Чем измеряется ток: В чем измеряется сила тока: единица измерения, формула

Содержание

В чем измеряется сила тока и чем его можно измерять

Сила тока — скалярная величина, выведенная Андре-Мари Ампером и занесенная в международную измерительную систему. Более подробно о том, как называется единица тока, как правильно измерить электроэнергию и от чего она зависит далее.

Единица измерения силы тока

Это физическая и скалярная величина, которая равна заряду, прошедшему через определенное время на поверхность. Измеряется в амперах, что равно одному кулону, поделенному на секунду, в дополнение к теме, в каких единицах измеряют силу электрического тока. Ампер — единица измерения, названная в честь своего создателя — французского физика, математика и естествоиспытателя. Стоит указать, что именно он впервые представил миру понятие электротока и отметил его значение для общества.

Единица измерения

Формула

Это явление, изучаемое в электростатике, магнитостатике, электродинамики и электроцепи. Равно количеству заряда, поделенному на время, напряжению, поделенному на проводниковое сопротивление. Вычисляется по закону Ома для полной электроцепи. Для этого необходимо источник напряжения поделить на выражение сопротивления внешних сетевых элементов и внутреннего сопротивления источника напряжения. При этом значение электродвижущей силы источника напряжения может быть меньше или больше, чем сопротивление, если токовая энергия зависит от величины нагрузки или нет.

Обратите внимание! Стоит указать, что электроток может быть найдет через перемножение заряда, его концентрации, среднего напряжения и косинуса угла площади, если поверхность имеет плоскую форму. Также электроток может быть найдет через перемножение всех указанных ранее элементов и интеграла по поверхности.

Формула измерения

Приборы для измерения силы тока

Прибором для измерения токовой силы называется амперметр, в дополнение к теме, чем измеряют ток. Бывает стрелочным, цифровым и электронным. Активно применяется в электролаборатории, автомобилестроении, точной науке и строительстве. По принципу действия бывает электромагнитным, магнитоэлектрическим, термоэлектронным, ферродинамическим, электродинамическим и цифровым. Измеряет как переменный, так и постоянный электроток.

Работает благодаря взаимодействию магнитного поля с подвижной катушкой или сердечником, который находится в корпусе. Пользоваться всеми типами очень просто. Все что нужно от пользователя, это внимательно изучить инструкцию и руководство к эксплуатации. Как правило, для начала измерения необходимо с помощью щупов прикоснуться к проводнику и нажать соответствующую кнопку. После на экране будет выведено значение в амперах. Стоит указать, что измеряет токовую силу также вольтметр, мультиметр и измерительная отвертка.

Амперметр

От чего зависит ток

Поскольку токовая сила является скалярной величиной, имеющей положительный и отрицательный заряд, то зависит она от мощности заряда, концентрации сосредоточенных в заряде частиц, скорости их движения и площади проводника. Стоит также указать, что зависит она от значения сопротивления с напряжением, величиной магнитного поля, числом катушечных витков, мощностью работы ротора, диаметром проводника и параметром генераторной установки.

Зависимости электротока от сопротивления и напряжения

Источники

Источником тока называется генератор, любой источник электрической энергии. Бывают механическими, тепловыми, световыми и химическими. К первым относятся газовые и паровые генераторы, турбогенераторы и механические преобразователи. Ко вторым относятся радиоизотопные термоэлектрические генераторы, а к третьим — солнечные батареи. К последним относятся гальванические солевые, щелочные или литиевые элементы, свинцово-кислотные, литий-ионные и никель-кадмиевые аккумуляторы.

Обратите внимание! Стоит указать, что источник электротока бывает идеальным и реальный. Первый — это двухполюсник, зажимы которого поддерживают электродвижущую постоянную силу. Второй же — двухполюсник, не имеющий постоянную силу из-за того, что зависит от внутреннего сопротивления. К реальному относится вторичная трансформаторная обмотка, катушка индуктивности, биполярный транзистор или генератор тока.

