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O amperímetro é um instrumento utilizado para fazer a medição (obter a medida) da intensidade no fluxo da corrente elétrica que passa através da seção transversal de um condutor.[1] A unidade usada é o ampere, em homenagem ao físico e matemático francês André-Marie Ampère.
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Como a corrente elétrica passa através dos condutores e dispositivos ligados a eles, para aferir a corrente que passa por alguma região de algum circuito, deve-se colocar o amperímetro em série com esta, sendo necessário abrir o circuito no local da medição.[1] Por isso, para as medições serem precisas, é necessário que o amperímetro tenha uma resistência interna muito pequena comparada à do circuito.[1]
Amperímetros podem medir correntes contínuas ou alternadas. Dependendo da qualidade do aparelho, pode possuir várias escalas que permitem seu ajuste para obter valores com a máxima precisão possível.
Na medição de corrente contínua, deve-se ligar o instrumento com o polo positivo no ponto de entrada da corrente convencional, para que a deflexão do ponteiro seja para a direita.
O amperímetro analógico nada mais é do que um galvanômetro adaptado para medir correntes de fundo de escala maiores que a sua corrente de fundo de escala, do galvanômetro, IGM. Por isso, é necessário desviar a sobrecorrente, formando um divisor de corrente com o galvanômetro em paralelo com uma resistência de desvio (shunt) RS. Sendo ainda:
Temos que:
E temos que:
O valor da resistência interna do amperímetro é um dos fatores importantes que está relacionado ao erro de medida do instrumento. A medição de corrente é feita intercalando-se o amperímetro em série com o circuito no qual deseja-se medi-la. Portanto, o amperímetro ideal é aquele que possui resistência interna nula. Como isso é impossível, ao se fazer uma medição de corrente, introduz-se um erro devido à modificação causada no circuito pela resistência interna do amperímetro. A tolerância da resistência shunt é outro fator que está relacionado ao erro de medida do instrumento. Em geral, os instrumentos de medição são construídos com resistores de precisão, com tolerâncias de 1%.
A relação entre corrente elétrica, campos magnéticos e forças físicas foi notada pela primeira vez por Hans Christian Ørsted em 1820, que observou que uma agulha de bússola foi desviada de apontar para o norte quando uma corrente fluiu em um fio adjacente. O galvanômetro tangente foi usado para medir as correntes usando este efeito, onde a força restauradora retornando o ponteiro para a posição zero foi fornecida pelo campo magnético da Terra. Isso tornou esses instrumentos utilizáveis apenas quando alinhados com o campo da Terra. A sensibilidade do instrumento foi aumentada usando espiras adicionais de fio para multiplicar o efeito - os instrumentos foram chamados de "multiplicadores"[2].
Alguns instrumentos são medidores de painel , feitos para serem montados em algum tipo de painel de controle . Destes, o tipo plano, horizontal ou vertical é frequentemente chamado de medidor de borda .
O galvanômetro D'Arsonval é um amperímetro de bobina móvel. Ele usa a deflexão magnética , onde a corrente que passa por uma bobina colocada no campo magnético de um ímã permanente faz com que a bobina se mova. A forma moderna deste instrumento foi desenvolvida por Edward Weston e usa duas molas em espiral para fornecer a força restauradora. O entreferro uniforme entre o núcleo de ferro e os polos do ímã permanente torna a deflexão do medidor linearmente proporcional à corrente. Esses medidores têm escalas lineares. Os movimentos básicos do medidor podem ter deflexão em escala total para correntes de cerca de 25 microamperes a 10 miliamperes.[3]
Como o campo magnético é polarizado, a agulha do medidor atua em direções opostas para cada direção da corrente. Um amperímetro CC é, portanto, sensível à direção em que está conectado; a maioria é marcada com um terminal positivo, mas alguns têm mecanismos de centro zero e podem exibir correntes em qualquer direção. Um medidor de bobina móvel indica a média (média) de uma corrente variável através dele, que é zero para CA. Por esse motivo, medidores de bobina móvel só podem ser usados diretamente para CC, não CA.
