Misura di tensione e corrente: strumenti specializzati e universali

Quando si ripara un dispositivo elettronico o quando si azionano circuiti elettrici, si deve affrontare la necessità di misurare la tensione e la corrente di un circuito. Per questo, ci sono sia dispositivi speciali che universali. Usarli non è affatto difficile, ma per questo dovresti avere almeno l'idea più semplice di come usarli.

Definizione fisica delle quantità

L'interazione e il movimento delle cariche elettriche furono descritti nel 1600 da uno scienziato inglese, William Gilbert, che introdusse il concetto di elettricità nella vita di tutti i giorni. Ha scoperto che in vari corpi fisici ci sono cariche che possono formare un campo elettrico e quindi influenzare altri corpi carichi.

Successivamente si è scoperto che le particelle cariche si dividono in cariche positive e negative, mentre con lo stesso segno si respingono e con il contrario si attraggono. Inoltre, i fisici Oersted, Faraday, Maxwell, che hanno sperimentato i corpi, hanno scoperto l'elettromagnetismo, che consiste nella comparsa di un campo magnetico quando si muovono particelle cariche.

Pertanto, sono stati introdotti due concetti: corrente e tensione. Il primo indica il movimento ordinato delle cariche e il secondo - la forza che deve essere spesa per trasferire una carica unitaria senza influenzare il resto delle particelle cariche nel corpo. Poiché questo cambia l'energia della carica, la tensione è caratterizzata dalla differenza nel potenziale energetico prima e dopo il movimento della carica.

Lo scienziato tedesco Georg Simon Ohm, che studiò le proprietà elettriche dei materiali nel 1826, condusse una serie di esperimenti, a seguito dei quali formulò una legge per una sezione di un circuito. Ha scoperto che la grandezza della corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale e inversamente proporzionale alla resistenza, rivelando così la connessione tra le grandezze elettriche. Ecco come sono apparsi i concetti: forza elettromotrice, caduta di tensione, conduttività.

Tensione elettrica

Denotando quantitativamente il lavoro di spostamento di una carica da un punto all'altro, si distinguono diversi tipi di tensione. Dipendono dalle correnti che scorrono. Per denotarli vengono utilizzati vari termini e metodi di calcolo. La differenza di potenziale può essere:

1. Costante, che sorge in circuiti elettrostatici e circuiti di corrente elettrica costante.
2. Una variabile che appare quando si verifica una corrente alternata.

Il volt fu adottato come unità di misura di qualsiasi grandezza fisica in onore dell'eminente scienziato Alessandro Volta, che costruì il primo generatore di corrente. E la designazione grafica era il segno U. Matematicamente, lo stress è descritto dalla seguente formula:

U = A / q, dove U è la differenza di potenziale, A è il lavoro svolto dal campo elettrico, q è la carica.

Un dispositivo specializzato progettato per misurare la tensione è chiamato voltmetro. Per misurare la differenza di potenziale, è collegato in parallelo alla fonte di alimentazione o all'elemento attraverso il quale viene misurata la caduta di tensione.

Poiché quando gli elementi sono collegati in parallelo, la corrente elettrica è distribuita tra di loro, un dispositivo di misurazione ideale dovrebbe avere una resistenza interna infinitamente grande. Ma in pratica questo non può essere, quindi, maggiore è la resistenza del dispositivo, più accurato è il risultato della misurazione.

I voltmetri vengono prodotti sia per la misurazione della sola tensione CC o CA, sia universali. Inoltre, secondo il principio di funzionamento, possono essere:

1. Digitale. Il loro lavoro si basa sull'uso di un convertitore analogico-digitale (ADC) e di un display a cristalli liquidi.
2. Analogico. L'elemento principale di questo tipo di dispositivo è la testa elettrodinamica, la cui deflessione della freccia su una scala graduata consente di misurare la tensione.

Per misurare un segnale CC, la tensione misurata viene convertita in un segnale ad onda quadra utilizzando la modulazione dell'ampiezza dell'impulso. Viene quindi amplificato e rettificato da un rilevatore di raddoppio di tensione. Inoltre, il segnale viene elaborato da un microcontrollore, che visualizza i dati ricevuti sullo schermo sotto forma di numeri. Il funzionamento di un voltmetro di tensione CA si basa sulla conversione di un segnale CA in un CC direttamente proporzionale al valore misurato della tensione CA.

