Малогабаритный стрелочный амперметр на 5 ампер: очень дёшево и очень сердито

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com (подробнее »)
| Обзор | Инструменты

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 очень недорогой стрелочный амперметр на 5 Ампер.

Прибор был приобретён на Алиэкспресс здесь. Цена — $2, плюс доставка $1.5 (при одновременном заказе нескольких приборов стоимость доставки, по идее, должна быть, как за один; 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).

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):

1 А — 1.08 А

3 А — 3.2 А

5 А — 5.4 А.

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-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, это не значит, что ему нельзя найти никакого 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.

Купить этот амперметр (и другие стрелочные амперметры на 1 А, 10 А и др.) можно здесь.

Всем спасибо за внимание!

6 комментариев

K
Спасибо, отличный обзор получился. Как раз присматриваю что-то такое для хоббийных поделок, в которых абсолютная точность не особо важна, зато по приблизительным значениям, по положению стрелки, сразу видно, порядок с измеряемым параметром или что-то не то. Получается, если для какого-то блока питания, который естественно теплый, так еще и точность довольно приличня будет. :)
Шкала внутри прибора — металлическая пластинка или пластик?
Hans-Kristian
Шкала — окрашеный алюминий.
н
Вообще-то точность средств измерения ВСЕГДА! указывалась при температуре окружающей среды 20 градусов. Или специально описывались иные условия измерений. Так что тут автор не совсем прав. А так действительно, рано отказываться от стрелочных приборов, у них масса достоинств: и энергонезависимость, и автоматическое интегрирование показаний, устойчивость к внешним воздействиям, возможность мгновенно оценить показания боковым зрением. А точность зависит от выбора диапазона измерений, и может при правильном его выборе быть практически очень большой.
g
(при одновременном заказе нескольких приборов стоимость доставки, по идее, должна быть, как за один; но я не проверял)
что там проверять, плюсик в лоте нажал и вуаля, цена доставки выросла в 2 раза.
Hans-Kristian
Попробовал промоделировать ситуацию: положил товар в корзину и поставил галочки «к оплате» (но не оплачивал).
За один прибор оказалась полная цена с доставкой ($3.47),
за два — скидка $0.75 (итого $6.19),
за четыре — скидка $2.62 (итого $12.24).
В общем, получается не так, и не этак. :)
I
Уважаемый автор, давайте уточним про класс точности. 2,5 — это предельное отклонение в 2,5% не от любого показания, а от предела шкалы, то есть от 5 ампер: получается максимальная абсолютная погрешность 0,125 А, вот её добавляем к выставленному Вами току и получаем пригодное для оценки точности значение — 1,125 А для 1 А, а у Вас получилось 1,08 А, то есть даже лучше допустимого. Для 3 ампер получается многовато — 3,2 вместо допустимых 3,125, однако не «ужас-ужас». Ну, а отсчёт 5,4 А — это очень приблизительная оценка: да, по геометрии похоже на 0,4 сверх 5 А, но конструктив-то не рассчитан на измерения за пределами шкалы; лучше бы сделать наоборот: выставить стрелку на 5 А и сравнить с показаниями цифрового тестера.
Всё равно получается не очень красиво в плане точности, однако не надо забывать, что у Вашего «эталона» тоже есть погрешность — показание «3.00» вовсе не означает, что ток ровнёхонько 3 ампера плюс-минус ноль целых шиш десятых-сотых, то же про «1.00» и «5.00».

Добавить комментарий