Az ideális áramerősség-mérő műszer

9596

Ha egy áramköri alkatrészen átfolyó áram erősségét akarjuk megmérni, akkor azt úgy kellene megtenni, hogy a műszeren ugyanakkora áram folyjon át, mint a mérendő alkatrészen. Ehhez sorosan kell őket kötnünk egymással, mert ilyenkor azonosak az áramok (párhuzamos kapcsolás esetén a feszülségek azonosak).

Mit jelent, hogy egy műszer ideális? Azt, hogy a működésével, a mérésével "nem zavarja meg" az áramkört, például áramerősség-mérő műszer esetén a mérendő alkatrészen pont ugyanakkora áram folyik át a műszeres mérés során, mint amekkora az "eredeti" áramkörben folyt át rajta. Nézzük me, hogy módosítja-e az általunk vizsgálandó \(R_1\) ellenálláson átfolyó áramot, ha bekötünk vele sorosan egy véges \(R_{\mathrm{m}}\) ellenállású ampermérőt! Eredetileg a tápegység \(U\) feszültsége teljes egészében az \(R_1\) ellenállásra rákerült, így az eredeti (mérendő) áram:

\[I_1=\frac{U}{R_1}\]

A műszer bekötésével azonban megváltozik a helyzet, hiszen a teljes \(U\) feszültség a sorba kötött \(R_1\)-en és a műszeren szétoszlik, méghozzá az ellenállásaik arányában (a nagyobb ellenállásún nagyobb feszültség esik, méghozzá annyiszor, ahányszor nagyobb az ellenállása a másikénál). Ha az \(R_1\)-re nem az egész \(U\) feszültség jut rá, hanem annak csak egy része, vagyis kevesebb, mint eredetileg, akkor az \(R_1\)-en kevesebb áram fog folyni, mint eredetileg.

Más gondolatmenettel is eljuthatunk ugyanerre a következtetésre: a műszer beiktatásával az áramkör eredő ellenállása megnő, hiszen soros kapcsolásnál az eredőellenállás az egyes ellenállások összege. így a feszültségforrás \(U\) feszültsége egy nagyobb eredő ellenálláson kénytelen átpumpálni az áramot, aminek az lesz az eredménye, hogy kisebb "főági" áramerősség fog kialakulni. Mivel itt csak egyetlen soros kapcsolás van, amiben az áramok azonosak, így a lecsökkent főági áram azt jelenti, hogy az \(R_1\) ellenálások kevesebb áram fog folyni mérés közben, mint eredetileg folyt.

Hogyan történhetne meg, hogy az ampermérő ne zavarja meg az áramkört? Ha az ellenállása végtelenül kicsi (azaz nulla), akkor a mérés közben is az \(R_1\) ellenálláson fog leesni a teljes \(U\) feszültség, így annak árama nem fog megváltozni a műszer beiktatásától.

Az ideális áramerősség-mérő műszer ellenállása nulla.

Természetesen a valóságban az ampermérők ellenállása nem nulla, de sok esetben a mérendő ellenállásokhoz képest lehet jelentősen (nagyságrendekkel) kisebb. Majd a műszerek kiterjesztésénél látni fogjuk, hogy minél nagyobb méréshatárra terjesztjük ki a műszert, annál inkább ideálisként viselkedik.