Forza attuale

Perché si manifesti una corrente elettrica, devono essere soddisfatte due condizioni: il corpo fisico devono avere particelle libere, e devono essere influenzate da una forza che le muove in uno direzione. I corpi più adatti sono i metalli - conduttori. Se un tale conduttore viene posto in un campo elettrico, allora sotto la sua azione inizierà un movimento diretto di cariche nel metallo, cioè si forma una corrente.

Come nel caso della differenza di potenziale, la corrente può essere di due tipi:

1. Costante. È caratterizzato da un movimento ordinato di cariche, la cui direzione non cambia per molto tempo.
2. Variabile. Questa è una tale corrente elettrica che può cambiare nel tempo sia la sua grandezza che la direzione del movimento.

L'unità di misura della corrente di qualsiasi tipo è l'ampere. Negli schemi e in letteratura la corrente elettrica è indicata dal simbolo I. Puoi calcolarlo usando la formula:

I = ΔQ / Δt, dove I è l'intensità della corrente, ΔQ è la quantità di carica, Δt è l'intervallo di tempo.

La forza attuale viene misurata utilizzando un dispositivo speciale: un amperometro. È inserito in serie nel circuito della sezione su cui si effettuano le misure.

Un dispositivo con un valore di resistenza interna pari a zero è considerato ideale. Pertanto, minore è la sua resistenza, più accurate saranno le misurazioni.

In base al loro design, i dispositivi possono essere:

1. Punte di freccia. Il loro design si basa su una testa di misura elettrica di un sistema diverso: magnetoelettrico, elettromagnetico, elettrodinamico.
2. Discreto. Tale dispositivo è costituito da un ADC e converte l'intensità di corrente misurata in un segnale digitale, che viene quindi visualizzato sullo schermo.

E anche tutti gli amperometri sono suddivisi in dispositivi per misurare la forza della corrente di tensione continua e alternata. Quando si misura l'ampiezza della corrente continua, utilizzare lo smistamento della testa di misura. Questo è fatto in modo da non bruciare la bobina situata su di essa. Quindi, quando una corrente elettrica costante passa attraverso il dispositivo, verrà divisa nella corrente dello shunt e nella testa.

Lo shunt è un multiplo di 10, ovvero da 1 a 10, da 1 a 100, ecc., e dopo aver deviato la freccia, il risultato viene semplicemente moltiplicato per questo numero. Per misurare la corrente alternata, al dispositivo viene aggiunto un trasformatore di corrente di misurazione, il cui avvolgimento secondario è collegato a un amperometro. La scala del dispositivo è contrassegnata in base alla corrente più alta che scorre attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore.

Amperometro e voltmetro

Prima di iniziare a lavorare con gli strumenti, è necessario configurarli e calibrarli. In questo caso, le misurazioni dovrebbero essere eseguite a una temperatura di circa venti gradi Celsius. Ciò è dovuto al fatto che le proprietà fisiche dei materiali dipendono dalla temperatura. Questo è particolarmente vero per la conduttività. I dispositivi più semplici, analogici, sono realizzati in custodia di plastica, in cui si trova:

• testa di misura elettrica;
• resistore (shunt);
• bilancia calibrata in fabbrica;
• contatti.

Nell'amperometro, il resistore si trova parallelo alla testa elettrodinamica e nel voltmetro - in serie. La scala è contrassegnata con valori nominali da zero al valore limite, oltre che obbligatori l'unità di misura e la forma d'onda sono indicate, ad esempio, A - ampere, mA - milliampere, V - volt, mV - millivolt.

Durante la misurazione, il dispositivo deve essere posizionato su una superficie piana e orizzontale. Con l'aiuto di un regolatore, spesso realizzato per un cacciavite a taglio, la posizione della freccia viene impostata in corrispondenza del numero zero. Una volta completata la calibrazione, puoi iniziare a misurare direttamente:

1. Ai contatti del tester sono collegati due fili: uno al terminale positivo, l'altro al negativo.
2. Quando si lavora con un voltmetro, le estremità opposte dei fili (sonde) toccano i punti tra i quali si desidera misurare la tensione. Pertanto, la sua connessione sarà parallela. Per misurare con un amperometro, è necessario interrompere la linea di alimentazione in cui viene eseguita la misurazione e collegare le sonde alle estremità rotte. In questo caso, in entrambi i casi, è importante osservare la polarità. Ciò significa che il polo positivo del dispositivo deve coincidere con il più sullo schema. Tuttavia, non importa per una forma d'onda variabile.
3. Il valore misurato è determinato dalla deviazione della freccia.

