Pomiar napięcia i prądu: przyrządy specjalistyczne i uniwersalne

Podczas naprawy urządzenia elektronicznego lub obsługi obwodów elektrycznych należy zmierzyć się z koniecznością pomiaru napięcia i prądu obwodu. Do tego są zarówno urządzenia specjalne, jak i uniwersalne. Korzystanie z nich wcale nie jest trudne, ale do tego powinieneś mieć przynajmniej najprostszy pomysł, jak z nich korzystać.

Fizyczna definicja wielkości

Oddziaływanie i ruch ładunków elektrycznych opisał w 1600 roku naukowiec z Anglii William Gilbert, który wprowadził pojęcie elektryczności do życia codziennego. Odkrył, że w różnych ciałach fizycznych znajdują się ładunki, które mogą tworzyć pole elektryczne i tym samym wpływać na inne naładowane ciała.

Następnie stwierdzono, że naładowane cząstki dzielą się na ładunki dodatnie i ujemne, podczas gdy tym samym znakiem odpychają się nawzajem, a przeciwnie - przyciągają. Ponadto fizycy Oersted, Faraday, Maxwell, którzy eksperymentowali z ciałami, odkryli elektromagnetyzm, który polega na pojawieniu się pola magnetycznego podczas ruchu naładowanych cząstek.

W ten sposób wprowadzono dwie koncepcje - prąd i napięcie. Pierwsza oznacza uporządkowany ruch ładunków, a druga - siłę, którą należy zużyć, aby przenieść ładunek jednostkowy bez wpływu na resztę naładowanych cząstek w ciele. Ponieważ zmienia to energię ładunku, napięcie charakteryzuje się różnicą potencjału energetycznego przed i po ruchu ładunku.

Niemiecki naukowiec Georg Simon Ohm, który w 1826 roku badał właściwości elektryczne materiałów, przeprowadził serię eksperymentów, w wyniku których sformułował prawo dla odcinka obwodu. Odkrył, że wielkość prądu jest wprost proporcjonalna do różnicy potencjałów i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji, ujawniając w ten sposób związek między wielkościami elektrycznymi. Tak powstały pojęcia: siła elektromotoryczna, spadek napięcia, przewodnictwo.

Napięcie elektryczne

Oznaczając ilościowo pracę polegającą na przenoszeniu ładunku z jednego punktu do drugiego, rozróżnia się różne rodzaje napięcia. Zależą od przepływających prądów. Do ich oznaczenia stosuje się różne terminy i metody obliczeniowe. Potencjalna różnica może być:

1. Stała, powstająca w obwodach elektrostatycznych i obwodach stałego prądu elektrycznego.
2. Zmienna, która pojawia się, gdy występuje prąd przemienny.

Wolt został przyjęty jako jednostka miary dowolnej wielkości fizycznej na cześć wybitnego naukowca Alessandro Volty, który skonstruował pierwsze źródło prądu. A oznaczeniem graficznym był znak U. Matematycznie stres opisany jest następującym wzorem:

U = A / q, gdzie U to różnica potencjałów, A to praca wykonana przez pole elektryczne, q to ładunek.

Specjalistyczne urządzenie przeznaczone do pomiaru napięcia nazywa się woltomierzem. W celu pomiaru różnicy potencjałów podłącza się go równolegle do źródła zasilania lub elementu, na którym mierzony jest spadek napięcia.

Ponieważ gdy elementy są połączone równolegle, prąd elektryczny jest między nimi rozprowadzany, idealne urządzenie pomiarowe powinno mieć nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. Ale w praktyce nie może to być, dlatego im wyższa rezystancja urządzenia, tym dokładniejszy wynik pomiaru.

Woltomierze produkowane są zarówno do pomiaru samego napięcia DC lub AC, jak i uniwersalne. Ponadto, zgodnie z zasadą działania, mogą to być:

1. Cyfrowy. Ich praca opiera się na wykorzystaniu przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) oraz wyświetlacza ciekłokrystalicznego.
2. Analog. Głównym elementem tego typu urządzenia jest głowica elektrodynamiczna, której ugięcie strzałki w skali stopniowanej pozwala na pomiar napięcia.

Aby zmierzyć sygnał DC, zmierzone napięcie jest przekształcane na sygnał prostokątny za pomocą modulacji szerokości impulsu. Następnie jest wzmacniany i prostowany przez detektor podwojenia napięcia. Następnie sygnał jest przetwarzany przez mikrokontroler, który wizualizuje otrzymane dane na ekranie w postaci liczb. Działanie woltomierza napięcia AC polega na zamianie sygnału AC na DC wprost proporcjonalne do mierzonej wartości napięcia AC.

