Měření proudu a napětí. Voltmetr a ampérmetr.

Ahoj všichni, dnes se v kurzu „Základy elektroniky“ podíváme na hlavní způsoby měření proudu, napětí a dalších parametrů elektrických obvodů. Samozřejmostí jsou základní měřicí přístroje, jako např voltmetr и ampérmetr.

Měření proudu. Ampérmetr.

A začneme měřením proudu. Zařízení používané pro tyto účely se nazývá ampérmetra je zapojen do série do obvodu. Podívejme se na malý příklad:

Jak vidíte, zde je napájecí zdroj připojen přímo k rezistoru představujícímu užitečnou zátěž. Navíc obvod obsahuje ampérmetr zapojený do série s rezistorem. Podle Ohmova zákona je proudová síla v daném obvodu:

I = frac = frac = 0.12

Získali jsme hodnotu rovnou 0.12 A, která se přesně shoduje s praktickým výsledkem, který předvedl ampérmetr v obvodu Důležitým parametrem tohoto zařízení je jeho vnitřní odpor r_A. Proč je to tak důležité? Přesvědčte se sami – při absenci ampérmetru se proud určuje podle Ohmova zákona, jak jsme počítali o něco vyšší. Ale pokud je v obvodu ampérmetr, proud se změní, protože se změní celkový odpor, a dostaneme následující hodnotu:

Pokud by byl ampérmetr naprosto ideální a jeho odpor byl nulový, pak by to nemělo žádný vliv na činnost elektrického obvodu, jehož parametry je třeba měřit, ale v praxi to tak úplně neplatí a odpor zařízení není roven 0. Odpor ampérmetru je samozřejmě dostatečný je malý (jelikož výrobci se ho snaží co nejvíce snížit), takže v mnoha příkladech a úlohách je opomíjen, ale nezapomeňte, že stále existuje a není -nula. Když se mluví o měření proudu Nelze nezmínit metodu, která umožňuje rozšířit limity, ve kterých může ampérmetr pracovat. Tato metoda zahrnuje připojení bočníku (rezistoru) s určitým odporem paralelně k ampérmetru:

V tomto vzorci je n bočníkový koeficient – číslo, které ukazuje, kolikrát se zvýší limity, ve kterých může ampérmetr provádět svá měření. Možná se to všechno nemusí zdát úplně jasné a logické, proto se nyní podíváme na praktický příklad, který nám pomůže vše pochopit. Nechť je maximální hodnota, kterou může ampérmetr naměřit, 1 A. A obvod, ve kterém potřebujeme určit sílu proudu, má následující tvar:

Rozdíl od předchozího obvodu je v tom, že napětí zdroje energie v tomto obvodu je 100krát větší, takže proud v obvodu se zvýší a bude se rovnat 12 A. Napětí 1200 V se bere pouze pro pro příklad v tom není skrytý praktický význam) Takže kvůli omezení maximální hodnoty měřeného proudu nebudeme moci přímo používat náš ampérmetr. Takže pro takové úkoly musíte použít další bočník:

V tomto problému potřebujeme změřit proud I. Předpokládáme, že jeho hodnota překročí maximální přípustnou hodnotu pro použitý ampérmetr, proto do obvodu přidáme další prvek, který bude fungovat jako bočník. Chceme zvýšit meze měření ampérmetru 25krát, to znamená, že zařízení bude ukazovat hodnotu, která je 25krát menší než hodnota měřeného proudu. Stačí vynásobit odečty přístroje nám známým číslem a dostaneme požadovanou hodnotu. Abychom tuto myšlenku realizovali, musíme paralelně s ampérmetrem umístit bočník a jeho odpor se musí rovnat hodnotě, kterou určíme pomocí vzorce:

V tomto případě n = 25, ale všechny výpočty provedeme v obecné podobě, abychom ukázali, že hodnoty mohou být naprosto libovolné, princip posunu bude fungovat stejně. Takže od té doby napětí na bočníku a na ampérmetru jsou stejná, můžeme napsat první rovnici:

I_Аmedspace r_А = I_Rmedspace R

Vyjádřeme bočník proudem ampérmetru:
I_R = I_Аmedspace frac
Měřený proud je:

I = I_R + I_A

Do této rovnice dosadíme předchozí výraz pro bočníkový proud:
I = I_A + I_Аmedspace frac
Ale známe také odpor bočníku (R = frac ). V důsledku toho dostaneme:

I = I_Аmedspace (1 + fracenspace) = I_Аmedspace n

Takže jsme dostali, co jsme chtěli. Hodnota, kterou bude ampérmetr v tomto obvodu ukazovat, bude nkrát menší než síla proudu, jejíž hodnotu je potřeba změřit. S aktuální měření v obvodu je vše jasné, přejděme k další otázce, a to určení napětí.

Měření napětí. Voltmetr.

