Измерение тока. виды и приборы. принцип измерений и особенности

Содержание:

Несколько слов о силе тока, и для чего ее бывает нужно измерять
- Цены на мультиметры
Элементы корпуса
Процесс проверки сопротивлений резисторов
Измерение Силы тока в цепи электроприбора, подключенного к источнику питания
Основные принципы замера силы тока
Сила тока в проводнике
Как измерять силу тока в электрической цепи амперметром самостоятельно
- Характеристики тока
Применение амперметра
- Расчет шунта для амперметра
- Внутреннее сопротивление амперметра
Возможные неисправности
Несколько слов о силе тока, и для чего ее бывает нужно измерять
- Цены на мультиметры

Несколько слов о силе тока, и для чего ее бывает нужно измерять

Для начала вспомним, что же это такое – сила электрического тока.

Этот показатель (I) измеряется в амперах и входит в число основных физических величин, определяющих параметры той или иной электрической цепи. К двум другим относят напряжение (U, измеряется в вольтах) и сопротивление нагрузки (R, измеряется в омах).

Как преподносилось в школьном курсе физики, электрический ток является направленным движением заряженных частиц по проводнику. Если рассматривать с большим упрощением, вызывается он электродвижущей силой, возникающей из-за разности потенциалов (напряжения) на полюсах (клеммах, контактах) подключенного источника питания. По своей сути сила тока показывает количество этих самых заряженных частиц, проходящих через конкретную точку (элемент схемы) в единицу времени (секунду).

На величину силу тока в цепи влияют два других параметра. Напряжение связано прямой пропорциональностью – так, например, его увеличение вызывает и повышение силы тока. Сопротивление – наоборот, то есть с его ростом при том же напряжении сила тока снижается.

Забавная картинка, наглядно демонстрирующая взаимосвязь основных величин электрической цепи: «Вольт стремится «пропихнуть» Ампер по проводнику, преодолевая препятствия, чинимые Омом».

А слева на иллюстрации показано графическое, удобное для восприятия, изображение закона Ома, показывающего эти взаимосвязи. Из этой «пирамиды» легко составляются формулы в их привычном написании:

U = I × R

I = U / R

R = U / I

Итак, сила тока измеряется в амперах. С некоторым упрощением можно объяснить так, что 1 ампер – это ток, который возникнет в проводнике сопротивлением 1 ом, если к нему приложить напряжение, равное одному вольту.

Кроме основной единицы, используют и производные. Так, довольно часто приходится иметь дело с миллиамперами. Из самого термина понятно, что 1 мА = 0.001 А.

Кстати, сразу упомянем, и про мощность. Ток в 1 ампер, вызванный напряжением 1 вольт, выполнит работу в 1 джоуль. А если это привести к единице времени (секунде), то получится значение мощности, равное 1 ватту.

Это определяется формулой закона Джоуля-Ленца:

P = U × I

где Р – мощность, выраженная в ваттах.

Для чего все это рассказывалось? Да просто потому, что большинство случаев замера силы тока, так сказать, на бытовом уровне, так или иначе связано с определением других параметров. Согласитесь, мало кому придет в голову мысль: «а дай-ка я проверю силу тока просто так», то есть без дальнейшего практического приложения. Тем более что, как уже упоминалось выше, работа с амперметром – наиболее сложная и зачастую небезопасная.

Например, в каких случаях чаще всего замеряют силу тока:

Для уточнения реальной потребляемой мощности того или иного бытового электроприбора. Промерив значения силы тока и напряжения несложно по формуле вычислить и мощность.
Этот же промер и последующий расчет позволяют оценить, советует ли подводимая линия питания таким нагрузкам.
Случается, что подобные «ревизии» позволяют выявить пока еще скрытые, незамеченные дефекты прибора – когда значение силы тока (и мощности, соответственно) намного отличаются от заявленного в паспорте номинала в ту или иную сторону.
Измерения силы тока позволяют оценить степень заряженности автономных источников питания – аккумуляторов и батареек. Проверка их по напряжению никогда не дает объективной картины. Вольтметр может показать, скажем, положенные 1.5 вольта, но уже спустя несколько минут элемент питания безнадежно «сядет». То есть проверку следует проводить именно измерением силы тока.
Таким измерением можно выявить утечку тока, там, где ее по идее быть не должно. Это часто практикуется автомобилистами, если у них есть подозрения, что аккумулятор слишком активно разряжается, когда машина «отдыхает» в гараже или на стоянке. Проведенная проверка позволяет локализовать участок утечки и избежать, кстати, немалых проблем, к которым она может привести.

