будет! Никто не мешал сделать между ними промежуточные «маленькие» деления, тогда считывание результата было бы проще и точнее.
Справедливости ради надо сказать, что на стрелочном амперметре на 10 А делений больше, их — 25. Это уже лучше.
Нижняя часть лицевой панели (где расположена механическая часть амперметра) символически закрыта от любопытных глаз «матовой» частью переднего защитного стекла.
«Символически» — поскольку стекло можно снять и посмотреть, что за ним находится. Это будет сделано далее.
В нижней части защитного стекла (которое на самом деле — пластик, разумеется) расположены два винта, которые удерживают его на приборе.
Вид амперметра снизу:
Знаками «+» и «-» обозначены контакты для подключения амперметра в цепь с измеряемым током (резьба М3), а два штыря с резьбой М3 в нижней части фото предназначены для закрепления амперметра на приборной панели.
Знаки «+» и «-» выполнены в виде рельефного утолщения, и заметны не очень хорошо. Чтобы их различить, может потребоваться «повертеть» прибор, подбирая оптимальное падение внешнего освещения для различения знаков полярности.
Что интересно: обозначения полярности есть только на амперметре на 2 А, а на амперметре 10 А полярность не обозначена. «Угадай-ка — интересная игра». 🙂
Теперь — вид амперметра в профиль сверху:
Толщина передней части амперметра, которая будет расположена наружу от приборной панели — 8.8 мм.
Теперь — снимаем защитное стекло и смотрим на механизм стрелочного амперметра:
Теперь — то же самое, но немного в другом ракурсе:
Механизм — стандартный, вполне соответствующий типовой схеме на протяжении последних ста лет (примерно).
Теоретически, есть даже возможность подстройки нуля, если он вдруг «уплывёт». Но, чтобы он не «ушел» сам, механизм регулировки застопорен красной краской.
Но одна вещь сделана здесь грубовато.
Обратите внимание на капельку припоя, напаянную на нерабочем конце стрелки (правый нижний угол механизма, примерно под буквой «S» магнитной системы).
Видимо, она напаяна для уравновешивания противоположных частей стрелки, чтобы её положение не менялось при повороте прибора из горизонтального положения в вертикальное и обратно.
Стрелка при этом, действительно, положения не меняет; хотя и достигнуто это не слишком изящным способом. Главное — результат!
И, наконец, снимаем шкалу и совсем оголяем механизм:
Здесь видна ещё одна деталь устройства — шунт, соединяющий внешние выводы прибора. За счет падения напряжения на шунте проходит ток через рамку и отклоняется стрелка.
Напряжение на шунте, соответствующее максимальному отклонению стрелки (2 А), составляет 94 мВ.
Шунт на стрелочном амперметре 10 А , соответственно, должен иметь сечение в 5 раз больше.
Кроме шунта, здесь хорошо видно кольцо вокруг магнитной системы прибора (точнее — цилиндр). Его назначение — защита от внешних магнитных полей (экранирование).
Контакты рамки подключены непосредственно к шунту. Из этого проистекает отсутствие термокомпенсации (обычно делается в виде дополнительного резистора, но часто стрелочные приборы производятся без термокомпенсации).
К точности механических компонентов есть претензии.
Я попробовал аккуратно подёргать стрелку прибора вперёд-назад, и обнаружилась её «болтанка» (люфт) примерно на 0.3 — 0.5 мм. Многовато будет!
В комплект амперметра входит также необходимый крепёж, и даже немного сверх необходимого:
На фото в правой стороне — 4 комплекта гаек М3 с необходимыми дополнениями для подключения амперметра к цепи и его монтажа на приборной панели; а в левой стороне — 2 комплекта гаек М4 с дополнениями, которые к прибору никак не подходят (да и не требуются).