Виды источников

В целом, сила электротока — скалярная величина, измеряемая в амперах и равная одному кулону на секунду. Вычисляется при помощи выведенных формул, в частности по закону Ома, а также специальными измерительными приборами. Зависит от сопротивления, скорости магнитного потока и напряжения. Источниками выступают механические с тепловыми, световыми и химическими элементами, перечисленными выше.

Как измерить силу тока в цепи постоянного и переменного тока

Любая электротехническая система не обходится без расчета силы тока в цепях, проводниках и приборах. Например, при монтаже электрической проводки в однофазной сети или в трехфазной сети для расчета толщины проводников и автоматических защитных выключателей необходимо знать силу тока, который будет протекать в данных линиях. Правильное измерение – залог безопасной и надежной эксплуатации любого электрического устройства.

Измерения силы тока проводят не только для расчета цепей, но и для диагностики электрического оборудования (например, измерения на трехфазном двигателе) и бытовых электроприборов (в нагревателе, лампочках, блоках питания, зарядных устройствах USB и пр.). Автомобильные электрики, для выявления неисправности в электрических системах автомобиля (например, в прикуривателе) проводят измерения силы тока на аккумуляторе или на генераторе автомобиля. В этой статье мы подробно расскажем, как правильно измерять ток в различных ситуациях.

Как измерить ток

Для того, чтобы уметь правильно измерить силу тока, не обязательно быть профессиональным электриком, но необходимо иметь некоторые познания в электротехнике.

Что же такое сила тока? Сила тока – физическая величина, которая равна отношению количества заряда, который проходит через определенную поверхность за некоторое время, к величине этого промежутка времени. Данная величина измеряется в Амперах и обозначается буквой «А». Хоть определение силы тока и звучит достаточно мудрено, но в этой физической величине нет ничего сложного.

Но как измерить амперы? Чтобы провести измерения силы тока необходимо иметь определенный инструмент или оборудование для этого. Обычно измерения в цепи постоянного напряжения проводят мультиметром или тестером, а в сетях переменного напряжения токоизмерительными клещами или амперметром.

Постоянный ток

Как уже было сказано выше, измерения силы тока в цепях постоянного напряжения удобнее всего проводить мультиметром. Для того, чтобы осуществить измерение необходимо взять мультиметр и настроить его для работы с силой тока.

Для этого переключатель режимов перемещается в положение DCA (измерение постоянного тока), а красный и черный штекеры щупов мультиметра подключаются к гнездам с обозначением «10А» и «COM», а другие концы подключаются в разрыв цепи (то есть красный подключается к положительной полярности, а черный к отрицательной).

На современных китайских мультиметрах есть два гнезда для измерения силы тока. Одно из них подписано mA. Оно защищено предохранителем и предназначено для измерения малых токов, зачастую не более 200 мА. А второе гнездо подписывается либо просто «А», либо «10А». Оно не защищено предохранителем и предназначено для измерения тока большой величины. При этом время измерения обычно ограничивается периодом в 10-20 секунд.

Измерения производят с максимального значения, постепенно уменьшая для получения на экране необходимой размерности значения. Важно понимать примерную мощность электрической сети, в которой проводятся измерения, и выбирать прибор в соответствии с этим. Если прибор не рассчитан на такую величину, то он может выйти из строя или произойдет короткое замыкание.

В быту измерения силы тока постоянного напряжения проводят, например, у светодиода на светодиодной ленте или на плате телевизора (или другой техники) при его ремонте, а также в других случаях.

Многие думают, что для измерений силы тока нужно покупать дорогой мультиметр. Но тут надо понимать, для каких целей и задач будет использоваться прибор. Если работу выполняет профессиональный электрик, то приобретается более точный и дорогой инструмент, а домашние измерения можно производить и китайским мультиметром.

Подробно о том, как пользоваться мультиметром, мы рассказали в статье: https://samelectrik.ru/kak-pravilno-ispolzovat-multimetr-prostaya-instrukciya-s-kartinkami.html.