Aktualna siła

Aby pojawił się prąd elektryczny, muszą być spełnione dwa warunki: ciało fizyczne muszą mieć cząstki swobodne, na które musi wpływać siła, która porusza je w jednym kierunek. Najbardziej odpowiednimi ciałami są metale - przewodniki. Jeśli taki przewodnik zostanie umieszczony w polu elektrycznym, wówczas pod jego działaniem w metalu rozpocznie się ukierunkowany ruch ładunków, to znaczy powstanie prąd.

Podobnie jak w przypadku różnicy potencjałów, prąd może być dwojakiego rodzaju:

1. Stały. Charakteryzuje się uporządkowanym ruchem ładunków, których kierunek nie zmienia się przez długi czas.
2. Zmienny. Jest to taki prąd elektryczny, który może zmieniać w czasie zarówno swoją wielkość, jak i kierunek ruchu.

Jednostką miary prądu dowolnego rodzaju jest amper. Na schematach i w literaturze prąd elektryczny jest oznaczony symbolem I. Możesz to obliczyć za pomocą wzoru:

I = ΔQ / Δt, gdzie I to natężenie prądu, ΔQ to ilość ładunku, Δt to przedział czasu.

Aktualną siłę mierzy się za pomocą specjalnego urządzenia - amperomierza. Jest włączany szeregowo w obwód w odcinku, na którym wykonywane są pomiary.

Urządzenie o zerowej wartości rezystancji wewnętrznej jest uważane za idealne. Dlatego im niższa jest jego rezystancja, tym dokładniejsze będą pomiary.

Ze względu na swoją konstrukcję urządzenia mogą być:

1. Groty strzał. Ich konstrukcja oparta jest na elektrycznej głowicy pomiarowej innego układu: magnetoelektrycznego, elektromagnetycznego, elektrodynamicznego.
2. Oddzielny. Takie urządzenie składa się z przetwornika ADC i przekształca zmierzoną siłę prądu na sygnał cyfrowy, który jest następnie wyświetlany na ekranie.

A także wszystkie amperomierze są podzielone na urządzenia do pomiaru natężenia prądu napięcia stałego i przemiennego. Podczas pomiaru wielkości prądu stałego użyj bocznika głowicy pomiarowej. Odbywa się to tak, aby nie spalić znajdującej się na nim cewki. Następnie, gdy przez urządzenie przepływa stały prąd elektryczny, zostanie on podzielony na prąd bocznika i głowicy.

Bocznik jest wielokrotnością 10, czyli 1 do 10, 1 do 100 itd., a po odchyleniu strzałki wynik jest po prostu mnożony przez tę liczbę. Aby zmierzyć prąd przemienny, do urządzenia dodaje się przekładnik prądowy, którego uzwojenie wtórne jest podłączone do amperomierza. Skala urządzenia jest oznaczona na podstawie największego prądu płynącego przez uzwojenie pierwotne transformatora.

Amperomierz i woltomierz

Przed rozpoczęciem pracy z przyrządami należy je skonfigurować i skalibrować. W takim przypadku pomiary należy przeprowadzać w temperaturze około dwudziestu stopni Celsjusza. Wynika to z faktu, że właściwości fizyczne materiałów zależą od temperatury. Dotyczy to zwłaszcza przewodnictwa. Najprostsze urządzenia analogowe wykonane są z plastikowej obudowy, w którym znajduje się:

• elektryczna głowica pomiarowa;
• rezystor (bocznik);
• waga kalibrowana fabrycznie;
• kontakt prowadzi.

W amperomierzu rezystor jest umieszczony równolegle do głowicy elektrodynamicznej, aw woltomierzu - szeregowo. Skala jest oznaczona wartościami nominalnymi od zera do wartości granicznej, a także obowiązkowymi jednostka miary i przebieg są wskazywane, na przykład A - amper, mA - miliamper, V - wolt, mV - miliwolt.

Podczas pomiaru urządzenie musi być umieszczone na płaskiej, poziomej powierzchni. Za pomocą regulatora, często wykonanego pod śrubokręt płaski, ustawia się pozycję strzałki odpowiadającą cyfrze zero. Po zakończeniu kalibracji możesz bezpośrednio rozpocząć pomiar:

1. Do styków testera podłączone są dwa przewody: jeden do zacisku dodatniego, drugi do ujemnego.
2. Podczas pracy z woltomierzem, przeciwległe końce przewodów (sond) dotykają punktów, pomiędzy którymi chcesz zmierzyć napięcie. W ten sposób jego połączenie będzie równoległe. Aby dokonać pomiaru amperomierzem, należy przerwać linię elektroenergetyczną, w której wykonywany jest pomiar, i podłączyć sondy do zerwanych końcówek. W tym przypadku w obu przypadkach ważne jest przestrzeganie biegunowości. Oznacza to, że biegun dodatni urządzenia musi pokrywać się z plusem na schemacie. Nie ma to jednak znaczenia dla zmiennej fali.
3. Zmierzona wartość jest określona przez ugięcie strzałki.

