amperòmetro o ampermètro
Indice
Descrizione generale
sm. [da ampère+-metro]. Strumento di misura dell'intensità della corrente elettrica. Per eseguire la misura viene inserito in serie nel circuito elettrico ed è perciò attraversato dalla corrente stessa, il cui valore viene indicato da un ago su una scala graduata in ampere, in milliampere (in tal caso lo strumento ha il nome di milliamperometro) o in microampere (microamperometro). L'impedenza interna dello strumento deve essere trascurabile rispetto a quella del circuito per non alterarne le condizioni di funzionamento e per ridurre il consumo proprio dello strumento. La portata (massimo valore dell'intensità di corrente che può essere applicato allo strumento) può essere aumentata con derivatori per gli amperometri inseriti in circuiti a corrente continua o con trasformatori di misura nel caso di correnti alternate. Questi ultimi, talvolta, fanno parte integrante dello strumento: per esempio, adottando trasformatori a barra passante, nei quali cioè il primario è costituito dal conduttore sul quale si vuole eseguire la misura e il secondario fa parte dello stesso amperometro, si realizzano amperometri a pinza, utilizzati per la misura di elevate intensità di corrente su impianti funzionanti senza interrompere la continuità dei conduttori. In base al principio di funzionamento, si hanno i seguenti tipi di amperometri: elettromagnetici a bobina mobile e a ferro mobile; elettrodinamici; termici; a induzione.
Amperometri elettromagnetici a bobina mobile
"Per lo schema dell'amperometro elettromagnetico a bobine mobili vedi il lemma del 2° volume." Fra le espansioni di un magnete è posta una bobina mobile "Per lo schema dell'amperometro elletromagnetico a bobine mobili vedi pg. 35 del 2° volume." , sostenuta da due perni; la corrente da misurare è addotta alla bobina da due molle a spirale che forniscono anche la coppia meccanica antagonista. Alla bobina è collegato l'indice, la cui deviazione è proporzionale al valore della corrente. Quest'ultima, percorrendo la bobina, crea un campo magnetico che reagisce con il campo uniforme prodotto dal magnete dando luogo a una coppia. Essendo il campo magnetico della bobina proporzionale alla corrente che la percorre, quanto più essa è elevata, tanto più aumenta la coppia motrice che sollecita la bobina a spostarsi dalla posizione di zero vincendo la resistenza delle molle; la posizione di misura si raggiunge quando le due coppie (motrice e antagonista) si equivalgono. Gli amperometri a bobina mobile derivano dal galvanometro di Deprez-d'Arsonval e servono solamente per misurazioni in corrente continua; il loro impiego con corrente alternata è possibile ricorrendo a raddrizzatori, generalmente inseriti nello strumento stesso. La portata è limitata a poche decine di milliampere (al massimo 100 mA). La scala è uniforme (divisioni equidistanti); in taluni strumenti lo zero è posto al centro della scala: ciò consente di individuare il verso della corrente. Questi amperometri hanno elevata precisione, sono insensibili ai campi perturbatori esterni, non richiedono smorzatori (dispositivi che attenuino le oscillazioni pendolari dell'equipaggio mobile). Gli amperometri elettromagnetici a bobina mobile, corredati di raddrizzatori, pile, derivatori e resistori inseribili tramite appositi commutatori, sono utilizzati per realizzare strumenti universali (tester) che forniscono misure di corrente, tensione e resistenza sia in corrente continua sia in alternata.
Amperometri elettromagnetici a ferro mobile
"Per lo schema dell'amperometro elettromagnetico a ferro mobile vedi il lemma del 2° volume." Constano essenzialmente di una bobina il cui avvolgimento è percorso dalla corrente da misurare "Per lo schema dell'amperometro elettromagnetico a ferro mobile vedi pg. 35 del 2° volume." ; al suo interno si trovano due piastrine di ferro, una solidale con l'indice dello strumento (equipaggio mobile) e l'altra fissata alla bobina. Quando la bobina è percorsa da corrente le due piastrine si magnetizzano nello stesso senso e nasce pertanto una forza di repulsione (coppia motrice) che costringe l'equipaggio mobile a ruotare; la coppia antagonista è fornita da una molla a spirale, con un estremo collegato al perno su cui è montato l'equipaggio mobile e l'altro alla parte fissa dello strumento. Le oscillazioni intorno alla posizione definitiva di misura sono attenuate tramite smorzatori ad aria. Gli amperometri a ferro mobile, di costruzione semplice e robusta, sono molto diffusi soprattutto come strumenti indicatori su quadri elettrici. Servono per corrente continua e alternata. Sagomando opportunamente le piastrine si possono avere scale uniformi, allargate o contratte. Un altro tipo di amperometro a ferro mobile si basa sul potere di una bobina, percorsa da una corrente elettrica, di “succhiare” nuclei o piastrine di ferro.
