Měření napětí a proudu: specializované a univerzální přístroje

Při opravě elektronického zařízení nebo při provozu elektrických obvodů je třeba čelit potřebě měřit napětí a proud obvodu. K tomu existují speciální i univerzální zařízení. Jejich použití není vůbec obtížné, ale k tomu byste měli mít alespoň nejjednodušší představu o tom, jak je používat.

Fyzikální definice veličin

Vzájemné působení a pohyb elektrických nábojů popsal v roce 1600 anglický vědec William Gilbert, který zavedl pojem elektřiny do každodenního života. Zjistil, že v různých fyzických tělech jsou náboje, které mohou vytvářet elektrické pole a tím ovlivňovat jiná nabitá těla.

Následně bylo zjištěno, že nabité částice se dělí na kladné a záporné náboje, přičemž stejným znamením se odpuzují a opačným - přitahují. Kromě toho fyzici Oersted, Faraday, Maxwell, kteří experimentovali s tělesy, objevili elektromagnetismus, který spočívá ve vzhledu magnetického pole při pohybu nabitých částic.

Byly tak zavedeny dva pojmy – proud a napětí. První označuje uspořádaný pohyb nábojů a druhý - sílu, která musí být vynaložena na přenos jednotkového náboje bez ovlivnění zbytku nabitých částic v těle. Protože se tím mění energie náboje, je napětí charakterizováno rozdílem energetického potenciálu před a po pohybu náboje.

Německý vědec Georg Simon Ohm, který v roce 1826 studoval elektrické vlastnosti materiálů, provedl řadu experimentů, v jejichž důsledku formuloval zákon pro úsek obvodu. Zjistil, že velikost proudu je přímo úměrná rozdílu potenciálů a nepřímo úměrná odporu, čímž odhalil vzájemný vztah elektrických veličin. Takto se objevily pojmy: elektromotorická síla, pokles napětí, vodivost.

Elektrické napětí

Vyjadřujíce kvantitativně práci pohybu náboje z jednoho bodu do druhého, rozlišují se různé typy napětí. Jsou závislé na protékajících proudech. K jejich označení se používají různé termíny a metody výpočtu. Potenciální rozdíl může být:

1. Konstantní, vznikající v elektrostatických obvodech a obvodech konstantního elektrického proudu.
2. Proměnná, která se objeví při výskytu střídavého proudu.

Volt byl přijat jako jednotka měření jakékoli fyzikální veličiny na počest vynikajícího vědce Alessandra Volty, který zkonstruoval první zdroj proudu. A grafické označení byl znak U. Matematicky je stres popsán následujícím vzorcem:

U = A / q, kde U je rozdíl potenciálů, A je práce vykonaná elektrickým polem, q je náboj.

Specializované zařízení určené k měření napětí se nazývá voltmetr. Aby bylo možné měřit rozdíl potenciálů, je zapojen paralelně se zdrojem energie nebo prvkem, na kterém se měří pokles napětí.

Protože při paralelním zapojení prvků se mezi ně rozděluje elektrický proud, měl by mít ideální měřicí přístroj nekonečně velký vnitřní odpor. Ale v praxi to nemůže být, proto čím vyšší je odpor zařízení, tím přesnější je jeho výsledek měření.

Voltmetry se vyrábí jak pro měření pouze stejnosměrného nebo střídavého napětí, tak univerzální. Kromě toho mohou být podle principu činnosti:

1. Digitální. Jejich práce je založena na použití analogově-digitálního převodníku (ADC) a displeje z tekutých krystalů.
2. Analogový. Hlavním prvkem tohoto typu zařízení je elektrodynamická hlavice, jejíž vychýlení šipky na stupnici umožňuje měřit napětí.

Pro měření stejnosměrného signálu se naměřené napětí převádí na obdélníkový signál pomocí pulsně šířkové modulace. Poté je zesílen a usměrněn detektorem zdvojnásobení napětí. Dále je signál zpracováván mikrokontrolérem, který zobrazuje přijatá data na obrazovce ve formě čísel. Činnost voltmetru střídavého napětí je založena na převodu střídavého signálu na stejnosměrný, přímo úměrný naměřené hodnotě střídavého napětí.