Ладно, пусть будут: в кулацком хозяйстве всё пригодится! 🙂
Испытания стрелочных амперметров постоянного тока на 10 А и 2 А
Тестовый стенд состоял из следующих компонентов: лабораторного блока питания, охлаждаемого водой резистора, тестируемого амперметра и цифрового мультиметра, установленного на предел измерений 10 А. Все составные части были соединены последовательно.
Температура окружающей среды — 19 градусов.
Так эта конструкция выглядела в сборе (вид сверху):
При расчётах погрешности считаем показания цифрового мультиметра истинными (его погрешностью пренебрегаем и всю её «сваливаем» на стрелочный индикатор).
Сначала испытываем стрелочный амперметр на 2 А.
Проверка проходила при двух значениях тока: при отклонении стрелки на 1 А и на 2 А.
Вот результат для тока с отклонением стрелки на 1 А:
Погрешность — большая, 13.6%.
Следующий результат — для тока с отклонением стрелки на 2 А:
Здесь ситуация с погрешностью — получше: 6.4%; хотя и это — далеко не идеал.
Переходим к стрелочному амперметру на 10 Ампер.
Проверка производилась при токах с отклонением стрелки на 4 А, 6 А, 10 А.
Результат для тока с отклонением стрелки на 4 А:
Результат — почти абсолютно точный; погрешность — 0.25%.
Далее — результат для тока с отклонением стрелки на 6 А:
Погрешность — 1.2%, очень неплохо.
И, последний результат, для показаний в 10 А:
Погрешность — 4.1%, приемлемо.
В заключение этой главы надо напомнить, что протестированный стрелочный прибор не имеет системы термокопенсации, и его показания будут сильно зависимы от температуры окружающей среды.
Это связано с тем, что сопротивление обмотки из медной проволоки на рамке прибора имеет температурный коэффициент около 0.4% на градус. Соответственно, при изменении температуры на 10 градусов погрешность увеличится на 4%.
А если прибор будет установлен на аппаратуре с сильным нагревом, то погрешность увеличится ещё больше.
Кстати, некоторые древнесоветские недорогие стрелочные приборы тоже строились без термокомпенсации, и факт увеличения погрешности отражался в инструкциях по эксплуатации.
Например, страница инструкции на сверхпопулярный в 1960-х и начале 1970-х годов прибор Ц-20 (нужная часть обведена красной рамкой):
Кстати, нормальной для этого прибора была указана температура +20±5 градусов, а весь допустимый диапазон температур составлял от +10 до +35 градусов.
Окончательный диагноз стрелочных амперметров на 2 А и 10 А
Точность протестированных приборов оставляет желать лучшего.
Но, по большому счету, они и не предназначены для точных измерений.
Стрелочные приборы, предназначенные для точных измерений, выглядят совсем по-другому.
Это — приборы с крупной шкалой со множеством делений (а не 20 и 25 делений, как у протестированных приборов).
Часто в профессиональных стрелочных приборах делается ещё и «зеркальная» шкала для повышения точности считывания показаний (смотреть на шкалу надо так, чтобы стрелка и её отражение визуально совпали).
А протестированные стрелочные приборы предназначены лишь для приблизительной оценки тока в испытуемой цепи и проверки общего функционирования контролируемой аппаратуры.
Вот с последней задачей они вполне в состоянии справиться.
Что же касается погрешности измерений, то определённая в обзоре погрешность приборов относится именно к протестированным экземплярам приборов; и может рассматриваться только как ориентир, а не как окончательное значение.
Где купить: можно здесь. Там же можно купить амперметры на 1 — 50 Ампер в таких же корпусах; при одновременной покупке нескольких приборов — скидка.
Ваш Доктор.
25 февраля 2021 г.
Обзоры других измерительных приборов — здесь.
Весь раздел DIY электроника — здесь.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Источник
Малогабаритный стрелочный амперметр на 5 ампер: очень дёшево и очень сердито
Стрелочные электрические измерительные приборы (вольтметры и амперметры) существуют уже почти 200 лет (в XIX веке они именовались гальванометрами); и до сих пор не собираются сходить с арены.
