Meranie napätia a prúdu: špecializované a univerzálne prístroje

Pri oprave elektronického zariadenia alebo pri prevádzke elektrických obvodov je potrebné zmerať napätie a prúd obvodu. Na tento účel existujú špeciálne aj univerzálne zariadenia. Ich používanie nie je vôbec ťažké, ale na tento účel by ste mali mať aspoň najjednoduchšiu predstavu o tom, ako ich používať.

Fyzikálna definícia veličín

Interakciu a pohyb elektrických nábojov opísal v roku 1600 vedec z Anglicka William Gilbert, ktorý zaviedol pojem elektriny do každodenného života. Zistil, že v rôznych fyzických telách sú náboje, ktoré môžu vytvárať elektrické pole a tým ovplyvňovať iné nabité telá.

Následne sa zistilo, že nabité častice sa delia na kladné a záporné náboje, pričom rovnakým znamením sa navzájom odpudzujú a naopak - priťahujú. Okrem toho fyzici Oersted, Faraday, Maxwell, ktorí experimentovali s telesami, objavili elektromagnetizmus, ktorý spočíva vo výskyte magnetického poľa pri pohybe nabitých častíc.

Zaviedli sa teda dva pojmy – prúd a napätie. Prvý označuje usporiadaný pohyb nábojov a druhý - silu, ktorá sa musí vynaložiť na prenos jednotkového náboja bez ovplyvnenia zvyšku nabitých častíc v tele. Keďže sa tým mení energia náboja, napätie je charakterizované rozdielom energetického potenciálu pred a po pohybe náboja.

Nemecký vedec Georg Simon Ohm, ktorý študoval elektrické vlastnosti materiálov v roku 1826, vykonal sériu experimentov, v dôsledku ktorých sformuloval zákon pre úsek obvodu. Zistil, že veľkosť prúdu je priamo úmerná potenciálnemu rozdielu a nepriamo úmerná odporu, čím odhalil súvislosť medzi elektrickými veličinami. Takto sa objavili pojmy: elektromotorická sila, pokles napätia, vodivosť.

Elektrické napätie

Kvantitatívne označujúce prácu pohybu náboja z jedného bodu do druhého, rozlišujú sa rôzne typy napätia. Sú závislé od pretekajúcich prúdov. Na ich označenie sa používajú rôzne pojmy a metódy výpočtu. Potenciálny rozdiel môže byť:

1. Konštantný, vznikajúci v elektrostatických obvodoch a obvodoch konštantného elektrického prúdu.
2. Premenná, ktorá sa objaví pri výskyte striedavého prúdu.

Volt bol prijatý ako jednotka merania akejkoľvek fyzikálnej veličiny na počesť vynikajúceho vedca Alessandra Voltu, ktorý skonštruoval prvý prúdový zdroj. A grafické označenie bol znak U. Matematicky je stres opísaný nasledujúcim vzorcom:

U = A / q, kde U je potenciálny rozdiel, A je práca vykonaná elektrickým poľom, q je náboj.

Špecializované zariadenie určené na meranie napätia sa nazýva voltmeter. Aby bolo možné merať potenciálny rozdiel, je zapojený paralelne so zdrojom energie alebo prvkom, na ktorom sa meria pokles napätia.

Keďže pri paralelnom zapojení prvkov sa medzi ne rozdeľuje elektrický prúd, ideálne meracie zariadenie by malo mať nekonečne veľký vnútorný odpor. Ale v praxi to nemôže byť, preto čím vyšší je odpor zariadenia, tým presnejší je jeho výsledok merania.

Voltmetre sa vyrábajú ako na meranie len jednosmerného alebo striedavého napätia, tak aj univerzálne. Okrem toho môžu byť podľa princípu činnosti:

1. digitálny. Ich práca je založená na použití analógovo-digitálneho prevodníka (ADC) a displeja z tekutých kryštálov.
2. Analógové. Hlavným prvkom tohto typu zariadenia je elektrodynamická hlavica, ktorej vychýlenie šípky na odstupňovanej stupnici umožňuje merať napätie.

Na meranie jednosmerného signálu sa namerané napätie konvertuje na štvorcový signál pomocou modulácie šírky impulzov. Potom sa zosilní a usmerní detektorom zdvojnásobenia napätia. Ďalej je signál spracovaný mikrokontrolérom, ktorý zobrazuje prijaté údaje na obrazovke vo forme čísel. Činnosť voltmetra striedavého napätia je založená na premene striedavého signálu na jednosmerný priamo úmerný nameranej hodnote striedavého napätia.