Este tipo de movimento do medidor é extremamente comum para amperímetros e outros medidores derivados deles, como voltímetros e ohmímetros .
Amperímetros de ímã móvel operam essencialmente no mesmo princípio que a bobina móvel, exceto que a bobina é montada na caixa do medidor e um ímã permanente move a agulha. Amperímetros de ímã em movimento são capazes de transportar correntes maiores do que instrumentos de bobina em movimento, geralmente várias dezenas de amperes, porque a bobina pode ser feita de um fio mais grosso e a corrente não precisa ser carregada pelas molas. De fato, alguns amperímetros desse tipo não têm nenhuma mola, em vez disso, usam um ímã fixo permanente para fornecer a força de restauração.
Um amperímetro eletrodinâmico usa um eletroímã em vez do ímã permanente do movimento d'Arsonval. Este instrumento pode responder tanto à corrente alternada quanto à corrente contínua[3] e também indica o RMS verdadeiro para CA. Consulte Wattímetro para um uso alternativo para este instrumento.
Amperímetros de ferro em movimento usam um pedaço de ferro que se move quando acionado pela força eletromagnética de uma bobina fixa de fio. O medidor de ferro móvel foi inventado pelo engenheiro austríaco Friedrich Drexler em 1884.[4] Este tipo de medidor responde tanto a correntes diretas quanto alternadas (ao contrário do amperímetro de bobina móvel, que funciona em apenas corrente contínua ). O elemento de ferro consiste em uma aleta móvel presa a um ponteiro e uma aleta fixa, rodeada por uma bobina. Conforme a corrente alternada ou contínua flui através da bobina e induz um campo magnético em ambas as palhetas, as palhetas se repelem e a palheta em movimento desvia contra a força restauradora fornecida por finas molas helicoidais.[3] A deflexão de um metro de ferro em movimento é proporcional ao quadrado da corrente. Consequentemente, esses medidores normalmente teriam uma escala não linear, mas as partes de ferro são geralmente modificadas para tornar a escala bastante linear na maior parte de seu alcance. Instrumentos de ferro em movimento indicam o valor RMS de qualquer forma de onda CA aplicada. Amperímetros de ferro em movimento são comumente usados para medir a corrente em circuitos CA de frequência industrial.
Em um amperímetro de fio quente, uma corrente passa por um fio que se expande à medida que aquece. Embora esses instrumentos tenham um tempo de resposta lento e baixa precisão, às vezes eram usados para medir correntes de radiofrequência.[3] Eles também medem o RMS verdadeiro para uma CA aplicada.
Da mesma forma que o amperímetro analógico formou a base para uma ampla variedade de medidores derivados, incluindo voltímetros, o mecanismo básico de um medidor digital é um voltímetro digital, e outros tipos de medidor são construídos em torno dele.
Projetos de amperímetro digital usam um resistor de derivação para produzir uma tensão calibrada proporcional ao fluxo de corrente. Essa tensão é então medida por um voltímetro digital, por meio do uso de um conversor analógico-digital (ADC); o display digital é calibrado para exibir a corrente através do shunt. Esses instrumentos são frequentemente calibrados para indicar o valor RMS apenas para uma onda senoidal, mas muitos projetos indicam o RMS verdadeiro dentro das limitações do fator de crista da onda.
Há também uma variedade de dispositivos chamados amperímetros de integração.[5] Nestes amperímetros a corrente é somada ao longo do tempo, dando como resultado o produto da corrente pelo tempo; que é proporcional à carga elétrica transferida com essa corrente. Eles podem ser usados para medir a energia (a carga precisa ser multiplicada pela voltagem para fornecer energia) ou para estimar a carga de uma bateria ou capacitor .
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