Цены на мультиметры

мультиметр

Умение замерять силу тока позволяет выявить утечку в электрохозяйстве автомобиля

Иногда требует проверки зарядное устройство аккумулятора – выдает ли оно необходимое значение тока зарядки.

Возможны и иные случаи, когда требуется иметь объективные данные о реальной силе тока. Но основные случаи все же перечислены.

Элементы корпуса

Приборы для измерения влажности воздуха: принцип работы, виды, достоинства и недостатки

Так как все большим спросом стали пользоваться цифровые модели, обозначения и основные характеристики мультиметров будут рассмотрены именно на их примере.

Они оснащены жидкокристаллическим экраном, который выдает измеренные значения величин. Чуть ниже расположен, вращающийся вокруг своей оси переключатель. Он указывает выбранный вид и пределы измерений.

К гнездам на корпусе мультиметра присоединяются 2 щупа с проводами: красный или положительный, черный или отрицательный.

К разъему подписанному, как «земля» либо «СОМ», всегда подключается отрицательный щуп. Положительный подсоединяется в любое другое гнездо.

Процесс проверки сопротивлений резисторов

Как срабатывает автоматический выключатель переменного тока технические характеристики виды и типы принцип работы

Проверку начинают с замера номинала резистора. После прикосновения щупами к выводам, на дисплее должен отобразиться номинал элемента. Нужно учесть, что фактический номинал может отличаться от того, который показывает мультиметр. Это происходит из-за того, что погрешность показания прибора составляет 0.5 Ом

Следует принять во внимание, что в мультиметре присутствует еще и внутреннее сопротивление. Это ведет к невозможности измерения параметров сопротивления у резисторов с небольшим номиналом

Важно знать, что:

Конструкция элементов сопротивления представляет собой керамическое основание и обмотку из высокоомной жилы. Если во время замеров мультиметр покажет значения, близкие к нулю, это, скорее всего, означает, что резистор вышел из строя. Вероятно, в нем произошло замыкание ближайших витков. Если же тестер покажет чрезмерное сопротивление, стремящееся к бесконечности, значит проблема в перегоревшей нити.
Иногда можно заметить, что корпус резистора темнеет. Некоторые думают, что это свидетельствует о неисправности устройства, но так бывает далеко не всегда. При работе в сети, резистор, оказывая сопротивление электронам, нагревается. Это приводит к потемнению краски и не более того.
При анализе полученных результатов замеров сопротивления нужно учитывать, что даже резисторы одного производителя, с одинаковым номиналом, могут показывать результаты, отличающиеся друг от друга на 10–15%. Это необходимо знать и учитывать, монтируя схему. В принципе, ничего страшного не произойдет, если вместо элементов с номиналом 80 Ом поставить резисторы, показавшие сопротивление в 90 Ом. Главное, включать в плечи резистивного делителя равные по номиналу сопротивления.

Так как измерить номинал небольших сопротивлений невозможно, их узнают косвенным способом. Для этого переключатель режимов мультиметра необходимо перевести на измерение показателей напряжения.

Сразу стоит сказать, что с помощью измерения напряжения в цепи с двумя резисторами, номинал одного из которых известен, можно узнать номинал второго сопротивления. Именно такая схема сборки, представленная на рисунке и называется резистивным делителем.

Зная, что эталонный резистор имеет определенный номинал, например, 2.5 Ом, необходимо узнать номинал «подопытного» сопротивления. Примем за данность, что допуск резисторов не превышает 0.5% — это обеспечит максимум точности в работе. Для проведения опыта берется напряжение, равное 12 В. Это не случайно. С таким током работать безопасно, в отличие от напряжения в 220 В, и, кроме того, это напряжение выдают большинство блоков питания. На точность же показания это практически не влияет. Хотя известно, что чем больше напряжение, тем точнее полученный результат.