Переменный ток

Измерение силы тока в цепи переменного тока сложнее, чем для постоянного. Для этого применяют такие приборы, как амперметр или токоизмерительные клещи. Использование токоизмерительных клещей – самый удобный и безопасный способ, но он подходит только при открытой прокладке проводки или кабеля. Такой способ позволяет измерить ток без разрыва цепи, что существенно безопаснее и быстрее.

Измерение производится путем помещения проводника под напряжением в разъёмный магнитопровод со вторичной обмоткой (конструкция почти аналогична трансформатору тока). Благодаря явлению электромагнитной индукции можно измерить вторичный ток в обмотке, а после этого прибор рассчитывает первичный в измеряемой цепи. При измерении токоизмерительными клещами проводник заводится в раствор клещей и на дисплее прибора отображается сила тока в цепи переменного напряжения.

Чтобы применять амперметр для измерений силы тока нужно обладать определенными навыками и знать, как следует включить в цепь амперметр чтобы измерить силу тока.

Амперметр, как и мультиметр включается в разрыв цепи. При этом важно понимать, что переменный ток наиболее опасен, поэтому требует серьезного отношения к электробезопасности. При включении амперметра в цепь, подачи напряжения и подключения нагрузки на дисплее или табло амперметра будет указана сила тока в цепи.

Примеры измерения тока

Для понимания принципов измерения силы тока в различных электроприборах и цепях ниже приведены варианты устройств и способы измерения силы тока.

Электродвигатель

Измерения силы тока в обмотках электродвигателя производят для проверки наличия коротких замыканий, неисправностей и для настройки правильного алгоритма управления электродвигателем. Так как ток в трехфазном асинхронном двигателе в каждой фазе одинаковый, то достаточно подключить один амперметр к одной фазе для проверки его потребления.

Для диагностики каждой из обмоток замеряют ток в каждой фазе, и если в каждой из фаз он отличается, то в какой-то из обмоток возможно межвитковое замыкание, а если в одной из фаз вообще нет тока — то либо обрыв на линии либо обрыв в обмотке. Если в одной из фаз ток есть но он меньше чем в двух других – возможен плохой контакт в брно или в коммутационных приборах.

У однофазного электромотора все проще: ток измеряется на единственной фазе. Но нужно иметь в виду, что максимальная сила тока амперметра ограничена и обычно составляет не более 5А, поэтому при для больших токов используют токовые клещи или другие схемы с трансформаторами тока и амперметром.

Сварочный аппарат

Для того, чтобы понимать какие электроды использовать и в каком режиме производить сварочные работы можно измерить силу тока на проводе выхода у сварочного аппарата под нагрузкой. Измерение производят аналогично другим приборам, включая в цепь на сварочном инверторе амперметр с трансформатором (бывают и старые модели амперметров с возможностью измерения до 200 А) или используя токоизмерительные клещи.

Батарейки и аккумуляторы

В быту часто бывает необходимо измерить ток электроприбора на батарейках (в качестве батареек могут быть кроны, пальчиковые батарейки и прочие аккумуляторы). Важно понимать, что просто подключить мультиметр или амперметр к источнику нельзя, потому что силу тока измеряют только под нагрузкой.

В качестве нагрузки можно остановится на лампе накаливания или на резисторе или включится в цепь самого прибора. Для замера нужно выбрать на мультиметре необходимый режим (для измерения постоянного тока), правильно подключить клеммы к прибору и на участке цепи. При этом на экране мы получим искомое значение для той нагрузки, которая подключена к аккумулятору.

