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LAB2GO Scienza

Amperometro (pagina di esempio per strumenti)

Descrizione

L'amperometro è uno strumento per la misurazione dell’intensità di corrente elettrica. Gli amperometri si distinguono in amperometri digitali e amperometri analogici; oppure in amperometri per correnti continue, per correnti continue e alternate o per sole correnti alternate. A volte sono preceduti da prefissi come microamperometri, milliamperometri o kiloamperometri a seconda della portata.

Immagine Lab2Go

Amperometro digitale

Gli strumenti elettronici possono visualizzare la grandezza misurata con un indice che si muove su una scala graduata, ma più spesso ormai sono statici e visualizzano la misura con un numero sul display. Un amperometro digitale è un voltmetro digitale posto in parallelo ad una resistenza di derivazione (shunt) di alta precisione interna allo strumento. Esistono vari tipi di voltmetri digitali composti da circuiti integrati con funzioni complesse. Ma fondamentalmente essi confrontano la tensione analogica da misurare con una tensione campione generata internamente, facendo una sorta di conteggio che digitalizza la tensione da misurare e il cui risultato viene tradotto nel numero che appare sul display.Dunque tra i blocchi funzionali che li costituiscono quello fondamentale è il convertitore analogico/digitale che attua la trasformazione della tensione analogica in grandezza digitale. Ma la conversione ha bisogno di altri sofisticati circuiti elettronici. Vi sono voltmetri a singola rampa, a integrazione semplice, a doppia rampa, a multi rampa. I voltmetri digitali di buona qualità permettono di misurare tensioni da 10 nV a 1000 V con una velocità di misura di 1 ms. Tra i molti vantaggi che presentano rispetto agli strumenti analogici è bene ricordare che essi possono interfacciarsi con un Personal Computer.

Immagine da rs-online

Amperometri analogici

Gli amperometri analogici sono numerosi. Ne citiamo i più usati nel tempo, molti dei quali sono passati alla storia e sono ormai esposti nei musei. In tutti la resistenza di derivazione deve essere poco sensibile alle variazioni di temperatura, generalmente si usa un resistore a lamine in manganina.

Amperometro magnetoelettrico: È un amperometro a bobina mobile rettangolare immersa nel campo di un magnete permanente. Derivato dal galvanometro di Deprez-d’Arsonval e modificato da Weston che ha sostituito i fili conduttori di sostegno con perni girevoli con supporti di pietre dure, ispirandosi al bilanciere oscillante degli orologi, e usando molle a spirale per la coppia antagonista alla coppia generata dalla bobina. Esso misura solo la corrente continua, ma con un raddrizzatore può misurare il valore efficace della corrente alternata e in questo caso occorrono normalmente due scale e apposite connessioni. Questo tipo era molto apprezzato per sensibilità e precisione con scala lineare.

Immagine da Kreuzer
Immagine da L.Olivieri E. Ravelli,Elettrotecnica Misure Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962


Amperometro a ferro mobile e bobina fissa: Il dispositivo dello strumento è costituito da una bobina fissa in rame percorsa da corrente e, al suo interno, dall'equipaggio mobile costituito da un piccolo nucleo di ferro dolce opportunamente sagomato, eccentrico rispetto all'asse su cui è fissato l'indice, nel caso di attrazione, o da due segmenti cilindrici di ferro dolce (uno fisso e uno mobile collegato all'asse con l'indice) nel caso di repulsione. La coppia antagonista è ottenuta o con un contropeso o più spesso con molla a spirale. La bobina fissa può essere di un paio di spire per portate di un centinaio di ampere o di molte spire per portate dell’ordine di decine di ampere con lo strumento ad inserzione diretta. Le portate possono essere diverse con l’uso di uno shunt posto in parallelo all’amperometro.

Immagine da Sangiorgiosein


Amperometro elettrodinamico: Derivato dagli elettrodinamometri di fine ‘800 è formato i sostanza da una bobina mobile immersa entro il campo di una bobina fissa semplice o doppia avvolte in aria. Se queste si avvolgono su nuclei ferromagnetici lo strumento prende il nome di amperometro ferrodinamico, che è caratterizzato da coppie motrici più forti, ma è meno preciso. La bobina fissa e quelle mobili possono essere collegate in serie per i milliamperometri. Se la bobina mobile si collega in parallelo a quelle fisse (poste in serie fra loro) si ottengono portate superiori. Vi sono poi particolari costruttivi dovuti ad esigenze di buon funzionamento che richiederebbero spiegazioni molto più dettagliate. Era lo strumento migliore per le misure in C.A. e anche adatto per misure in C.C. . Nella prima foto si vede un amperometro elettrodinamico della Siemens & Halske; nella seconda foto di un equipaggio elettrodinamico della Allocchio Bacchini si vedono bene le due bobine: fissa e mobile.