Jeśli podczas pomiaru wskazówka odchyla się w lewo od zera, oznacza to, że polaryzacja jest niewłaściwie podłączona. Nie można pozostawić urządzenia w złym połączeniu przez długi czas, ponieważ elektryczna głowica pomiarowa ulegnie awarii.

Praca z testerem cyfrowym podczas pomiaru jest podobna do korzystania z przyrządu analogowego, ale nie podlega wstępnej kalibracji. Testery dyskretne wymagają do działania zasilania, więc przed pomiarem upewnij się, że działa prawidłowo.

Urządzenie uniwersalne

W życiu codziennym prawie nigdy nie używa się specjalistycznych urządzeń, ponieważ do tego służą połączone urządzenia - multimetry. Zgodnie z zasadą działania dzielą się na urządzenia cyfrowe i analogowe. Urządzenia uniwersalne mogą mierzyć wielkości elektryczne różnego rodzaju i kształtów. W tym celu tester wyposażony jest w przełącznik kołyskowy, który wybiera mierzoną wartość i zakres jej wartości. Ale są urządzenia z automatycznym wyborem tego zakresu.

Digital wykorzystuje w swojej pracy porównanie sygnału odniesienia i sygnału wejściowego. Różnica potencjałów jest mierzona poprzez bezpośrednie podłączenie przyrządu, a pomiar prądu opiera się na określeniu spadku napięcia na wewnętrznym obciążeniu rezystancyjnym testera. Widok analogowy wykorzystuje w swojej konstrukcji głowicę elektromechaniczną, która jest umieszczona w ramie wytwarzającej pole magnetyczne. Strzałka w ramce różni się w zależności od sygnału wejściowego. Zmierzona wartość jest obliczana w zależności od siły tego odchylenia.

Przed rozpoczęciem pracy należy sprawdzić multimetr pod kątem sprawności źródła zasilania. Jeśli nie nadaje się do użytku, wskaźnik z migającą baterią zapala się na urządzeniu cyfrowym po jego włączeniu. W przypadku czujnika zegarowego wskazaniem do wymiany baterii będzie brak możliwości ustawienia strzałki w pozycji zerowej.

Na przednim panelu multimetrów znajdują się przełączniki, które pozwalają wybrać jeden lub drugi tryb pracy testera. Przycisk ON / OFF włącza lub wyłącza urządzenie. Oprócz, tester może posiadać następujące złącza:

• 10A - pomiary prądu z limitem do dziesięciu amperów;
• mA - pomiar prądu w miliamperach;
• COM - gniazdo do podłączenia sondy bieguna ujemnego;
• V / Ω - do podłączenia sondy z biegunem dodatnim.

Obliczanie różnicy potencjałów

Przed wykonaniem pomiarów należy podłączyć do testera parę przewodów. Jeden przewód (ujemny) jest podłączony do gniazda COM, a drugi (dodatni) jest włożony do V / Ω. Na jednym końcu każdego z przewodów znajduje się wtyczka do montażu w gnieździe miernika, a na drugim znajduje się sonda kontaktowa. Aby zmierzyć napięcie, wykonaj następujące kroki:

1. Naciśnij przycisk ON / OFF, aby włączyć multimetr.
2. Aby zmierzyć napięcie prądu stałego, umieść przełącznik w obszarze testera oznaczonym jako DCV lub V— i AC - ACV lub V ~.
3. Ustaw maksymalne możliwe napięcie, przesuwając ten sam przełącznik.
4. Dotykając sond, obserwując biegunowość, stań w punktach pomiarowych.

Po jednej sekundzie na wyświetlaczu pojawi się liczba wskazująca mierzone napięcie.

Pomiar przemieszczenia ładunku

Podobnie jak w przypadku napięcia pomiarowego, przed rozpoczęciem pomiaru do testera podłączana jest para przewodów testowych. Przewód wspólny jest włożony do złącza COM, a przewód dodatni w mA lub A. Dalej pomiary wykonywane są w następującej kolejności:

1. Tester włącza się.
2. Aby obliczyć wartość DC, przełącznik umieszcza się w obszarze multimetru oznaczonym DCA lub A, a wartość AC to ACA.
3. Ustawiona jest najwyższa możliwa wartość prądu.
4. Sondy urządzenia są podłączone do przerwania linii.
5. Liczba, która pojawi się na ekranie, wskaże zmierzoną wartość aktualnej siły.

Pomiary przeprowadzane są w ten sam sposób za pomocą urządzenia analogowego. Ale wynik pomiaru zależy nie od wyświetlacza, ale od odchylenia strzałki.