Подключив красный и черный щупы мультиметра так, как это указано на схеме резистивного делителя, производятся замеры разности потенциалов у подопытного резистора. Зная эти цифры, вычисляется номинал сопротивления. Для этого используется пропорция:

Где U — это измеренное значение напряжения, а Rэт — номинал эталонного сопротивления. Возьмем, в качестве примера, полученное напряжение 4.8 вольт и подставляем все известные значения в пропорцию. Заранее было оговорено, что эталонный резистор имеет номинал 2.5 Ом. Следовательно, пропорция будет иметь следующий вид:

Отсюда находим значение искомого номинала. Он будет равен 2.5 Ом. То есть плечи резистивного делителя оказались равными, как это и должно быть в идеале.

Как видно, с помощью вольтметра тестера получилось максимально точно определить номинал небольшого значения сопротивления. Сделать это с помощью шкалы сопротивления мультиметра было бы невозможно, так как показатель был бы 2 или 3. А в электронных схемах требуется значительно большая точность. Иногда до сотых долей Ом. И определение разности потенциалов вполне подходит для нужных расчетов.

Важный момент: для замера сопротивления в такой схеме, нужно обязательно обеспечить заземление контура.

Главное, что обеспечивает такой метод — это возможность удостовериться, что резистор подходит или нет, для включения в ту или иную схему. С помощью такого точного способа можно измерить и самые малые значения сопротивления. Например, сопротивление, оказываемое бухтой медного провода.

Измерение Силы тока в цепи электроприбора, подключенного к источнику питания

Приборы для измерения влажности воздуха в помещении: виды + рекомендации по выбору

Чтобы измерить силу тока в цепи подключенного электроприбора, мультиметр нужно подключить в разрыв одного из проводов питания, как это показано на схеме.

Здесь:

1 – розетка сети переменного тока или контакты автономного источника электропитания;
2 – электроприбор;
3 – провода (кабель) питания электроприбора;
4 – место разрыва электроцепи и подключения щупов мультиметра;
5 – тестер, включенный в режим измерения переменного тока;
6 – измерительные провода из комплекта поставки мультиметра.

Чтобы подключить мультиметр в разрыв электроцепи, необходимо разрезать один из ее проводников и зачистить изоляцию на обрезанных концах.

Вставка штекеров измерительных проводов в гнезда мультиметра

Измерение силы тока осуществляют в такой последовательности:

Ручкой переключателя мультиметра устанавливают необходимый режим измерений, учитывая при этом вид тока (переменный или постоянный).
Той же ручкой устанавливают верхнюю границу измерения СТ. При этом рекомендуется изначально выбрать предел измерения, превышающий предполагаемую величину измеряемого параметра.
Вставить штекеры измерительных проводов в соответствующие гнезда мультиметра.
Подключить щупы тестера к зачищенным концам провода и убедиться в надежности контакта.
Включить электропитание прибора и зафиксировать показания мультиметра. При необходимости можно изменить верхнюю границу измерений и повторно зафиксировать полученный результат.
Отключить электропитание и отсоединить щупы тестера от концов проводника.
Соединить разрезанный провод и тщательно заизолировать это место.

Если нужно измерить силу тока не нарушая целостность электроцепи, оптимальным вариантом будет использование мультиметра, оснащенного встроенными токоизмерительными клещами.

Иногда потребность в измерении силы тока в цепи переменного тока может возникнуть в тот момент, когда под руками нет мультиметра с такой функцией. Однако радиолюбители нашли выход из ситуации, используя для измерения силы тока в цепях переменного тока тестеры, работающие только на постоянном токе. Достаточно дополнить электрическую цепь диодным мостом, включив мультиметр, измеряющий параметры цепей постоянного тока по следующей схеме:

Аналогичный результат можно получить, если включить в схему электроцепи специальный калиброванный шунт с заведомо известным сопротивлением. При этом шунт выбирается таким образом, чтобы его номинальное напряжение совпадало с номинальным напряжением измерительного прибора.