Заключение

Как можно убедится, существует всего два способа измерения силы тока:

  1. С помощью амперметра или мультиметра — в этом способе важно чтобы прибор выдерживал и его предел измерения был рассчитан на измеряемую силу тока. Недостаток у этого способа состоит в том, что необходимо разрывать цепь. Тогда при измерениях на плате придется перерезать дорожку, а при измерении потребления приборов – разделывать их кабель и выделять одну из жил, или отключать от прибора один провод и включать в его цепь измерительный прибор.
  2. С помощью токоизмерительных клещей. Зачастую этот способ используются для измерения переменного тока, но современной промышленностью выпускают токоизмерительные клещи для постоянного тока, принцип действия которых основан на эффекте Холла (только такие клещи дороговаты — стоят от 50$). Удобен способ тем, что не нужно разрывать цепь – нужно лишь ОДНУ жилу вложить в клещи и на экране высветится сила тока в цепи (или стрелка подскочит, если прибор стрелочный).

Существуют и комбинированные способы, когда измерительный прибор не рассчитан на измеряемую величину – можно использовать трансформатор тока. Например, электросчетчики прямого включения не всегда могут измерять большие токи для учета электроэнергии. Тогда их подключают не напрямую, а через трансформатор тока.

Теперь вы знаете, как измерить силу тока в цепи постоянного и переменного тока. Надеемся, наша инструкция и примеры помогли вам разобраться в вопросе. Если что-либо осталось непонятным, задавайте вопросы в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

В чем измеряется ток в электротехнике 1



Постоянный ток — общие понятия, определение, единица измерения, обозначение, параметры

Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся по времени и по направлению. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. В том случае, если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, направление его считают противоположным направлению движения частиц.

Строго говоря, под «постоянным электрическим током» следовало бы понимать «электрический ток постоянный по величине», соответственно математическому понятию «постоянная величина». Но в электротехнику этот термин был введен в значении «электрического тока, постоянного по направлению и практически постоянного по величине».

Под «практически постоянным по величине электрическим током» понимают ток, изменения которого во времени столь незначительны по величине, что при рассмотрении явлений в электрической цепи, по которой проходит такой электрический ток, этими изменениями вполне можно пренебречь, а следовательно, можно не учитывать ни индуктивности, ни емкости электрической цепи.

Наиболее распространенные источники постоянного тока — гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока и выпрямительные установки.

В электротехнике для получения постоянного тока используют контактные явления, химические процессы (первичные элементы и аккумуляторы), электромагнитное наведение (электромашинные генераторы). Широко применяется также выпрямление переменного тока или напряжения.

Из всех источников э. д. с. химические и термоэлектрические источники, а также так называемые униполярные машины являются идеальными источниками постоянного тока. Остальные устройства дают пульсирующий ток, который при помощи специальных устройств в большей или меньшей мере сглаживается, лишь приближаясь к идеальному постоянному току.

Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока.

Сила тока — это количество электричества Q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если за время I через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества Q, то сила тока I=Q/ t

Единица измерения силы тока — ампер (А).

Плотность тока — это отношение силы тока I к площади поперечного сечения F проводника — I/F. (12)

Единица измерения плотности тока — ампер на квадратный миллиметр (А/мм 2 ).

В замкнутой электрической цепи постоянный ток возникает под действием источника электрической энергии, который создает и поддерживает на своих зажимах разность потенциалов, измеряемую в вольтах (В).

Зависимость между разностью потенциалов (напряжением) на зажимах электрической цепи, сопротивлением и током в цепи выражается законом Ома . Согласно этому закону для участка однородной цепи сила тока прямо пропорциональна значению приложенного напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению I = U/R ,

где I — сила тока. A, U— напряжение на зажимах цепи В, R — сопротивление, Ом

Это самый важный электротехнический закон. Подробнее о нем смотрите здесь: Закон Ома для участка цепи

Работу, совершаемую электрическим током в единицу времени (секунду), называют мощностью и обозначают буквой Р. Эта величина характеризует интенсивность совершаемой током работы.

Мощность P=W/t= UI

Единица измерения мощности — ватт (Вт).