Síla proudu

Aby se objevil elektrický proud, musí být splněny dvě podmínky: fyzické tělo musí mít volné částice a musí na ně působit síla, která je pohybuje v jednom směr. Nejvhodnějšími tělesy jsou kovy - vodiče. Pokud je takový vodič umístěn v elektrickém poli, pak pod jeho působením začne řízený pohyb nábojů v kovu, to znamená, že se vytvoří proud.

Stejně jako v případě rozdílu potenciálů může být proud dvou typů:

1. Konstantní. Vyznačuje se uspořádaným pohybem nábojů, jejichž směr se po dlouhou dobu nemění.
2. Variabilní. Jedná se o takový elektrický proud, který může v čase měnit jak svou velikost, tak směr pohybu.

Jednotkou měření proudu jakéhokoli druhu je ampér. Ve schématech a v literatuře je elektrický proud označen symbolem I. Můžete to vypočítat pomocí vzorce:

I = ΔQ / Δt, kde I je síla proudu, ΔQ je množství náboje, Δt je časový interval.

Síla proudu se měří pomocí speciálního zařízení - ampérmetru. Je zařazen do série v obvodu v místě, kde se provádějí měření.

Za ideální se považuje zařízení s nulovou hodnotou vnitřního odporu. Proto čím nižší je jeho odpor, tím přesnější budou měření.

Svým designem mohou být zařízení:

1. Šipky. Jejich konstrukce je založena na elektrické měřicí hlavici jiného systému: magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický.
2. Oddělený. Takové zařízení se skládá z ADC a převádí naměřenou sílu proudu na digitální signál, který se následně zobrazuje na obrazovce.

A také všechny ampérmetry jsou rozděleny na zařízení pro měření síly proudu stejnosměrného a střídavého napětí. Při měření velikosti stejnosměrného proudu použijte bočník měřicí hlavice. To se provádí tak, aby nedošlo ke spálení cívky, která se na ní nachází. Když pak zařízením prochází konstantní elektrický proud, rozdělí se na proud bočníku a hlavy.

Bočník je násobkem 10, tedy 1 až 10, 1 až 100 atd. a po vychýlení šipky se výsledek tímto číslem jednoduše vynásobí. Pro měření střídavého proudu je k přístroji přidán měřicí transformátor proudu, jehož sekundární vinutí je připojeno k ampérmetru. Stupnice zařízení je označena na základě nejvyššího proudu protékajícího primárním vinutím transformátoru.

Ampérmetr a voltmetr

Před zahájením práce s přístroji je nutné je nakonfigurovat a zkalibrovat. V tomto případě by měla být měření prováděna při teplotě kolem dvaceti stupňů Celsia. To je způsobeno skutečností, že fyzikální vlastnosti materiálů závisí na teplotě. To platí zejména pro vodivost. Nejjednodušší zařízení, analogová, jsou vyrobena z plastového pouzdra, ve kterém se nachází:

• elektrická měřicí hlava;
• rezistor (shunt);
• továrně kalibrovaná váha;
• kontaktních vodičů.

V ampérmetru je odpor umístěn rovnoběžně s elektrodynamickou hlavou a ve voltmetru - v sérii. Stupnice je označena nominálními hodnotami od nuly po mezní hodnotu a také povinná jednotka měření a průběh jsou uvedeny, například A - ampér, mA - miliampér, V - volt, mV - milivolt.

Při měření musí být přístroj umístěn na rovném vodorovném povrchu. Pomocí regulátoru, často vyráběného pro štěrbinový šroubovák, se nastaví poloha šipky odpovídající číslu nula. Po dokončení kalibrace můžete začít přímo měřit:

1. Ke kontaktům testeru jsou připojeny dva vodiče: jeden ke kladné svorce, druhý k záporné svorce.
2. Při práci s voltmetrem se opačné konce vodičů (sond) dotýkají bodů, mezi kterými chcete měřit napětí. Jeho zapojení tedy bude paralelní. Pro měření ampérmetrem je nutné přerušit elektrické vedení, ve kterém se měření provádí, a na přerušené konce připojit sondy. V tomto případě je v obou případech důležité dodržet polaritu. To znamená, že kladný pól zařízení se musí shodovat se znaménkem plus na diagramu. U proměnlivého tvaru vlny to však nevadí.
3. Naměřená hodnota je určena odchylkou šipky.

