Lamperometro è uno strumento per misurare l'intensità di corrente elettrica che percorre un conduttore, dove l'unità di misura è l'ampere (leggi ampèr) con il simbolo A, e così è stata nominata in onore del fisico e matematico francese André-Marie Ampère. L'amperometro è uno strumento per misurare le grandezze elettriche, insieme a: voltmetro, wattmetro, varmetro, frequenzimetro, cosfimetro (o fasometro), ecc.
Come per altri strumenti, i parametri fondamentali di un amperometro sono tre: la classe di precisione (o classe), la portata, la risoluzione. Altri parametri non meno importanti, sono la tensione di isolamento e il tipo di corrente elettrica misurata: se corrente continua o corrente alternata, e se è solamente sinusoidale o anche di altre forme d'onda diverse.
Tipi di amperometri Premessa
Esistono vari strumenti per misurare la corrente che passa in un conduttore, basati sulla misurazione del campo magnetico generato dalla corrente (misuratori magnetoelettrici), del riscaldamento indotto in una resistenza campione (misuratori termici), della tensione indotta su una resistenza campione (misuratori elettrostatici o voltmetrici).
Amperometro ideale Lamperometro ideale è un bipolo la cui resistenza è nulla e che misura la corrente che passa in un ramo di un circuito. Essendo a resistenza nulla la sua inserzione in serie a qualsiasi ramo del circuito non altera in alcun modo il funzionamento del circuito medesimo; l'amperometro ideale si comporta infatti come un cortocircuito. Malgrado non esistano amperometri ideali nella realtà, ha una notevole importanza teorica e nella simulazione dei circuiti.
Amperometro magnetoelettrico Principio di funzionamento
Gli amperometri magnetoelettrici misurano la corrente attraverso una misurazione indiretta del campo magnetico generato da essa. Il primo tipo di amperometro è stato proprio magnetoelettrico: il galvanometro di Deprez-d'Arsonval.
Per misurare correnti tra le decine di milliampere (millesimi di ampere) e circa 1.000 ampere, si colloca in parallelo allo strumento una resistenza, chiamata shunt (derivatore di corrente), che viene attraversato dalla stragrande maggioranza della corrente che lo strumento misura, scavalcando così lo strumento di misura vero e proprio. Questo accorgimento consente di riportare la corrente che passa per lo strumento di misura a un valore all'interno del suo range operativo.
Nel caso si debba misurare una corrente ben oltre i 1.000 ampere fino a oltre 100.000 ampere, lo shunt (deviatore) è molto complesso nella sua costruzione. Questo è necessario nel caso si debba misurare la corrente di alcune macchine operatrici molto grandi (laminatoi, ecc.) o ad esempio di processi elettrochimici o anche per la trazione elettrica.
Esistono due metodi distinti per poter misurare correnti elettriche continue di grande intensità: Trasduttori magnetici Trasduttori a effetto Hall
Trasduttori magnetici I trasduttori magnetici sono dei trasformatori di misura per corrente continua. In particolare, essi normalmente consistono di due nuclei magnetici identici, dove nel primario circola la corrente da misurare (di solito si tratta di una barra infilata all'interno dei due nuclei) e i due secondari hanno le spire avvolte nel verso contrario. Nei due secondari si fa circolare una corrente alternata di adeguata intensità: dalla misura del valore massimo della corrente alternata si può ricavare il valore della corrente continua. Con questo metodo si possono raggiungere anche delle discrete precisioni (1,0%). La presenza di un trasduttore implica anche che la tensione della barra dove circola la corrente continua (tensione che può essere anche molto elevata) non può venire in contatto con l'operatore: i due circuiti sono accoppiati magneticamente ma separati elettricamente (il circuito della corrente continua da quello della corrente alternata).
Trasduttori a effetto Hall
Per poter misurare correnti continue di elevata intensità si può utilizzare il generatore di Hall. La corrente continua, grazie a un elettromagnete, produce un flusso magnetico che investe una sottile piastra di un materiale idoneo (antimoniuro di indio, arseniuro di indio, tellurio, bismuto, ecc). Tale piastra è anche attraversata da una piccola corrente continua (circa 200 - 300 milliampere) ortogonale al flusso magnetico, denominata corrente di controllo. L'effetto Hall induce una tensione continua direttamente proporzionale alla corrente di controllo, al flusso che investe la sonda e a una costante dipendente dalle dimensioni della sonda medesima. Tale tensione, normalmente dell'ordine di grandezza dei decimi di volt, può essere misurata con un voltmetro (preferibilmente potenziometrico o elettrostatico per evitare effetti di second'ordine), usualmente tarato in ampere in modo da evitare i calcoli per poter risalire alla nostra corrente da misurare.La bobina fissa di questo strumento può essere costituita da una sola spira, permettendo di raggiungere portate dirette di oltre 100 ampere, o di molte spire di filo di piccola dimensione se invece la portata dell'amperometro non è molto elevata.
Amperometro elettromagnetico
L'autoconsumo (ovvero la potenza assorbita dall'amperometro) di questi strumenti è in generale molto piccolo. Molto spesso questi amperometri possiedono un commutatore per eseguire il cambio di portata senza interrompere il circuito dove sono installati.
In genere questi amperometri hanno portate che variano da un minimo di 0,5 ampere a un massimo di 200 ampere.