Затем параллельно контактам шунта подключить мультиметр с установленным режимом измерения напряжения (вольтметр) и измерить величину падения напряжения на шунтированном участке электросети. Как померить напряжение мультиметром, указано в инструкции по его эксплуатации.

В этом случае мультиметр выполняет функцию вольтметра, однако величина измеренного напряжения будет прямо пропорциональна силе тока. Заведомо зная сопротивление прецизионного шунта, по формуле I = U/R легко можно рассчитать и величину силы тока в цепи. Если взять калиброванный шунт, имеющий сопротивление 1 Ом, номинальное ее значение можно будет определить по шкале вольтметра (I = U/1 = U).

В домашних условиях такой низкоомный шунт (R = 1 Ом) проще всего изготовить самостоятельно, например, намотав небольшой отрезок тонкой нихромовой проволоки (сечение – 0,123 мм, удельное сопротивление – 7,94 Ом/м, диаметр – 0,4 мм) длиной 126 мм, на планку из стеклотекстолита.

Установив самодельный резистор в разрыв цепи и подключив к его контактам мультиметр, можно измерить напряжение на зашунтированном участке цепи. Его величина по номиналу будет соответствовать силе тока, протекающей через резистор: I = U/1 = U.

Основные принципы замера силы тока

Главной особенностью работы с мультитестером в режиме амперметра является то, что он обязательно должен быть включен в разрыв цепи. Такое подключение называется последовательным. По сути, прибор становится частью этой цепи, то есть весь ток должен пройти именно через него. А как известно, сила тока на любом участке неразветвленной электрической цепи постоянна. Проще говоря, сколько «вошло» столько должной и «выйти». То есть место последовательного подключения амперметра особого значения не имеет.

Чтобы стало понятнее, ниже размещена схема, в которой показывается разница в подключении мультиметра в разных режимах работы.

Различия в принципах подключения мультитестера в разных режимах измерений

Итак, при замере силы тока мультиметр включается в разрыв цепи, сам становясь одним из ее звеньев. То есть будет проблема, как этот разрыв цепи организовать практически. Решают по-разному – это будет показано ниже.
При замере напряжения (в режиме вольтметра) цепь, наоборот, не разрывается, а прибор подключается параллельно нагрузке (участку цепи, где требуется узнать напряжение). При замере напряжения источника питания щупы подключаются напрямую к клеммам (контактам розетки), то есть мультиметр сам становится нагрузкой.
Наконец, если меряется сопротивление, то внешний источник питания вообще не фигурирует. Контакты прибора подключаются непосредственно к той или иной нагрузке (прозваниваемому участку цепи). Необходимый ток для проведения измерений поступает из автономного источника питания мультитестера.

Вернемся к теме статьи — к замерам силы тока.

Очень важно изначально правильно установить на мультиметре, помимо постоянного или переменного тока, диапазон измерений. Надо сказать, что у начинающих с этим часто возникают проблемы

Сила тока – величина крайне обманчивая. И «спалить» свой прибор, а то и наделать больших бед, неправильно установив верхний предел измерений – проще простого.

Начинать измерения силы тока, особенно если нет представления о возможной его величине в цепи, следует с максимального диапазона мультитестера. При необходимости можно, переставив провод и последовательно снижая верхний предел, выйти на оптимальный.

Поэтому настоятельная рекомендация – если вы не знаете, какая сила тока ожидается в цепи, начинайте измерения всегда с максимальных величин. То есть, например, на том же DT 830 красный щуп должен быть установлен в гнездо на 10 ампер (показано на иллюстрации красной стрелкой). И рукоятка переключатель режимов работы также должно показывать на 10 ампер (голубая стрелка). Если измерения покажут, что предел завышен (показания получаются менее 0,2 А), то можно, чтобы получить более точные значения, переставить сначала красный провод в среднее гнездо, а затем ручку переключателя – в положение 200 мА. Бывает, что и этого многовато, и приходится переключателем снижать еще на разряд и т.д. Не вполне удобно, не спорим, но зато безопасно и для пользователя, и для прибора.