Выражение мощности электрического тока можно преобразовать, заменив на основании закона Ома напряжение U произведением IR. В результате получим три выражения мощности электрического тока P = UI= I 2 R= U 2 /R

Большое практическое значение имеет то, что одну и ту же мощность электрического тока можно получить при низком напряжении и большой силе тока или при высоком напряжении и малой силе тока. Этот принцип используют при передаче электрической энергии на расстояния.

Ток, протекая по проводнику, выделяет теплоту и нагревает его. Количество теплоты Q, выделяющейся в проводнике определяют формулой Q = I 2 Rt.

Эту зависимость называют законом Джоуля — Ленца .

На основании законов Ома и Джоуля — Ленца можно проанализировать опасное явление, которое часто возникает при непосредственном соединении между собой проводников, подводящих электрический ток к нагрузке (электроприемнику). Это явление называют коротким замыканием , так как ток начинает протекать более коротким путем, минуя нагрузку. Такой режим является аварийным.

На рисунке приведена схема включения лампы накаливания E L в электрическую сеть. Если сопротивление лампы R — 500 Ом, а напряжение сети U = 220 В, то ток в цепи лампы будет I = 220/500 = 0,44 А.

Схема, поясняющая возникновение короткого замыкания

Рассмотрим случай, когда провода, идущие к лампе накаливания, соединены через очень малое сопротивление ( R ст — 0,01 Ом), например толстый металлический стержень. В этом случае ток цепи, подходя к точке А, будет разветвляться по двум направлениям: большая его часть пойдет по пути с малым сопротивлением — по металлическому стержню, а небольшая часть тока I л.н — по пути с большим сопротивлением — лампе накаливания.

Определим ток, протекающий по металлическому стержню: I = 220/0,01 =22 000 А.

При коротком замыкании (к.з) напряжение сети будет меньше 220 В, так как большой ток в цепи вызовет большую потерю напряжения, и ток, протекающий по металлическому стержню, будет несколько меньше, но тем не менее во мною раз превышать ток, потреблявшийся ранее лампой накаливания.

Как известно, в соответствии с законом Джоуля-Ленца ток, проходя по проводам, выделяет теплоту, и провода нагреваются. В нашем примере площадь поперечного сечения проводов рассчитана на небольшой ток 0,44 А.

При соединении проводов более коротким путем, минуя нагрузку, по цепи будет протекать очень большой ток — 22000 А. Такой ток вызовет выделение большого количества теплоты, что приведет к обугливанию и возгоранию изоляции, расплавлению материала проводов, порче электроизмерительных приборов, оплавлению контактом выключателей, ножей рубильнике и т. п.

Источник электрической энергии, питающий такую цепь, может быть поврежден. Перегрев проводов может вызвать пожар. Вследствие этого при монтаже и эксплуатации электрических установок, чтобы предупредить непоправимые последствия короткого замыкания, необходимо соблюдать следующие условии: изоляция проводов должна соответствовать напряжению сети и условиям работы.

Площадь поперечною сечения проводов должна быть такой, чтобы нагревание их при нормальной нагрузке не достигало опасного значения. Места соединений и ответвлений проводов должны быть качественно выполнены и хорошо изолированы. В помещении провода должны быть проложены так, чтобы они были защищены от механических и химических повреждений и от сырости.

Чтобы избежать внезапного, опасного увеличения тока в электрической цепи при коротком замыкании, ее защищают с помощью предохранителей или автоматических выключателей.

Существенный недостаток постоянного тока состоит в том, что его напряжение сложно повысить. Это затрудняет передачу электрической энергии на постоянном токе на большие расстояния.

Источник

Основные электрические величины

Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.

Величина Единица измерения в СИ Название электрической величины
q Кл — кулон заряд
R Ом – ом сопротивление
U В – вольт напряжение
I А – ампер Сила тока (электрический ток)
C Ф – фарад Емкость
L Гн — генри Индуктивность
sigma См — сименс Удельная электрическая проводимость
e0 8,85418781762039*10 -12 Ф/м Электрическая постоянная
φ В – вольт Потенциал точки электрического поля
P Вт – ватт Мощность активная
Q Вар – вольт-ампер-реактивный Мощность реактивная
S Ва – вольт-ампер Мощность полная
f Гц — герц Частота

Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.