Amperometro elettrodinamico Principio di funzionamento Per il principio di funzionamento vedi Strumenti di misura per grandezze elettriche. Amperometro elettrodinamico Come si è descritto nel Principio di funzionamento, gli strumenti elettrodinamici possiedono due bobine, quando si utilizzano come amperometri queste due bobine possono essere collegate sia in serie, sia in parallelo. Amperometro elettrodinamico con bobine in serie Nel caso di collegamento in serie, visto che nella bobina mobile la corrente ci viene portata dalle molle antagoniste, la portata dell'amperometro è di pochi milliampere (millesimi di ampere). Con correnti maggiori, si distruggerebbe l'amperometro medesimo. Le correnti che attraversano le due bobine sono in fase tra loro. Amperometro elettrodinamico con bobine in parallelo Se vogliamo un amperometro che possa misurare correnti più intense dobbiamo collegare le due bobine in parallelo. Anche gli amperometri elettrodinamici sono sensibili alle variazioni di temperatura, per poter minimizzare tali effetti si inserisce in serie a ogni bobina una opportuna resistenza di manganina. Se ben costruito questo strumento è insensibile alla frequenza della corrente elettrica che lo attraversa, visto che è possibile fare in modo che le due correnti (nonostante i circuiti siamo in parallelo) siano in fase tra loro. Questo amperometro può essere utilizzato sia per correnti continue sia per correnti alternate. Un amperometro così costruito è in grado di misurare il valore efficace della corrente anche se la corrente stessa contiene armoniche che ne modificano la forma dell'onda. La portata normale di questi amperometri è di solito di 5 o 10 ampere. Anche con questi strumenti è possibile variare la portata dello strumento senza interrompere la corrente nel circuito. Metodo di misura per correnti oltre i 10 ampere Utilizzare uno shunt (deviatore), quando si vuole misurare correnti alternate ancora più grandi, come è usuale negli amperometri magnetoelettrici, non è proponibile per la difficoltà di costruire un adeguato deviatore con un rapporto tra resistenza e induttanza identico all'amperometro stesso. In questi casi si preferisce ricorrere all'impiego di trasformatori di corrente (TA) con rapporto di trasformazione che può variare da 50/5 sino a 250/5.
Amperometri termici Principio di funzionamento Per il principio di funzionamento vedi Strumenti di misura per grandezze elettriche.
Amperometri a dilatazione termica Negli amperometri a dilatazione termica la corrente da misurare percorre la resistenza che va a scaldare la spirale bimetallica. Questo amperometro può essere utilizzato per misurare ogni tipo di corrente elettrica indipendentemente se continua, alternata o a qualunque forma d'onda essa sia. Un amperometro così costruito è meccanicamente molto robusto ed è di grande utilità nel caso non sia desiderata una grande prontezza di risposta nell'indicazione. Spesso e volentieri può servire, nelle applicazioni pratiche, l'indicatore di massima corrente come è spiegato nel principio di funzionamento.In passato erano utilizzati degli amperometri a dilatazione termica denominati amperometri a filo caldo dove un filo di platino veniva percorso dalla corrente da misurare. Questa corrente provocava il riscaldamento del filo di platino che si deformava e, con una serie di rinvii, comandava l'indice dello strumento. Oggi, questi strumenti, sono completamente abbandonati.
Un esempio di applicazione pratica di un amperometro a dilatazione termica si ha quando, volendo misurare la corrente utilizzata da una macchina funzionante a carico variabile utilizzando uno strumento di altro tipo, vedremmo l'ago dello strumento oscillare continuamente senza poter giudicare il carico medio della nostra macchina.
Questo strumento ha il vantaggio di mostrare direttamente il valore efficace termicamente equivalente della corrente.
Strumenti di misura a termocoppia o termoelettrici Gli strumenti a termocoppia si possono suddividere in due grandi famiglie. Strumenti a termocoppia a riscaldamento diretto. Strumenti a termocoppia a riscaldamento indiretto.
Gli amperometri a termocoppia a riscaldamento diretto sono concettualmente costruiti da un milliamperometro magnetoeletrico (vedi amperometri magnetoelettrici) e da una coppia termoelettrica riscaldata dalla corrente da misurare. La coppia termoelettrica è saldata sul filo attraversato dalla corrente da misurare. Al passaggio della corrente si genera, sulla saldatura, un aumento di temperatura e tra i due capi della coppia termoelettrica conseguentemente si genera una tensione continua misurabile con un milliamperometro magnetoelettrico.
Gli amperometri a termocoppia a riscaldamento indiretto sono concettualmente identici a gli amperometri a termocoppia a riscaldamento diretto, differendo da questi per il fatto che la termocoppia non è saldata sul filo che si scalda. La termocoppia è riscaldata per conduzione termica o per irraggiamento termico.
Questi strumenti a termocoppia sono tarati in modo empirico e sono ideali per misurare (visto la grande sensibilità degli strumenti magnetoelettrici) anche correnti ad alta frequenza. Nel caso si debba misurare una corrente ad alta frequenza è, però, molto meglio utilizzare gli amperometri a termocoppia a riscaldamento indiretto perché la capacità parassita dello strumento è inferiore.
Tutti gli strumenti a termocoppia non possono sopportare nessun sovraccarico, visto la già grande temperatura della termocoppia.
Amperometri elettrostatici Principio di funzionamento Per il principio di funzionamento vedi Strumenti di misura per grandezze elettriche. Amperometro elettrostatico