Súčasná sila

Aby sa objavil elektrický prúd, musia byť splnené dve podmienky: fyzické telo musia mať voľné častice a musia byť ovplyvnené silou, ktorá ich pohybuje v jednom smer. Najvhodnejšie telesá sú kovy - vodiče. Ak je takýto vodič umiestnený v elektrickom poli, potom pod jeho pôsobením začne v kove riadený pohyb nábojov, to znamená, že sa vytvorí prúd.

Rovnako ako v prípade rozdielu potenciálov môže byť prúd dvoch typov:

1. Neustále. Vyznačuje sa usporiadaným pohybom nábojov, ktorých smer sa dlhší čas nemení.
2. Variabilné. Ide o taký elektrický prúd, ktorý môže v čase meniť svoju veľkosť aj smer pohybu.

Jednotkou merania prúdu akéhokoľvek druhu sú ampéry. Na schémach a v literatúre je elektrický prúd označený symbolom I. Môžete to vypočítať pomocou vzorca:

I = ΔQ / Δt, kde I je sila prúdu, ΔQ je množstvo náboja, Δt je časový interval.

Sila prúdu sa meria pomocou špeciálneho zariadenia - ampérmetra. Je zaradený do série v obvode v časti, na ktorej sa vykonávajú merania.

Za ideálne sa považuje zariadenie s nulovou hodnotou vnútorného odporu. Preto čím nižší je jeho odpor, tým presnejšie budú merania.

Svojím dizajnom môžu byť zariadenia:

1. Hroty šípok. Ich konštrukcia je založená na elektrickej meracej hlave iného systému: magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický.
2. Diskrétne. Takéto zariadenie pozostáva z ADC a prevádza nameranú silu prúdu na digitálny signál, ktorý sa potom zobrazí na obrazovke.

A tiež všetky ampérmetre sú rozdelené na zariadenia na meranie sily prúdu jednosmerného a striedavého napätia. Pri meraní veľkosti jednosmerného prúdu použite posun meracej hlavy. Deje sa tak, aby nedošlo k spáleniu cievky, ktorá sa na nej nachádza. Potom, keď zariadením prechádza konštantný elektrický prúd, rozdelí sa na prúd bočníka a hlavy.

Bočník je násobkom 10, teda 1 až 10, 1 až 100 atď., a po vychýlení šípky sa výsledok jednoducho vynásobí týmto číslom. Na meranie striedavého prúdu sa k prístroju pridáva merací prúdový transformátor, ktorého sekundárne vinutie je spojené s ampérmetrom. Stupnica prístroja je označená na základe najvyššieho prúdu pretekajúceho primárnym vinutím transformátora.

Ampérmeter a voltmeter

Pred začatím práce s prístrojmi je potrebné ich nakonfigurovať a nakalibrovať. V tomto prípade by sa merania mali vykonávať pri teplote asi dvadsať stupňov Celzia. Je to spôsobené tým, že fyzikálne vlastnosti materiálov závisia od teploty. To platí najmä pre vodivosť. Najjednoduchšie zariadenia, analógové, sú vyrobené z plastového krytu, v ktorom sa nachádza:

• elektrická meracia hlava;
• odpor (shunt);
• továrensky kalibrovaná váha;
• kontaktné vodiče.

V ampérmetri je odpor umiestnený rovnobežne s elektrodynamickou hlavou a vo voltmetri - v sérii. Stupnica je označená nominálnymi hodnotami od nuly po hraničnú hodnotu, ako aj povinná jednotka merania a tvar vlny sú uvedené, napríklad A - ampér, mA - miliampér, V - volt, mV - milivolt.

Pri meraní musí byť prístroj umiestnený na rovnej vodorovnej ploche. Pomocou regulátora, často vyrobeného pre štrbinový skrutkovač, sa nastaví poloha šípky zodpovedajúca číslu nula. Po dokončení kalibrácie môžete začať priamo merať:

1. Ku kontaktom testera sú pripojené dva vodiče: jeden ku kladnému pólu, druhý k zápornému pólu.
2. Pri práci s voltmetrom sa opačné konce vodičov (sond) dotýkajú bodov, medzi ktorými chcete merať napätie. Jeho spojenie bude teda paralelné. Na meranie ampérmetrom je potrebné prerušiť elektrické vedenie, v ktorom sa meranie vykonáva, a pripojiť sondy k prerušeným koncom. V tomto prípade je v oboch prípadoch dôležité dodržať polaritu. To znamená, že kladný pól zariadenia sa musí zhodovať s kladným pólom na diagrame. Nezáleží však na premenlivom tvare vlny.
3. Nameraná hodnota je určená vychýlením šípky.

