Ampe thứ hai

Ampe thứ hai là công cụ đo cường độ dòng điện được kết nối trực tiếp vào mạch. Ampe thứ hai được sử dụng để đo dòng điện rất nhỏ, thường được gọi là miliampe. Tên của thiết bị này được đặt theo đơn vị đo cường độ dòng điện là ampe.

Thiết bị đo ampe can thiệp

Khi đo dòng điện trong một dây dẫn, các thiết bị đo ampe can thiệp phải được kết nối nối tiếp với dây dẫn đó.

Tất cả các thiết bị đo ampe đều tiêu thụ một điện thế nhỏ khi được kết nối vào mạch điện.

Biểu tượng của thiết bị đo ampe trong mạch điện là một vòng tròn có chữ A ở giữa và có thể có các biểu tượng dương và âm hai bên để đo dòng điện một chiều.

Để giảm ảnh hưởng đến mạch điện cần đo, điện thế tiêu thụ trong mạch của thiết bị đo ampe phải càng nhỏ càng tốt. Điều này có nghĩa là trở kháng tương đương của thiết bị đo ampe trong mạch điện phải rất nhỏ so với điện trở của mạch.

Khi kết nối thiết bị đo ampe vào mạch điện một chiều, cần chú ý nối các cực điện theo đúng chiều dòng điện.

Luôn lựa chọn thang đo phù hợp trước khi thực hiện đo: lựa chọn thang lớn nhất trước, sau đó hạ dần cho đến khi thu được kết quả nằm trong phạm vi của thang đo.

Trên nhiều thiết kế, ampe kế là một loại điện kế có cấu trúc phức tạp. Tùy thuộc vào loại điện kế, ampe kế thuộc các loại khác nhau: ampe kế điện từ với khung quay chỉ đo được dòng điện một chiều, ampe kế có sắt quay hoặc ampe kế nhiệt có thể đo cả dòng điện một chiều và xoay chiều.

Ampe kế với khung quay

Ampe kế truyền thống, hay còn gọi là Gavanô kế (điện kế), là một thiết bị chuyển đổi từ cường độ dòng điện sang chuyển động quay trong một cung, dựa trên cuộn dây nằm trong từ trường.

Loại ampe kế truyền thống này thường được sử dụng để đo cường độ dòng điện một chiều trong mạch điện. Thành phần chính là một cuộn dây dẫn, có thể quay quanh một trục, nằm trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây này được gắn với một kim chỉ góc quay trên một thước hình cung. Một lò xo xoắn kéo cuộn và kim về vị trí không khi không có dòng điện. Trong một số thiết bị, cuộn dây có thể được gắn với một miếng sắt, chịu lực hút từ nam châm và cân bằng ở vị trí không.

Khi dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây, dòng điện chịu tác động từ trường (do các điện tích trong dây dẫn chịu lực Lorentz) và bị kéo về một phía, uốn lò xo, và xoay kim. Vị trí của đầu kim trên thước đo tương ứng với cường độ dòng điện qua cuộn dây. Các ampe kế thực tế có cơ chế để làm giảm dao động của kim khi cường độ dòng điện thay đổi, giúp kim quay nhẹ nhàng mà không rung lắc. Một cơ chế làm giảm dao động là sử dụng năng lượng từ dòng điện Foucault. Cuộn dây được gắn vào một đĩa kim loại đặt trong từ trường của nam châm. Mọi dao động của cuộn dây và đĩa tạo ra dòng Foucault trong đĩa. Dòng này làm nóng đĩa, tiêu hao năng lượng dao động và làm giảm dao động.

Để giảm điện trở của ampe kế, cuộn dây bên trong rất nhỏ. Cuộn dây này chỉ chịu dòng điện yếu, nếu không sẽ bị cháy. Để đo dòng điện lớn, người ta kết nối một điện trở nhỏ hơn (gọi là shunt) song song với cuộn dây này để chia sẻ dòng điện. Các mức đo cường độ dòng điện khác nhau tương ứng với các shunt có điện trở khác nhau. Trong các ampe kế truyền thống, các shunt được thiết kế để đảm bảo cường độ dòng điện tối đa qua cuộn dây không quá 50mA.

Việc đọc kết quả từ kim chỉ trên thước đo có thể sai lệch nếu nhìn lệch. Một số loại ampe kế có thêm gương để tạo ảnh của kim phía sau thước đo. Với loại ampe kế này, kết quả đo chính xác nhất là khi ảnh của kim trùng với kim thực.