Zařízení určené k měření napětí se nazývá voltmetr. A na rozdíl od ampérmetru je připojen k obvodu paralelně k části obvodu, ve které je třeba určit napětí. A opět, na rozdíl od ideálního ampérmetru, který má nulový odpor, by měl být odpor ideálního voltmetru roven nekonečnu. Pojďme zjistit, s čím to souvisí:

Pokud by v obvodu nebyl voltmetr, proud přes odpory by byl stejný a byl by určen Ohmovým zákonem takto:

I_1 = I_2 = frac = frac = 1

Aktuální hodnota by tedy byla 1 A a napětí na rezistoru 2 by se tedy rovnalo 20 V. To je vše jasné, ale nyní chceme toto napětí změřit voltmetrem a zapnout jej paralelně s R_2. Pokud by byl odpor voltmetru nekonečně velký, pak by jím prostě neprocházel žádný proud (I_B = 0) a zařízení by na původní obvod nemělo žádný vliv. Ale protože r_B má konečnou hodnotu a nerovná se nekonečnu, proud bude protékat voltmetrem. V tomto ohledu již nebude napětí na rezistoru R_2 stejné, jako by bylo bez měřicího zařízení. Ideální by proto byl voltmetr, kterým by neprocházel žádný proud. Stejně jako u ampérmetru existuje speciální metoda, která umožňuje zvýšit meze měření napětí voltmetru. K tomu je nutné zapojit do série se zařízením další odpor, jehož hodnota je určena vzorcem:

R_Д = r_Вmedspace (nmedspace-medspace 1)

To způsobí odečty voltmetr bude n krát menší než hodnota naměřeného napětí. Jako obvykle se podívejme na malý praktický příklad:

Zde jsme do obvodu přidali další odpor R_3. Naším úkolem je změřit napětí na rezistoru R_2:medspace U_2 = R_2medspace I_2. Pojďme určit, jaký výsledek nám voltmetr dá, když je zapnutý tímto způsobem:

U_2 = I_2medspace R_2 = U_B + I_Bmedspace R_3

Dosadíme výraz pro výpočet odporu přídavného rezistoru do tohoto vzorce:

U_2 = U_B + I_Bmedspace (r_Bmedspace (nmedspace-medspace 1)) = U_B + I_Bmedspace r_Bmedspace nmedspace-medspace I_Bmedspace r_B = U_B + U_Bmedspace nmedspace-medspace U_B = n_Bmedspace

Tedy: U_B = frac . To znamená, že hodnoty voltmetru budou nkrát menší než hodnota napětí, kterou jsme naměřili. Takže pomocí této metody je možné výrazně zvýšit meze měření voltmetru. Na závěr článku pár slov o měření odporu a výkonu. K vyřešení obou problémů je možné použít ampérmetr a voltmetr dohromady. V předchozích článcích (o výkonu a odporu) jsme se podrobně zabývali pojmy odpor a výkon a jejich vztah k napětí a odporu, takže když známe proud a napětí elektrického obvodu, můžeme vypočítat parametr, který potřebujeme. Kromě toho existují speciální zařízení, která vám umožňují měřit odpor části obvodu (ohmmetr) a výkon (wattmetr). Obecně platí, že je to pravděpodobně konec dneška, zůstaňte naladěni!

Proudové kleště je zařízení, které měří sílu proudu bez přerušení obvodu.

Abyste mohli měřit proud multimetrem, musíte pokaždé přerušit vodič, což v praxi není příliš výhodné.

Pomocí proudových kleští je problém vyřešen raz a dvakrát.

Typy proudových kleští

Existují dva typy proudových kleští:

1. Kleště na stejnosměrný proud.
2. AC proudové kleště.

Kleště, které mohou měřit proud trvalý napětí se vyrábí pomocí Hallova jevu – jsou mnohonásobně dražší. Ale také kombinují AC proudové kleště.

Svorky, které měří sílu proudu variabilní Napětí jsou vyrobena na principu transformátoru, takže jsou levná. Nemohou měřit stejnosměrný proud.

Navenek se od sebe nijak neliší. Doporučuji vzít ty, které dokážou změřit proudovou sílu stejnosměrného i střídavého napětí.

Měření proudových kleští

Nedávno jsem si objednal proudové kleště Mastech. Jak moc se mi zařízení líbilo! Padne do ruky jako forma a je velmi pohodlné přepínat knoflík palcem. Tyto kleště mohou měřit proudovou sílu stejnosměrného i střídavého napětí.

Stiskneme spoušť a rty se od sebe oddálí)

Tím ale dobré věci nekončí. Přichází s plně vybavený multimetr s automatickou volbou rozsahu.

Pojďme zkontrolovat funkčnost tohoto zařízení a uvidíme, jak moc leží. Je čas na experimenty. Jdeme!

Sestavíme obvod z 12V žárovky a zdroje. Také jsme nastavili napájení na 12 Voltů.