Pokud se ukazatel během měření odchýlí doleva od nuly, znamená to, že polarita není správně zapojena. Není možné ponechat přístroj delší dobu ve špatném zapojení, protože dojde k poruše elektrické měřicí hlavy.

Práce s digitálním testerem během měření je podobná použití analogového přístroje, ale neprovádí předkalibraci. Diskrétní testery vyžadují k provozu napájecí zdroj, proto se před měřením ujistěte, že funguje správně.

Univerzální zařízení

V každodenním životě se specializovaná zařízení téměř nikdy nepoužívají, protože pro to existují kombinovaná zařízení - multimetry. Podle principu činnosti se dělí na digitální a analogová zařízení. Univerzálními přístroji lze měřit elektrické veličiny různých druhů a tvarů. K tomu je tester vybaven kolébkovým přepínačem, kterým se volí měřená hodnota a rozsah jejích hodnot. Existují však zařízení s automatickým výběrem tohoto rozsahu.

Digital využívá při své práci porovnání referenčního a vstupního signálu. Rozdíl potenciálů se měří přímým připojením přístroje a měření proudu je založeno na stanovení úbytku napětí na vnitřní odporové zátěži testeru. Analogový pohled využívá ve svém designu elektromechanickou hlavu, která je umístěna v rámu, který vytváří magnetické pole. Šipka v rámečku se liší v závislosti na vstupním signálu. Naměřená hodnota se vypočítá v závislosti na síle této odchylky.

Před zahájením práce musí být multimetr zkontrolován z hlediska provozuschopnosti jeho zdroje energie. Pokud je nepoužitelný, rozsvítí se na digitálním zařízení po zapnutí indikace s blikající baterií. U číselníkového úchylkoměru bude indikací pro výměnu baterií nemožnost nastavení šipky do nulové polohy.

Na předním panelu multimetrů jsou přepínače, které umožňují zvolit jeden nebo jiný režim provozu testeru. Tlačítko ON / OFF zapíná nebo vypíná zařízení. Kromě, tester může mít následující konektory:

• 10A - měření proudu s limitem do deseti ampér;
• mA - měření proudu v miliampérech;
• COM - zásuvka pro připojení záporné pólové sondy;
• V / Ω - pro připojení kladné pólové sondy.

Výpočet rozdílu potenciálů

Před měřením je třeba k testeru připojit pár vodičů. Jeden vodič (záporný) je zapojen do zdířky COM a druhý (kladný) je zapojen do V / Ω. Na jednom konci každého z vodičů je zástrčka pro instalaci do zásuvky elektroměru a na druhém konci je kontaktní sonda. Aby bylo možné měřit napětí, Následuj tyto kroky:

1. Stiskněte tlačítko ON/OFF pro zapnutí multimetru.
2. Chcete-li měřit stejnosměrné napětí, umístěte spínač do oblasti testeru, označené DCV nebo V— a AC - ACV nebo V ~.
3. Nastavte maximální možné napětí posunutím stejného přepínače.
4. Dotykem sond, dodržením polarity, se postavte k měřicím bodům.

Po jedné sekundě se na displeji zobrazí číslo indikující měřené napětí.

Měření posunu náboje

Stejně jako u měření napětí je před zahájením měření ke zkoušečce připojen zkušební pár vodičů. Společný vodič se zasune do konektoru COM a kladný vodič v mA nebo A. Dále měření se provádějí v následujícím pořadí:

1. Tester se zapne.
2. Pro výpočet hodnoty DC je přepínač umístěn v oblasti multimetru označené DCA nebo A a hodnota AC je ACA.
3. Je nastavena nejvyšší možná hodnota proudu.
4. Sondy zařízení jsou připojeny k přerušení vedení.
5. Číslo, které se objeví na obrazovce, bude udávat naměřenou hodnotu aktuální síly.

Měření se provádějí stejným způsobem pomocí analogového zařízení. Ale výsledek měření není určen zobrazením, ale odchylkou šipky.