Кстати, о безопасности

Никогда не следует пренебрегать мерами предосторожности. И особенно если речь идет об опасных напряжениях (а сетевое напряжение 220 В – чрезвычайно опасно) и высоких токах

Мы здесь спокойно ведём разговор об амперах, а между тем, безопасным для человека считается ток не выше 0.001 ампера. А ток всего в 0.01 ампера, прошедший через тело человека, чаще всего приводит к необратимыми последствиям.

Проведение замеров силы тока, особенно если работа ведется в самом высоком диапазоне, рекомендуется проводить максимально быстро. В противном случае мультитестер может просто перегореть.

Об этом, кстати, могут информировать и предупреждающие надписи около гнезда подключения измерительного провода.

Пример предупреждающей надписи у гнезда подключения провода для замеров на максимально допустимом диапазоне токов

Обратите внимание. Слово «unfused» в данном случае обозначает, что прибор в этом режиме не защищен плавким предохранителем

То есть при перегреве он просто выйдет полностью из строя. Указано и допустимое время замера – не более 10 секунд, да и то не чаще одного раза в 15 минут («each 15 m»). То есть после каждого такого замера придется еще и выдерживать немалую паузу.

Справедливости ради – далеко не все мультиметры настолько «привередливые». Но если такое предупреждение есть – пренебрегать им не стоит. И в любом случае замер силы тока проводить максимально быстро.

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

закон Ома

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм2 . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

задача на силу тока в проводнике

Решение:

Как измерять силу тока в электрической цепи амперметром самостоятельно

С какой целью может потребоваться замер силы тока? Какова для нас полезность от того, что станет известным количество заряженных частиц, протекающих через единицу сечения в единицу времени? Польза есть, и ценной этой информации велика!

При использовании только лишь амперметра можно быстро узнать правильность монтажа и избегнуть издержек на смену или починку испорченного электрооборудования. Показания амперметра подскажут: имеется ли в схеме короткое замыкание или другие утечки и неполадки. Знание тока потребления не станет лишним, при выборе того или иного предохранителя.

Характеристики тока

Постоянный ток характеризуют два основные параметра — сила тока и напряжение. Сила тока — это, просто число частиц, которые двигаются в проводнике в определенном направлении. Чем больше этих частиц, тем больше работа электрического тока.

Силу тока измеряют в амперах (необходимо знать, что микроампер — одна миллионная ампера, миллиампер — одна тысячная часть ампера).

Силу тока измеряют — амперметром. Амперметр необходимо включать в последовательно с токоприемником.

Кроме постоянного тока существует переменный ток. Переменный ток со временем меняет свои направление и амплитуду. Генераторы электроэнергии вырабатывают переменный ток. Переменный ток изменяется во времени по синусоидальному закону. Для его характеристики имеются дополнительные параметры —амплитуда и частота.

Применение амперметра

Амперметр применяется для измерения электрического тока как постоянной, так и переменной величины в диапазоне от мкА до кА. Амперметр следует применять на ток, не превышающий максимальный ток шкалы, с учетом схемы подключения. В зависимости от верхнего предела измерений амперметры делятся на микроамперметры (10-6), миллиамперметры(10-3), амперметры, килоамперметры(10+3).

Как подключить амперметр правильно?

Амперметр подключается в разрыв цепи, последовательно.Схема подключения амперметра через шунт

Расчет шунта для амперметра

Шунт необходим в тех случаях, когда необходимо измерить ток больше максимального измеряемого тока амперметра. В этом случае производится расчет сопротивления шунта, по формуле.

Rш=(RА*IА)/(IШ-IА)

В этой формуле:

Rш – искомое сопротивление шунта, Ом
RА – внутреннее сопротивление амперметра, Ом
IА – максимальная величина тока, измеряемая амперметром, А
IШ – величина тока, которую необходимо измерить (с шунтом).

Внутреннее сопротивление амперметра

Внутреннее сопротивление амперметра должно на порядок меньше сопротивления измеряемой цепи. Если внутреннее сопротивление амперметра неизвестно, то его можно измерить. Подключаем к источнику питания амперметр и нагрузочное сопротивление последовательно, а параллельно амперметру ставим еще чувствительный вольтметр. Разделив показания чувствительного вольтметра, на показания амперметра получим величину внутреннего сопротивления амперметра.