Ak sa ukazovateľ počas merania odchyľuje doľava od nuly, znamená to, že polarita je nesprávne zapojená. Nie je možné ponechať prístroj dlhší čas v nesprávnom zapojení, pretože elektrická meracia hlava zlyhá.

Práca s digitálnym testerom počas merania je podobná ako pri použití analógového prístroja, ale nedochádza k predbežnej kalibrácii. Diskrétne testery vyžadujú na svoju činnosť zdroj napájania, preto sa pred meraním uistite, že funguje správne.

Univerzálne zariadenie

V každodennom živote sa špecializované zariadenia takmer nikdy nepoužívajú, pretože na to existujú kombinované zariadenia - multimetre. Podľa princípu činnosti sú rozdelené na digitálne a analógové zariadenia. Univerzálne prístroje dokážu merať elektrické veličiny rôznych druhov a tvarov. Na to je tester vybavený kolískovým prepínačom, ktorým sa volí nameraná hodnota a rozsah jej hodnôt. Existujú však zariadenia s automatickým výberom tohto rozsahu.

Digital využíva pri svojej práci porovnanie referenčného a vstupného signálu. Potenciálny rozdiel sa meria priamym pripojením prístroja a meranie prúdu je založené na určení poklesu napätia na vnútornej odporovej záťaži testera. Analógový pohľad využíva vo svojom dizajne elektromechanickú hlavu, ktorá je umiestnená v ráme, ktorý vytvára magnetické pole. Šípka v rámčeku sa líši v závislosti od vstupného signálu. Nameraná hodnota sa vypočíta v závislosti od sily tejto odchýlky.

Pred začatím práce sa musí multimeter skontrolovať z hľadiska prevádzkyschopnosti jeho zdroja energie. Ak je nepoužiteľný, na digitálnom zariadení sa po zapnutí rozsvieti indikátor s blikajúcou batériou. Pre číselník bude indikáciou pre výmenu batérií nemožnosť nastavenia šípky do nulovej polohy.

Na prednom paneli multimetrov sú prepínače, ktoré umožňujú zvoliť jeden alebo iný režim prevádzky testera. Tlačidlom ON/OFF sa zariadenie zapína alebo vypína. okrem toho tester môže mať nasledujúce konektory:

• 10A - meranie prúdu s limitom do desiatich ampérov;
• mA - meranie prúdu v miliampéroch;
• COM - zásuvka na pripojenie zápornej pólovej sondy;
• V / Ω - pre pripojenie kladnej sondy.

Výpočet potenciálneho rozdielu

Pred meraním musíte k testeru pripojiť pár vodičov. Jeden vodič (záporný) je zapojený do konektora COM a druhý (kladný) je zapojený do V / Ω. Na jednom konci každého z vodičov je zástrčka na inštaláciu do zásuvky merača a na druhom konci je kontaktná sonda. Ak chcete merať napätie, nasleduj tieto kroky:

1. Na zapnutie multimetra stlačte tlačidlo ON/OFF.
2. Ak chcete merať jednosmerné napätie, umiestnite prepínač do oblasti testera označenej ako DCV alebo V— a AC - ACV alebo V ~.
3. Nastavte maximálne možné napätie posunutím toho istého prepínača.
4. Dotknutím sa sond, dodržaním polarity, sa postavte na meracie body.

Po jednej sekunde sa na displeji zobrazí číslo označujúce merané napätie.

Meranie posunu náboja

Rovnako ako pri meraní napätia, pred spustením merania je k testeru pripojený testovací pár vodičov. Spoločný vodič je vložený do konektora COM a kladný vodič v mA alebo A. Ďalej merania sa vykonávajú v tomto poradí:

1. Tester sa zapne.
2. Na výpočet hodnoty DC je prepínač umiestnený v oblasti multimetra označenej DCA alebo A a hodnota AC je ACA.
3. Nastaví sa najvyššia možná hodnota prúdu.
4. Sondy zariadenia sú pripojené k prerušeniu vedenia.
5. Číslo, ktoré sa objaví na obrazovke, bude indikovať nameranú hodnotu aktuálnej sily.

Merania sa vykonávajú rovnakým spôsobom pomocou analógového zariadenia. Ale výsledok merania nie je určený displejom, ale odchýlkou ​​šípky.