Pinge ja voolu mõõtmine: spetsiaalsed ja universaalsed instrumendid

Elektroonikaseadme parandamisel või elektriahelate käitamisel tuleb silmitsi seista vajadusega mõõta vooluahela pinget ja voolu. Selleks on nii spetsiaalseid kui ka universaalseid seadmeid. Nende kasutamine pole üldse keeruline, kuid selleks peaks teil olema vähemalt kõige lihtsam idee, kuidas neid kasutada.

Koguste füüsiline määratlus

Elektrilaengute vastastikmõju ja liikumist kirjeldas 1600. aastal Inglismaa teadlane William Gilbert, kes tõi elektri mõiste igapäevaellu. Ta avastas, et erinevates füüsilistes kehades on laenguid, mis võivad moodustada elektrivälja ja seeläbi mõjutada teisi laetud kehasid.

Hiljem leiti, et laetud osakesed jagunevad positiivseteks ja negatiivseteks laenguteks, samas kui sama märgiga nad tõrjuvad üksteist ja vastupidi - meelitavad. Lisaks avastasid kehadega katsetanud füüsikud Oersted, Faraday, Maxwell elektromagnetismi, mis seisneb magnetvälja ilmumises laetud osakeste liikumisel.

Seega võeti kasutusele kaks mõistet - vool ja pinge. Esimene tähistab laengute järjestatud liikumist ja teine ​​- jõudu, mida tuleb kulutada ühiklaengu ülekandmiseks, mõjutamata ülejäänud laetud osakesi kehas. Kuna see muudab laengu energiat, iseloomustab pinget energiapotentsiaali erinevus enne ja pärast laengu liikumist.

Saksa teadlane Georg Simon Ohm, kes uuris 1826. aastal materjalide elektrilisi omadusi, viis läbi rea katseid, mille tulemusena sõnastas vooluringi lõigu seaduse. Ta leidis, et voolutugevus on otseselt võrdeline potentsiaalide erinevusega ja pöördvõrdeline takistusega, paljastades seeläbi elektriliste suuruste vahelise seose. Nii tekkisid mõisted: elektromotoorjõud, pingelangus, juhtivus.

Elektripinge

Tähistades kvantitatiivselt laengu ühest punktist teise teisaldamise tööd, eristatakse erinevaid pingetüüpe. Need sõltuvad voolavatest vooludest. Nende tähistamiseks kasutatakse erinevaid termineid ja arvutusmeetodeid. Potentsiaalne erinevus võib olla:

1. Konstantne, mis tekib elektrostaatilistes ahelates ja konstantse elektrivoolu ahelates.
2. Muutuja, mis kuvatakse vahelduvvoolu tekkimisel.

Volt võeti kasutusele mis tahes füüsikalise suuruse mõõtühikuna silmapaistva teadlase Alessandro Volta auks, kes ehitas esimese vooluallika. Ja graafiline tähis oli U-märk. Matemaatiliselt kirjeldatakse stressi järgmise valemiga:

U = A / q, kus U on potentsiaalide erinevus, A on elektrivälja poolt tehtud töö, q on laeng.

Pinge mõõtmiseks mõeldud spetsiaalset seadet nimetatakse voltmeetriks. Potentsiaalide erinevuse mõõtmiseks ühendatakse see paralleelselt toiteallika või elemendiga, mille kaudu pingelangust mõõdetakse.

Kuna elementide paralleelsel ühendamisel jaotub elektrivool nende vahel, peaks ideaalsel mõõteseadmel olema lõpmatult suur sisetakistus. Kuid praktikas ei saa see olla, seega mida suurem on seadme takistus, seda täpsem on selle mõõtmistulemus.

Voltmeetreid toodetakse nii ainult alalis- või vahelduvpinge mõõtmiseks kui ka universaalseid. Lisaks võivad need vastavalt tööpõhimõttele olla:

1. Digitaalne. Nende töö põhineb analoog-digitaalmuunduri (ADC) ja vedelkristallkuvari kasutamisel.
2. Analoog. Seda tüüpi seadmete põhielement on elektrodünaamiline pea, mille noole läbipaine gradueeritud skaalal võimaldab mõõta pinget.

Alalisvoolu signaali mõõtmiseks teisendatakse mõõdetud pinge impulsi laiusmodulatsiooni abil ruutlaine signaaliks. Seejärel võimendatakse ja alaldatakse pinge kahekordistusdetektoriga. Lisaks töötleb signaali mikrokontroller, mis visualiseerib vastuvõetud andmed ekraanil numbrite kujul. Vahelduvpinge voltmeetri töö põhineb vahelduvvoolu signaali muundamisel alalisvooluks, mis on otseselt võrdeline vahelduvpinge mõõdetud väärtusega.