Десятичный множитель Произношение Обозначение (русское/международное)
10 -30 куэкто q
10 -27 ронто r
10 -24 иокто и/y
10 -21 зепто з/z
10 -18 атто a
10 -15 фемто ф/f
10 -12 пико п/p
10 -9 нано н/n
10 -6 микро мк/μ
10 -3 милли м/m
10 -2 санти c
10 -1 деци д/d
10 1 дека да/da
10 2 гекто г/h
10 3 кило к/k
10 6 мега M
10 9 гига Г/G
10 12 тера T
10 15 пета П/P
10 18 экза Э/E
10 21 зета З/Z
10 24 йотта И/Y
10 27 ронна R
10 30 куэкка Q

Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.

Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c

В практике встречаются

Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).

1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.

В практике встречаются

Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.

1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.

Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:

R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.

Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.

Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.

Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.

Емкость измеряется в фарадах (1Ф).

1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.

В практике встречаются

Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.

Индуктивность измеряется в генри.

1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.

В практике встречаются

Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.

Электропроводность измеряется в сименсах.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

  1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
  2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
  3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
  4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

  • все благородные металлы;
  • медь;
  • алюминий;
  • олово;
  • свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Источник

Понятие электрического тока и в чём он измеряется

Первые открытия, связанные с работой электричества, начались в VII веке до нашей эры​. Философ Древней Греции Фалес Милетский выявил, что при трении янтаря о шерсть она впоследствии способна притягивать легковесные предметы. С греческого «электричество» переводится как «янтарность». В 1820 г. Андре-Мари Ампером был установлен закон постоянного тока. В дальнейшем величину силы тока или то, в чём измеряется электрический ток, стали обозначать в амперах.

  • Значение термина
  • Основные величины измерения
  • Техника электробезопасности
  • Применение электрического тока

Значение термина

Понятие электрического тока можно найти в любом учебнике по физике. Электроток — это упорядоченное движение электрозаряженных частиц по направлению. Чтобы понять простому обывателю, что представляет собой электрический ток, следует воспользоваться словарём электрика. В нём термин расшифровывается как движение электронов по проводнику или ионов по электролиту.

В зависимости от движения электронов или ионов внутри проводника различают следующие виды токов:

  • постоянный;
  • переменный;
  • периодический или пульсирующий.

Основные величины измерения

Сила электрического тока — основной показатель, которым пользуются электрики в своей работе. От величины заряда, который протекает по электрической цепочке за установленный промежуток времени, зависит сила действия электрического течения. Чем большее количество электронов перетекло от одного начала источника к концу, тем больше будет перенесённый электронами заряд.

Сила тока — величина, которая измеряется отношением электрического заряда, протекающего сквозь поперечное сечение частиц в проводнике, ко времени его прохождения. Заряд замеряется в кулонах, время — в секундах, а одна единица силы течения электричества определяется отношением заряда ко времени (кулона к секунде) или в амперах. Определение электрического тока (его силы) происходит путём последовательного включения двух клемм в электроцепь.

При работе электротока движение заряженных частиц совершается с помощью электрического поля и зависит от силы движения электронов. Величина, от которой зависит работа электротока, называется напряжением и определяется отношением работы тока в конкретной части цепи и заряда, проходящего по этой же части. Единица измерения вольт замеряется вольтметром, когда две клеммы прибора подключаются к цепи параллельно.

Величина электрического сопротивления имеет прямую зависимость от типа используемого проводника, его длины и поперечного сечения. Она измеряется в омах.

Мощность определяется отношением работы движения токов ко времени, когда происходила эта работа. Замеряют мощность в ваттах.

Такая физическая величина, как ёмкость, определяется отношением заряда одного проводника к разнице потенциалов между этим же проводником и соседним. Чем меньше напряжение при получении электрозаряда проводниками, тем больше их ёмкость. Измеряют её в фарадах.