Казалось бы, приборы с цифровой индикацией должны вытеснить их окончательно и бесповоротно. Ан нет!
У стрелочных приборов есть недостаток: они имеют более низкую точность, чем цифровые; но зато у них есть другие незаменимые преимущества:
- их показания быстрее воспринимаются наблюдателем (особенно — выход за допустимые пределы), именно поэтому стрелочные индикаторы вряд ли исчезнут из автомобилей;
- оценка уровня показаний возможна даже «косым» взглядом;
- на стрелочных приборах лучше заметна тенденция измеряемой величины (рост / снижение);
- за счет инерционности стрелки снижается мелкое шумовое «дрожание» показаний;
- стрелочные вольтметры и амперметры не требуют питания (за исключением экстремально-низких или высоких значений измеряемой величины).
А для обеспечения нужной точности никто не запрещает дополнить аналоговую индикацию цифровой. 🙂
Итак, в обзоре будет рассмотрен недорогой стрелочный амперметр на 5 Ампер.
Надеюсь, обзор будет полезен и с научно-познавательной точки зрения (как это устроено и какие есть проблемы).
Внешний вид, конструкция, внутреннее устройство стрелочного амперметра
Прибор построен по классической схеме и с классическим же внешним видом:
Корпус прибора и его защитное стекло — пластиковые.
На обратной стороне прибора — 4 штыря с резьбой М3.
Два верхних штыря — это контакты для подключения к электрической цепи, в которой надлежит измерить ток. Кстати: производитель забыл обозначить, где плюс, а где — минус (плюс — слева).
Два нижних штыря предназначены для закрепления стрелочного амперметра на какой-либо поверхности (приборной панели и т.п.).
Два винта на передней панели (точнее — два шурупа) удерживают защитное стекло.
Габариты амперметра — 45*45*36 мм, из них высота лицевой панели 9 мм.
Регулировки нуля снаружи прибора не предусмотрено, но она доступна, если снять переднее защитное стекло.
Снимем стекло и посмотрим, что там есть.
Как видите, на лицевой панели указан класс точности 2.5 (т.е. 2.5%). Как покажет тестирование, это — довольно смелое заявление, но не вполне соответствующее действительности.
Положение нуля хорошо настроено производителем, но в случае необходимости можно ноль подстроить.
Магнитная система прибора частично защищена от внешних воздействий стальным экраном цилиндрической формы.
На противоположном от шкалы конце стрелки можно заметить слегка размазанную капельку припоя. Это — не производственный дефект, а необходимая часть конструкции, уравновешивающая стрелку.
Благодаря этому стрелка почти не меняет положения при изменении ориентации амперметра (горизонтальная / вертикальная).
Проверка показала, что изменение положения стрелки тестируемого амперметра при таких поворотах происходит менее, чем на толщину стрелки, т.е. изменением можно пренебречь.
Теперь снимаем с прибора его шкалу и смотрим на ещё одну очень простую, но очень важную деталь прибора — на его шунт:
Шунт здесь представлен не в виде отдельного изделия, а просто в виде изогнутого куска проволоки из спец. сплава с нужным сопротивлением.
Чего здесь не хватает?!
Не хватает какого-либо элемента термокомпенсации. Зачем он нужен и к каким последствиям приводит его отсутствие — разберёмся в следующей главе, где и будет протестирован этот такой простой, но такой хитрый прибор.
Технические испытания стрелочного амперметра 5 А
В принципе, стрелочные амперметры могут тестироваться по очень многим параметрам, но в данном обзоре в глубокие дебри погружаться не будем.
Ограничимся точностью, термостабильностью и влиянием близкого расположения больших масс металла.
Причём, надо сказать, что вопрос с термостабильностью показаний в стрелочных индикаторах не прост.