Se durante la misurazione la lancetta devia da zero a sinistra, significa che la polarità è collegata in modo errato. È impossibile lasciare il dispositivo nella connessione sbagliata per lungo tempo, poiché la testina di misurazione elettrica si guasterà.

L'utilizzo di un tester digitale durante la misurazione è simile all'utilizzo di uno strumento analogico, ma non esegue la precalibrazione. I tester discreti richiedono un alimentatore per funzionare, quindi assicurati che funzioni correttamente prima di misurare.

Dispositivo universale

Nella vita di tutti i giorni, i dispositivi specializzati non vengono quasi mai utilizzati, poiché per questo esistono dispositivi combinati: i multimetri. Secondo il principio di funzionamento, sono divisi in dispositivi digitali e analogici. I dispositivi universali possono misurare grandezze elettriche di vario genere e forma. Per questo, il tester è dotato di un interruttore a bilanciere, che seleziona il valore misurato e l'intervallo dei suoi valori. Ma ci sono dispositivi con selezione automatica di questa gamma.

Il digitale utilizza nel suo lavoro il confronto tra il riferimento e il segnale in ingresso. La differenza di potenziale viene misurata collegando direttamente lo strumento e la misurazione della corrente si basa sulla determinazione della caduta di tensione attraverso il carico resistivo interno del tester. La vista analogica utilizza una testa elettromeccanica nel suo design, che è posizionata in una cornice che crea un campo magnetico. La freccia nel riquadro si discosta a seconda del segnale di ingresso. Il valore misurato viene calcolato in base alla forza di questa deviazione.

Prima di iniziare il lavoro, il multimetro deve essere controllato per la funzionalità della sua fonte di alimentazione. Se è inutilizzabile, l'indicazione con una batteria lampeggiante si accende sul dispositivo digitale quando viene acceso. Per un comparatore, l'indicazione per la sostituzione delle batterie sarà l'impossibilità di impostare la freccia sulla posizione zero.

Sul pannello frontale dei multimetri sono presenti interruttori che consentono di selezionare l'una o l'altra modalità di funzionamento del tester. Il pulsante ON/OFF accende o spegne il dispositivo. Oltretutto, il tester può avere i seguenti connettori:

• 10A - misure di corrente con un limite fino a dieci ampere;
• mA - misurazione della corrente in milliampere;
• COM - presa per il collegamento di una sonda a polo negativo;
• V / Ω - per il collegamento di una sonda a polo positivo.

Calcolo della differenza di potenziale

Prima di effettuare le misurazioni, è necessario collegare una coppia di fili al tester. Un filo (negativo) è inserito nella presa COM e l'altro (positivo) è inserito in V/Ω. Ad un'estremità di ciascuno dei fili c'è una spina per l'installazione nella presa del contatore e all'altra estremità c'è una sonda di contatto. Per misurare la tensione, Segui questi passi:

1. Premere il pulsante ON/OFF per accendere il multimetro.
2. Per misurare la tensione CC, posizionare l'interruttore nell'area del tester, designata DCV o V— e AC - ACV o V ~.
3. Impostare la massima tensione possibile spostando lo stesso interruttore.
4. Toccando le sonde, osservando la polarità, posizionarsi nei punti di misura.

Dopo un secondo il display visualizzerà un numero che indica la tensione che si sta misurando.

Misurazione dello spostamento di carica

Come per la misurazione della tensione, prima di iniziare la misurazione, al tester viene collegata una coppia di fili di prova. Il filo comune viene inserito nel connettore COM e il filo positivo in mA o A. Ulteriore le misurazioni vengono effettuate nel seguente ordine:

1. Il tester si accende.
2. Per calcolare il valore DC, l'interruttore viene posizionato nell'area del multimetro etichettata DCA o A e il valore AC è ACA.
3. Viene impostato il valore di corrente più alto possibile.
4. Le sonde del dispositivo sono collegate all'interruzione di linea.
5. Il numero che appare sullo schermo indicherà il valore misurato della forza attuale.

Le misurazioni vengono eseguite allo stesso modo utilizzando un dispositivo analogico. Ma il risultato della misurazione non è determinato dal display, ma dalla deviazione della freccia.