Величина работы электричества на определённом промежутке цепочки находится с помощью произведения силы тока, напряжения и временного отрезка, при котором осуществлялась работа. Последняя замеряется в джоулях. Определение работы электротока происходит с помощью счётчика, который соединяет показания всех величин, а именно напряжения, силы и времени.

Техника электробезопасности

Знание правил электробезопасности поможет предупредить аварийную ситуацию и уберечь здоровье и жизнь человека. Так как электричество имеет свойство нагревать проводник, то всегда существует возможность возникновения опасной для здоровья и жизни ситуации. Для обеспечения безопасности в быту необходимо придерживаться следующих простых, но важных правил:

  1. Изоляция сети всегда должна быть исправной, чтобы избежать перегрузок или возможности возникновения коротких замыканий.
  2. Влага не должна попадать на электроприборы, провода, щитки и т. д. Также влажная среда провоцирует появление коротких замыканий.
  3. Обязательно следует делать заземление для всех электроустройств.
  4. Необходимо избегать перегрузки электропроводки, так как существует риск воспламенения проводов.

Техника безопасности при работе с электричеством предполагает использование прорезиненых перчаток, рукавиц, ковриков, разрядных устройств, приборов заземления рабочих участков, выключателей-автоматов или предохранителей с тепловой и токовой защитой.

Опытные электрики при возникновении вероятности поражения электричеством работают одной рукой, а вторая находится в кармане. Таким образом прерывается цепь «рука-рука» в случае непроизвольного прикосновения к щитку или другому заземлённому оборудованию. При воспламенении оборудования, подключённого к сети, ликвидируют огонь исключительно порошковыми или углекислотными тушителями.

Применение электрического тока

У электрического тока множество свойств, которые позволяют применять его почти во всех сферах человеческой деятельности. Способы использования электротока:

  • носитель разнородных сигналов в бытовых приборах (стационарном телефоне, телевизионном пульте, кнопке дверного замка), а также в спецсвязи и радио;
  • носитель энергии в двигателях, генераторах, аккумуляторах;
  • поставщик теплоэнергии в обогревательных приборах, печах, при электросварке;
  • источник светоэнергии в сигнальных и осветительных устройствах;
  • получение материалов путём электролиза;
  • создание звуков и музыки с помощью электроинструментов;
  • электродиагностика в медицине, лечение электростимуляцией.

Электричество сегодня является наиболее экологически чистым видом энергии. В условиях современной экономики развитие электроэнергетики имеет планетарное значение. В будущем при возникновении сырьевого дефицита электричество займёт лидирующие позиции в качестве неисчерпаемого источника энергии.

Красников Николай

Источник

Измерение сопротивления и тока короткого замыкания цепи фаза нуль »

Зачем измерять сопротивление фаза-нуль

 

Сопротивления цепи фаза нуль это полное сопротивление проводников тока от места измерения до трансформаторной подстанции. Для измерения сопротивления петли использовали прибор ИФН-300 с заводской поверкой. Чем меньше сопротивление тем лучше, тем больший ток может протекать от подстанции до потребителя. На сопротивление фаза нуль влияет качество затяжки проводов в клемниках, сечение проводов, сопротивление на автоматах, длина проводов, сопротивление обмотки трансформатора на подстанции. Сравнивая сопротивление в розетках, можем определить, где проводка и соединение качественное, а где нужно проверить проводку.

    

Второе главное назначение измерения сопротивления цепи фаза нуль это вычисление предполагаемого тока короткого замыкания. Ток короткого замыкания вычисляется по формуле: напряжение делить на полное сопротивления цепи, в современных приборах вычисляется автоматически. Знать ток нужно, чтобы понять правильно ли выбран автоматический выключатель. Например в частном доме далеко от подстанции сопротивление линии большое, ток короткого замыкания будет около 100 А. Если установлен автомат на 25 А типа С, то мгновенный (электромагнитный) расцепитель сработает только при пяти кратном превышении тока равным 125 А. А максимальный ток при коротком замыкании только 100 А, тогда при замыкании проводка будет греться, может загореться пока в автомате не сработает биметаллический размыкатель. Автомат в данном случае должен стоять на 16 А типа B и C.