Ampe kế sắt từ

Ampe kế sắt từ được tạo thành từ hai thanh sắt non trong một ống dây. Một thanh được cố định trong khi thanh còn lại gắn trên trục quay và kết nối với kim chỉ góc quay trên một thước hình cung. Khi dòng điện đi qua ống dây, nó tạo ra một từ trường trong ống. Từ trường này gây ra hiện tượng cảm ứng sắt từ trên hai thanh sắt, biến chúng thành nam châm cùng cực. Hai nam châm cùng cực sẽ luôn đẩy lẫn nhau, không phụ thuộc vào chiều dòng điện qua ống dây. Nhờ lực đẩy này, thanh nam châm di động sẽ quay và góc quay sẽ tương ứng với cường độ dòng điện qua ống dây.

Ampe kế sắt từ có thể đo dòng xoay chiều, do góc quay của kim không phụ thuộc chiều dòng điện.

Ampe kế nhiệt

Bộ phận chính của ampe kế nhiệt là một thanh kim loại mảnh và dài được cuộn lại giống một lò xo xoắn với một đầu gắn cố định, còn đầu kia gắn với một kim chuyển động trên nền một thước hình cung. Khi dòng điện chạy qua, thanh xoắn nóng lên đến nhiệt độ cân bằng (công suất nhiệt nhận được từ dòng điện bằng công suất nhiệt tỏa ra môi trường), và giãn nở nhiệt, đẩy đầu tự do quay. Góc quay, thể hiện bởi vị trí đầu kim trên thước đo, tương ứng với cường độ dòng điện.

Ampe kế điện tử

Ampe kế điện tử thường là một chế độ hoạt động của vạn năng kế điện tử. Cơ chế hoạt động của loại ampe kế này có thể diễn tả như là một volt kế điện tử đo hiệu điện thế do dòng điện tạo ra trên một điện trở nhỏ gọi là shunt. Các thang đo khác nhau được điều chỉnh bằng cách chọn các shunt khác nhau. Cường độ dòng điện được tính dựa trên hiệu điện thế đo được theo định luật Ohm.

Ampe kế không can thiệp vào mạch điện

Ampe kế can thiệp có điểm yếu là cần phải được lắp đặt như một phần của mạch điện. Chúng không phù hợp với các mạch điện có cấu trúc khó thay đổi. Đối với các mạch điện này, người ta có thể sử dụng phương pháp đo từ trường do dòng điện sinh ra để tính toán cường độ dòng điện. Phương pháp này không ảnh hưởng đến mạch điện và an toàn, tuy nhiên độ chính xác đôi khi không cao bằng phương pháp can thiệp.

Cảm biến hiệu ứng Hall

Phương pháp đo này sử dụng hiệu ứng Hall để tạo ra một điện thế tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện cần đo (với hệ số tỷ lệ biết trước).

Điện thế Hall v_H gần như tỷ lệ thuận với cường độ từ trường tạo ra bởi dòng điện, do đó tỷ lệ thuận với cường độ của dòng điện đó. Chỉ cần cuốn một hoặc vài vòng dây mang dòng điện cần đo quanh lõi sắt từ của đầu đo là đủ để tạo ra từ trường kích thích hoạt động của đầu đo. Thậm chí đôi khi chỉ cần kẹp lõi sắt vào gần đường dây là đủ.

Tuy nhiên hiện tượng từ trễ không tuyến tính trong lõi sắt từ có thể làm giảm độ chính xác của phép đo. Người ta thường sử dụng một mạch điện phản hồi để duy trì từ trường trong lõi sắt gần như không đổi, giảm thiểu hiện tượng từ trễ và tăng độ nhạy của đầu đo, như trong hình vẽ. Dòng điện phản hồi i_S được biến đổi thành điện thế ra v_S thông qua bộ khuếch đại điện. Tỷ lệ số vòng cuốn trên lõi sắt từ m (thường từ 1000 đến 10000) liên quan đến tỷ lệ giữa dòng cần đo và dòng phản hồi: i_S = 1/m · i_P.

Các ưu điểm:

• Hiệu điện thế tiêu thụ trên dây cuốn vào đầu đo chỉ khoảng vài mV.
• Hệ thống rất an toàn vì được cách điện với mạch điện.
• Hệ thống có khả năng đo dòng điện xoay chiều từ 0 đến 100kHz.

Hệ thống này cũng được áp dụng trong vạn năng kế điện tử, thậm chí cả trong dao động kế.

Đồng hồ ampe kế kìm

Trong dòng điện xoay chiều, từ trường biến thiên do dòng điện sinh ra có thể tạo ra cảm ứng điện từ trên một cuộn cảm gần dòng điện. Đây là nguyên lý hoạt động của đồng hồ ampe kế kìm.

• Điện học
• Điện tử học
• Dòng điện
• Vạn năng kế
• Đồng hồ ampe kế kìm
• Hiệu ứng Hall

Liên kết ngoài