Praegune tugevus

Elektrivoolu tekkimiseks peab olema täidetud kaks tingimust: füüsiline keha peavad olema vabad osakesed ja neid peab mõjutama jõud, mis neid ühes liigutab suunas. Sobivaimad kehad on metallid – juhid. Kui selline juht asetada elektrivälja, algab selle toimel metallis laengute suunatud liikumine, see tähendab, et moodustub vool.

Nagu potentsiaalsete erinevuste puhul, võib vool olla kahte tüüpi:

1. Püsiv. Seda iseloomustab laengute korrapärane liikumine, mille suund ei muutu pikka aega.
2. Muutuv. See on selline elektrivool, mis võib ajas muutuda nii oma tugevust kui ka liikumissuunda.

Igasuguse voolu mõõtühik on amper. Diagrammidel ja kirjanduses on elektrivool tähistatud sümboliga I. Saate selle arvutada järgmise valemi abil:

I = ΔQ / Δt, kus I on voolutugevus, ΔQ on laengu suurus, Δt on ajavahemik.

Voolutugevust mõõdetakse spetsiaalse seadme - ampermeetri abil. See on seerias vooluringis selles osas, kus mõõtmised läbi viiakse.

Ideaalseks peetakse seadet, mille sisetakistuse väärtus on null. Seega, mida väiksem on selle takistus, seda täpsemad on mõõtmised.

Oma disaini järgi võivad seadmed olla:

1. Nooleotsad. Nende konstruktsioon põhineb erineva süsteemi elektrilisel mõõtepeal: magnetoelektriline, elektromagnetiline, elektrodünaamiline.
2. Diskreetne. Selline seade koosneb ADC-st ja teisendab mõõdetud voolutugevuse digitaalseks signaaliks, mis seejärel kuvatakse ekraanil.

Ja ka kõik ampermeetrid on jagatud alalis- ja vahelduvpinge voolu tugevuse mõõtmiseks mõeldud seadmeteks. Alalisvoolu suuruse mõõtmisel kasutage mõõtepea šuntimist. Seda tehakse selleks, et mitte põletada sellel asuvat mähist. Seejärel, kui konstantne elektrivool läbib seadet, jagatakse see šundi ja pea vooluks.

Šunt on 10 kordne, see tähendab 1 kuni 10, 1 kuni 100 jne ja pärast noole kõrvalekaldumist korrutatakse tulemus lihtsalt selle arvuga. Vahelduvvoolu mõõtmiseks lisatakse seadmele mõõtevoolutrafo, mille sekundaarmähis on ühendatud ampermeetriga. Seadme skaala on tähistatud trafo primaarmähist läbiva suurima voolu järgi.

Ampermeeter ja voltmeeter

Enne instrumentidega töötamist tuleb need konfigureerida ja kalibreerida. Sel juhul tuleks mõõtmised läbi viia temperatuuril umbes kakskümmend kraadi Celsiuse järgi. See on tingitud asjaolust, et materjalide füüsikalised omadused sõltuvad temperatuurist. See kehtib eriti juhtivuse kohta. Lihtsaimad analoogseadmed on valmistatud plastikust korpusest, kus asub:

• elektriline mõõtepea;
• takisti (šunt);
• tehases kalibreeritud skaala;
• kontaktjuhtmed.

Ampermeetris asub takisti paralleelselt elektrodünaamilise peaga ja voltmeetris - järjestikku. Skaala on tähistatud nimiväärtustega nullist piirväärtuseni, samuti kohustuslik näidatud on mõõtühik ja lainekuju, näiteks A - amper, mA - milliamper, V - volt, mV - millivolti.

Mõõtmisel tuleb seade asetada tasasele horisontaalsele pinnale. Regulaatori abil, mis on sageli valmistatud pilukruvikeeraja jaoks, seatakse noole asend vastavalt numbrile null. Kui kalibreerimine on lõppenud, võite alustada otse mõõtmist:

1. Testeri kontaktidega on ühendatud kaks juhtmest: üks plussklemmiga, teine ​​miinusklemmiga.
2. Voltmeetriga töötades puudutavad juhtmete (sondide) vastasotsad punkte, mille vahel soovite pinget mõõta. Seega on selle ühendus paralleelne. Ampermeetriga mõõtmiseks on vaja katkestada elektriliin, milles mõõtmine toimub, ja ühendada sondid katkiste otstega. Sel juhul on mõlemal juhul oluline jälgida polaarsust. See tähendab, et seadme positiivne poolus peab ühtima diagrammil oleva plussmärgiga. Muutuva lainekuju puhul pole see aga oluline.
3. Mõõdetud väärtus määratakse noole läbipainde järgi.