Amperometri elettrodinamici
"Per lo schema dell'amperometro elettrodinamico vedi il lemma del 2° volume." Derivano dagli elettrodinamometri e sono costituiti da due bobine, una mobile e l'altra fissa "Per lo schema dell'amperometro elettrodinamico vedi pg. 35 del 2° volume." , collegate in serie o in parallelo e disposte a 90º fra loro. Vengono realizzati in due versioni: con bobina fissa in aria; con bobina fissa avvolta su un nucleo magnetico per rinforzare il campo e ottenere, conseguentemente, coppie motrici più elevate (amperometro ferrodinamico). Entrambi i tipi sono muniti di smorzatori ad aria. Gli amperometri elettrodinamici sono impiegabili sia in corrente continua sia in alternata e mantengono a lungo inalterate le loro caratteristiche. La scala è del tipo quadratico (gradazioni proporzionali al quadrato della corrente da misurare).
Amperometri termici
Si basano sull'effetto Joule (un conduttore percorso da corrente si riscalda aumentando la sua temperatura in proporzione al quadrato della corrente). Possono essere a filo caldo "Per lo schema dell'amperometro termico a filo caldo vedi pg. 35 del 2° volume." , "Per lo schema dell'amperometro termico a filo caldo vedi il lemma del 2° volume." a riscaldamento indiretto "Per lo schema dell'amperometro termico a riscaldamento indiretto vedi il lemma del 2° volume." "Per lo schema dell'amperometro termico a riscaldamento indiretto vedi pg. 35 del 2° volume." (detti anche a lamina bimetallica) o a termocoppia "Per lo schema dell'amperometro termico a termocoppia vedi pg. 35 del 2° volume." . "Per lo schema dell'amperometro termico a termocoppia vedi il lemma del 2° volume." Nei primi la sopraelevazione di temperatura provoca un allungamento del conduttore che, opportunamente amplificato, viene trasmesso all'indice dello strumento. Il conduttore attivo (filo caldo) di questi strumenti viene generalmente costruito in leghe di platino-iridio o platino-argento che presentano un'elevata resistività, notevole resistenza meccanica e sono inossidabili e invariabili nel tempo. Gli amperometri a riscaldamento indiretto, meno precisi ma più robusti dei precedenti, si chiamano così perché l'elemento attivo che provoca la deviazione dell'indice non viene percorso da corrente, ma è riscaldato indirettamente da una resistenza contigua in cui passa la corrente da misurare. Tale elemento è generalmente costituito da una lamina bimetallica, formata cioè da due metalli aventi diverso coefficiente di dilatazione sovrapposti e rigidamente collegati: l'aumento di temperatura causa in essa una deformazione che si trasmette all'indice. Gli amperometri a termocoppia, che sono i più diffusi di questa categoria, sono costituiti da un conduttore che riscalda una saldatura fra due metalli diversi (termocoppia): la corrente fatta circolare dalla forza elettromotrice termoelettrica così generata è misurata mediante un amperometro per corrente continua (generalmente a bobina mobile). Questi strumenti misurano il valore efficace della corrente indipendentemente dalla frequenza e sono preferiti quando si abbiano frequenze piuttosto elevate.
Amperometri a induzione
Due elettromagneti, percorsi dalla corrente da misurare, inducono delle correnti su un disco di alluminio (o di rame) libero di ruotare attorno a un asse; la rotazione è limitata da una molla a spirale (coppia antagonista). Poiché le correnti indotte reagiscono con la causa che le ha generate, il disco è sollecitato a ruotare da una coppia motrice. Gli amperometri a induzione servono solamente per misurare in corrente alternata e sono sensibili alle variazioni di frequenza. Essendo la loro costruzione complessa e costosa e la precisione insoddisfacente per gli impieghi pratici, non sono più usati.