Měříme proudovou sílu stejnosměrného napětí pomocí napájecího zdroje, poté měříme proudovou sílu pomocí čínského multimetru a poté měříme proudovou sílu pomocí proudové kleště a porovnáváme hodnoty všech těchto tří ampérmetrů zabudovaných v našich zařízeních.

Nejprve tedy bude proudová síla měřena samotným laboratorním napájecím zdrojem:

Žárovka má spotřebu 1,7 A

Nyní měříme proud pomocí tohoto schématu pomocí čínského multimetru DT9202

Výsledek je stejný jako u zdroje. 1,7 Amp.

Měříme proudovou sílu stejnosměrného napětí

No a teď přicházejí na řadu současné svorky. Nejprve vyberte rozsah měření stejnosměrného proudu:

Poté zařízení oddálíme od různých drátů a jiných zařízení, aby nedocházelo k rušení. Poté stiskněte žluté tlačítko „SEL“ a resetujte naše svorky

Nyní je vše v pořádku, můžete to změřit

Při měření síly proudu pomocí svorek platí zlaté pravidlo: Chytáme vždy jen jeden drát!

Vlevo je správné měření, vpravo nesprávné.

Drátek uchopíme tak, abychom ho měli v dutině piškotů. Umístěte vodiče do středu dutiny – měření tak bude trochu přesnější.

Dostali jsme 1,71 ampér, což jsme potřebovali dokázat ;-).

Ale proč ta hodnota s mínusem, tedy „-1,71 Ampér“. co se děje?

Když se podíváte pozorně, můžete na jedné z čelistí vidět šipku, která ukazuje směr pohybu elektrického proudu.

To znamená, že v našem experimentu teče elektrický proud ve směru opačném k šipce, protože displej ukazuje hodnotu s mínusem.

Zařízení ukazuje 1,73 Ampér. Nyní ikona mínus zmizela. To znamená, že proud teče ve směru šipky. Chyba měření proudových kleští byla 30 miliampérů. Myslím, že je to u takového zařízení zcela běžná chyba.

Měříme proudovou sílu střídavého napětí

Nyní změříme střídavý proud. Chcete-li to provést, vezměte 220voltovou žárovku

a připojte jej k 220V síti podle tohoto schématu pro měření střídavého proudu

Knoflík na multimetru jsme dali na ikonu ~A, což znamená měření střídavého proudu a podívejte se na hodnoty

Multimetr ukazuje 70 miliampérů.

No, teď to celé změříme pomocí kleští, umístíme kroucení na ikonu ~A, aniž bychom přerušili řetěz:

Taky 70 miliampérů

No, zdá se, že všechno sedí). Jedno stisknutí spouště a měření je hotovo! Ne zařízení, ale zázrak)

Malé triky při měření

K dispozici je také další funkce pro měření nízkého proudu. Ale pro názornost to ukážu při vysoké proudové síle. Používáme stejnou 12voltovou žárovku a laboratorní zdroj s napětím nastaveným na 12 voltů.

Provedeme první měření:

Proudová svorka ukázala 1,75 A. Lampa se zřejmě ještě nezahřála, takže produkovala o něco více než v předchozím experimentu.

A teď víš co? Složme měřený drát do koblihy na dvě otáčky a proveďte měření znovu:

Displej ukazoval hodnotu 3,54 A.

Přidejme ještě jednu otočku. Celkem to byly 3 otáčky:

Přístroj nám ukázal 5,31 Ampér.

A na závěr přidáme ještě jeden obrat. Celkem to byly 4 tahy:

Přístroj nám ukázal 7,12 Ampérů.

Všimli jste si nějakého vzoru? A je to bolestně jednoduché:

Celkový proud = počet závitů vynásobený proudem jednoho závitu.

To znamená, že pokud máme 4 otáčky ukazující 7,12 ampér, pak 7,12/4 = 1,78 ampér

Pokud 3 otáčky ukazují 5,31 A, pak 5,31/3 = 1,77 A

A pro dvě otáčky dostaneme 3,54/2 = 1,77 Ampér.

To je v podstatě pro přesnější měření malých proudů navineme co nejvíce závitů, změříme a pak vydělíme hodnotu na proudové svorce počtem závitů.

Kde koupit proudové kleště

Jak jsem řekl, můžete je snadno najít na Aliexpress.

Závěr

Na závěr bych chtěl říci, že se mi proudové kleště velmi líbily nejen proto, že umí měřit sílu proudu, ale obsahují i ​​plnohodnotný multimetr s automatickou detekcí dosahu. Zde je k nim dokumentace v ruštině. No, co jiného můžu říct? Nemůžete skutečně měřit mikroampéry a miliampéry. Takže tato třída zařízení může být klasifikována jako průmyslová elektronika, kde protékají velké proudy. Ale toto zařízení si stále najde důstojné místo v mé domácí laboratoři.

Doporučuji přečíst si zajímavý článek o voze Tesla.