Kui osuti kaldub mõõtmise ajal nullist vasakule, tähendab see, et polaarsus on valesti ühendatud. Seadet on võimatu pikaks ajaks valesse ühendusse jätta, kuna elektriline mõõtepea läheb rikki.

Digitaalse testriga töötamine mõõtmise ajal sarnaneb analooginstrumendi kasutamisega, kuid see ei kalibreeri eelkalibreerimist. Diskreetsed testrid vajavad töötamiseks toiteallikat, seega veenduge enne mõõtmist, et see töötab korralikult.

Universaalne seade

Igapäevaelus ei kasutata spetsiaalseid seadmeid peaaegu kunagi, kuna selleks on kombineeritud seadmed - multimeetrid. Vastavalt tööpõhimõttele jagunevad need digitaal- ja analoogseadmeteks. Universaalseadmed võivad mõõta erinevat tüüpi ja erineva kujuga elektrilisi koguseid. Selleks on tester varustatud klahvlülitiga, mis valib mõõdetud väärtuse ja selle väärtuste vahemiku. Kuid on selle vahemiku automaatse valikuga seadmeid.

Digital kasutab oma töös võrdlus- ja sisendsignaali võrdlust. Potentsiaalide erinevust mõõdetakse instrumendi otse ühendamise teel ja voolu mõõtmise aluseks on pingelanguse määramine testeri sisemise takistusliku koormuse vahel. Analoogvaade kasutab oma disainis elektromehaanilist pead, mis on paigutatud magnetvälja tekitavasse raami. Nool kaadris erineb sõltuvalt sisendsignaalist. Mõõdetud väärtus arvutatakse sõltuvalt selle kõrvalekalde tugevusest.

Enne töö alustamist tuleb multimeetrit kontrollida selle toiteallika töökindluse suhtes. Kui see on kasutuskõlbmatu, süttib sisselülitamisel digitaalseadmel vilkuva aku indikaator. Mõõdiku näidiku puhul on patareide vahetamise tähiseks see, et noolt ei saa nullasendisse seada.

Multimeetrite esipaneelil on lülitid, mis võimaldavad valida ühe või teise testeri töörežiimi. ON / OFF nupp lülitab seadme sisse või välja. Pealegi, testeril võivad olla järgmised pistikud:

• 10A - voolumõõtmised piiranguga kuni kümme amprit;
• mA - voolu mõõtmine milliamprites;
• COM - pesa negatiivse poolusega sondi ühendamiseks;
• V / Ω - positiivse poolusega sondi ühendamiseks.

Potentsiaalse erinevuse arvutamine

Enne mõõtmiste tegemist peate testeriga ühendama paar juhtmestikku. Üks juhe (negatiivne) on ühendatud COM-pessa ja teine ​​(positiivne) sisestatakse V / Ω. Iga juhtme ühes otsas on pistik arvesti pesasse paigaldamiseks ja teises otsas kontaktsond. Pinge mõõtmiseks järgige neid samme:

1. Multimeetri sisselülitamiseks vajutage nuppu ON / OFF.
2. Alalispinge mõõtmiseks asetage lüliti testeri piirkonda, tähistatud DCV või V— ja AC - ACV või V ~.
3. Seadistage maksimaalne võimalik pinge, liigutades sama lülitit.
4. Sondide puudutades, polaarsust jälgides, seiske mõõtmispunktides.

Ühe sekundi pärast kuvatakse ekraanil number, mis näitab mõõdetavat pinget.

Laengu nihke mõõtmine

Nagu ka pinge mõõtmise puhul, ühendatakse enne mõõtmise alustamist testeriga testpaar juhtmeid. Ühine juhe sisestatakse COM-pistikusse ja positiivne juhe mA või A. Edasi mõõtmised tehakse järgmises järjekorras:

1. Tester lülitub sisse.
2. Alalisvoolu väärtuse arvutamiseks asetatakse lüliti DCA või A märgistusega multimeetri piirkonda ja vahelduvvoolu väärtus on ACA.
3. Seadistatud on suurim võimalik voolu väärtus.
4. Seadme sondid on ühendatud liini katkestusega.
5. Ekraanil kuvatav number näitab voolutugevuse mõõdetud väärtust.

Mõõtmised viiakse läbi samal viisil, kasutades analoogseadet. Kuid mõõtmistulemuse määrab mitte ekraan, vaid noole kõrvalekalle.