Immagine da L.Olivieri E. Ravelli,Elettrotecnica Misure Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962

Amperometro ad induzione (per sole correnti alternate): Il più semplice di questi strumenti è costituito da un sottile disco di alluminio o di rame che può ruotare tra i poli di due elettromagneti posti in genere a 90° fra loro come nella figura tratta da L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure Elettriche Vol. III CEDAM, Padova, 1962. Sull’asse di rotazione del disco è calettato l’indice e in basso vi è la molla a spirale che genera la coppia antagonista. Le due correnti alternate che percorrono i due elettromagneti sono sfasate fra loro di un angolo da cui dipende l’intensità della coppia motrice. Essa è massima per l’angolo di 90°. La spiegazione del funzionamento di questo tipo di amperometro è piuttosto lunga, pertanto esula da questo contesto. Bisogna poi aggiungere che vi sono tre varianti molto usate: amperometro a induzione con un solo elettromagnete e shaded pole di conduttore, che copre la metà della superficie del polo; amperometro a induzione con un solo elettromagnete di costruzione particolare con una spira in corto circuito posta su una parte del nucleo polare; amperometro a induzione a campo rotante, con un tamburo lamellare di forma particolare e con i due elettromagneti anch’essi disposti e collegati in modo molto particolare.

Immagine da L.Olivieri E. Ravelli,Elettrotecnica Misure Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962
Immagine da L.Olivieri E. Ravelli,Elettrotecnica Misure Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962

Amperometro termico Gli amperometri termici si distinguono in amperometri a filo caldo e amperometri a riscaldamento indiretto.

1)Amperometro a filo caldo. Un filo conduttore sottile e sufficientemente lungo (costruito in genere con leghe di platino e iridio o platino e argento che offrono elevata resistività elettrica, resistenza meccanica, sono inossidabili e invarianti nel tempo) costituisce l’elemento sensibile che riscaldandosi al passaggio di una corrente elettrica si allunga in modo quasi proporzionale al quadrato della corrente. Tale allungamento viene amplificato meccanicamente e trasmesso all’indice. L’aumento di temperatura è proporzionale al quadrato della corrente e la misura che ne deriva è il suo valore efficace. Pertanto è adatto sia a C.C. sia a C.A., inoltre la misura non dipende né dalla frequenza né dalla forma d’onda della corrente. Però la scala non è perfettamente quadratica sia per il sistema di leve, sia per la dispersioni. Le caratteristiche del filo sono necessarie per ridurre al minimo l’inerzia termica e rendere lo strumento.

Immagine da https://www.alte- messtechnik.de/archiv/daten/mewerkbilder-der-elektrischen-messgeraete_1934.pdf

2) L’amperometro a riscaldamento indiretto ha il filo sensibile (in genere è costituito da una spirale piana bimetallica) che viene riscaldato da una apposita resistenza percorsa dalla corrente da misurare. Esso è adatto come strumento da quadro.

Amperometro termoelettrico L’amperometro termoelettrico è costituito da un milliamperometro magnetoelettrico e da una termocoppia. Adatto sia per C.C. che per C.A. La costruzione più semplice è realizzata con un filo riscaldante percorso dalla corrente da misurare nel cui punto mediano sono saldati i capi di due conduttori di metallo diverso (giunto caldo). Gli altri due capi dei due conduttori (a temperatura ambiente) sono collegati ad uno strumento magnetoelettrico. Ad esempio il filo riscaldatore dei primi esemplari poteva essere di manganina e la termocoppia di rame e di costantana . Poi si usarono ad esempio cromel-costantana, ferro-costantana, chromel-alumen, platino-platino+radio, ecc. Nel giunto caldo si genera una forza elettromotrice continua che diviene una differenza di potenziale misurabile ai due capi freddi con uno strumento magnetoelettrico. La f.e.m. è proporzionale alla temperatura del giunto caldo e dunque al quadrato della corrente. La scala va tarata empiricamente per confronto ed è grosso modo di tipo quadratico. La misura non dipende né dalla forma né dalla frequenza della corrente in esame. Fin dagli anni Venti del Novecento, per piccole correnti, tutto il dispositivo termo elettrico era racchiuso in un bulbo di vetro (vedi ad es. https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/oggetto_non67/ ); oppure, per portate più grandi, l’elemento riscaldatore è un grosso nastro corto collegato agli estremi con contati di rame raffreddati da alette; la termocoppia ha il giunto caldo nel punto intermedio.

Esperienze

Esperienze possibili Descrizione
Verifica leggi di Ohm Esperienza per la verifica leggi di Ohm

Sitografia

Link Descrizione
Enciclopedia Treccani Definizione dell'Enciclopedia Treccani dell'amperometro
Kreuzer Immagine amperometro a corrente continua
rs-online Immagine amperometro digitale
Sangiorgiosein Immagine amperometro a ferro mobile
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/ Sito informativo


esempi/fisica/esempio_strumento.txt · Ultima modifica: 2022/01/06 14:49 da pia.astone