Катушка, намотанная на рамку, имеет высокий температурный коэффициент сопротивления (ТКС), ибо для меди он высок и составляет около 0.38% на градус (правда, для некоторых других металлов он ещё выше; например, для алюминия составляет 0.43% на градус).
Поэтому в приборе должны быть предусмотрены какие-то меры компенсации, иначе показания будут «гулять» по мере прогрева аппаратуры.
Причём эта проблема наиболее актуальна именно для амперметров.
В стрелочных вольтметрах внешнее сопротивление подключается не параллельно катушке, а последовательно; и доля сопротивления, вносимого самой катушкой, получается небольшой (зависит от предела измерений и других параметров).
Начнём тесты с точности.
Проверим при трёх значениях тока: 1 А, 3 А, 5 А. Ток задавался с помощью лабораторного блока питания Longwei LW-K3010D (обзор) и мощного резистора 3 Ом, а контролировался мультиметром DT9205A.
Измерения проводились при температуре окружающей среды +8 градусов (неотапливаемая лоджия).
Почему именно там проводились измерения?! При естественном освещении (дневной свет) должны были получиться более качественные фотографии.
Но оказалось, что тест в таких условиях приводит и к неожиданным результатам измерений.
Итак, итоги измерений (поданный ток и ток, измеренный стрелочным амперметром):
Погрешность достигла 8%; т.е. намного выше указанных на самом приборе 2.5%!
В качестве причины такого безобразия под подозрение сразу попала пониженная температура окружающей среды в этом эксперименте.
После чего был проведён эксперимент с повышением температуры прибора до 39 градусов.
Для повышения температуры использовалось высокотехнологичное оборудование: кастрюля с горячей водой; а стрелочный амперметр и датчик термометра располагались на крышке. Для более или менее корректного измерения температуры датчик температуры был расположен вплотную к корпусу амперметра.
Тест проводился при токе 3 Ампера, вот результат:
Для более наглядного сравнения результатов, посмотрите вырезанные и расположенные рядом фотки амперметра при токе 3 А и температурах +8°С и +39°С:
Из этого можно сделать два вывода:
- термокомпенсации в приборе нет никакой: ни явной, ни скрытой;
- показания прибора оптимизированы под температуру окружающей среды около +30°С (по крайней мере, это касается протестированного экземпляра).
В принципе, такая оптимизация имеет право на жизнь: при расположении амперметра на приборной панели на него будет передаваться часть тепла от обслуживаемого аппарата, и показания случайно могут оказаться точными. 🙂
Но в большинстве случаев его показания будут пригодны лишь для качественной, а не количественной оценки величины протекающего тока.
И, наконец, последний и самый простой тест: оценка влияния расположенных вблизи больших масс металла.
Для этого теста использовался ещё один высокотехнологичный прибор: спортивная гантель 10 кг.
При поднесении её шара к стрелочному амперметру его показания не изменились. С этим — всё в порядке. Но данный результат не следует распространять на расположение рядом намагниченных предметов: в этом случае возможно всё, что угодно.
Итоги и выводы
Протестированный стрелочный амперметр никак не может быть признан средством измерения.
Это — «показометр», как сейчас, принято именовать приборы подобного уровня. Показометрами могут быть не только амперметры и вольтметры, но и даже некоторые недорогие цифровые осциллографы (например, DSO150 (обзор).
Тем не менее ему можно найти применения. Его точность достаточна для контрольных функций, приближенной оценки потребления аппаратуры и её общей исправности. Пригодность к использованию в этих функциях — несомненный плюс прибора с учётом его цены и отсутствия необходимости в каком-либо обслуживании.
Прибор был приобретён на Алиэкспресс здесь. Цена — $2, плюс доставка $1.5 (при одновременном заказе нескольких приборов стоимость доставки, по идее, должна быть со скидкой; но я не проверял). Там же можно приобрести амперметры с пределами измерений от 1 до 50 А (для приборов > 15 А может потребоваться внешний шунт).
Источник