Подключение:

С самого начала хотим предупредить, что шунт для амперметра должен быть из комплекта поставки данного прибора. Если возьмёте другой, это может привести к тому, что показания будут выдаваться неверно. С чем это связано? В первую очередь с тем, что даже у индикаторов разных марок с одинаковым током полного отклонения у стрелок может быть неодинаковое внутреннее сопротивление.
Теперь выберите шунт для амперметра, предельный ток которого будет ниже измеряемого. Допустим, если подразумевается, что ток в цепи будет колебаться в следующих пределах – от 5 до 8А, тогда вам нужно выбрать шунт на 10А.
На винтах прибора вы найдёте по две гайки. С каждого из винтов отверните первую из них, а вторую, которая находится ближе к корпусу, отворачивать не нужно, в противном случае винт провалится внутрь, и амперметр придётся вскрывать.
Теперь на винты наденьте шунты и закрепите гайками. Между шунтом и вторыми гайками, которые расположены на каждом из этих винтов, должны быть две шайбы, не забудьте об этом.
Схема подключения амперметра дальше такова: нужно обесточить устройство, у которого вы хотите измерить потребляемый ток. Просто разорвите цепь его питания, а затем, соблюдая полярность, амперметр включают в цепь с шунтом. Провода при этом зажимайте меду шайбами. После выполнения этих действий можно снова включать питание, прочитав показания, а затем опять обесточивайте цепь, убирайте амперметр и восстанавливайте соединение.
Умножьте показания прибора на коэффициент, который указан на шунте. Если этих данных нет, вычислить цену деления можно самостоятельно. Как это сделать? Вот пример – если ток при полном отклонении индикатора равен 100 мкА, а шунт рассчитан на 10 А, то каждому микроамперу на шкале соответствовать будет 0,1 А тока в цепи.
На худой конец вы можете воспользоваться шунтом без обозначений, а также любым магнитоэлектрическим индикатором. Последовательно соедините испытуемый и образцовый амперметр и затем смело подключайте их к стабилизатору тока. Постепенно повышайте ток от нуля, вследствие чего вы должны добиться полного отклонения стрелки испытуемого прибора. Таким образом, образцовый амперметр поможет вам узнать значение тока в цепи. Поделите это значение на количество делений, которые находятся на шкале, это поможет вычислить цену одного деления.

Теперь вы знаете, как подключить амперметр, надеемся, что вы сможете использовать предложенные инструкции на практике.

Возможные неисправности

Главной и наиболее распространенной неполадкой любого рассматриваемого типа прибора являются неверные показатели полученный силы тока. Поэтому во время использования амперметр требуется иногда проверять на возникновение неполадок. Для этого просто необходимо сравнивать его данные с замерами контрольного устройства. Проверяемый прибор следует соединить последовательно с контрольным устройством, аккумулятором и реостатом. Если применяется такая схема, то можно применять устройства КИ 1093 либо ГАРО 531. Если используется последний вариант, то он будет работать в качестве эталонного устройства с шунтом наружного типа. Кнопку переключения типа проверок устанавливают в нужное положение. Если этот процесс осуществляется на автомобиле, то наружный шунт подключается последовательно с амперметром автомобиля.

Тогда следует отсоединить кабель от аккумулятора и в разрыв включить шунт. Как нагрузку можно использовать электрическое оборудование автомобиля. Если амперметр исправен, то расхождение его замеров с цифрами контрольного устройства должно оказаться в допустимых пределах. Если амперметр проверяется на ГАРО 531, то в электроцепь, что будет состоять из аккумулятора, проверяемого прибора и реостата нагрузки требуется последовательно включить наружный шунт. А выводы от него следует присоединить к разъемам 1 и 2. Вместо реостата нагрузки, можно применить нагревательное устройство. Замер величины тока осуществляется по микроамперметру прибора, после чего его результаты сравниваются с результатами проверяемого устройства.

В следующем видео вас ждет расчет шунта для амперметра.