 

Буквы в названии модульных автоматов которые крепятся на din рейку время-токовая характеристика автоматического выключателя означает, что мгновенный электромагнитный расцепитель сработает:

  • B при 3…5 кратном превышении номинального тока;
  • С при 5…10 кратном превышении номинального тока;
  • D при 10…20 кратном превышении номинального тока.

 

В электрических сетях до 1000 В с глухозаземленной нейтралью ток короткого замыкания должен быть больше тока отключения мгновенного расцепителя автоматического выключателя в 3 раза согласно ПТЭЭП пункт 3.6. Время отключения автоматического выключателя в сетях 220 В должно быть не более 0,4 с.

 

 

Измерив предполагаемый ток короткого замыкания в удлинителе получили, что ток короткого замыкания через удлинитель меньше, чем в розетке на 100 А. Это говорит о низкой мощности удлинителя из-за малого сечении проводов и некачественных контактов.

Единицы измерений сил электрических токов, мощности и напряжения

Как становится известно любому школьнику, начинающему знакомиться с физикой, каждое физическое «количество» обязательно связано с его единицей. В области электричества ампер, вольт и ватт настолько распространены, что каждый, кто сменил лампочку или предохранитель, знаком с этими названиями. Это относится к подавляющему большинству людей, независимо от их образования.

Электрический ток

Что такое ампер

Сила тока определятся количественным показателем заряда, прошедшего по сечению провода в единичный отрезок времени. Так как I = q/t, то единица силы тока будет Кл/с (заряд измеряется в кулонах, а время в секундах).

Все электрические процессы можно описать формулами, а расчеты по этим выражениям должны производиться в определенных единицах. За единицу измерения электрического тока, кроме расчетной – Кл/с, приняли ампер.

Ампер – это базовая единица СИ, единственная из электрических, полученная из результатов эксперимента. Определение единицы измерения силы тока происходит из исследования магнетизма. Электрические токи в проводах приводят к возникновению магнитных полей (закон Био-Савара). Магнитные поля характеризуются действием магнитных сил (закон Ампера).

Официальное определение ампера в системе СИ выглядит так: если постоянный ток силой в 1 А поддерживается в двух параллельных проводниках бесконечной длины и пренебрежимо малого поперечного сечения, размещенных на дистанции 1 м в вакууме, то созданная между ними сила равна 2 х 10 (в минус седьмой степени) Н на метр длины.

Определение единицы силы тока

Диапазон тока в разных условиях сильно варьируется, на много порядков, поэтому удобно использовать кратные величины:

  • 1 мкА (микроампер) равен 0,000001 А;
  • 1 мА (миллиампер) равен 0,0001 А;
  • 1кА (килоампер) равен 1000 А.

Другие электрические единицы связаны с ампером и между собой. Так, например, единица напряжения вольт (В) – это Вт/А, где Вт – единица мощности, а единичная величина сопротивления Ом – это В/А. Измерение напряженности электрического поля производят в В/м.

Повседневные примеры использования силы тока:

  • устройство для слухового аппарата – 0,7 мА;
  • 56-дюймовый телевизор с плазменной технологией – 250/290 мА;
  • небольшая духовка или тостер – 120 мА;
  • лампа накаливания – 500/830 мА;
  • фен – 15 мА.

История

В 80-е годы 19-го века фактическое значение ампера было определено и электролитическим методом – путем определения веса металла, который он способен осаждать из раствора за определенное время. Количество осажденного металла пропорционально всему количеству проходящего электричества.

Интересно. Результаты, полученные разными исследованиями, находились в тесном соответствии, вывод состоял в следующем: ампер представлен тем количеством тока, которое способно осаждать 4,025 грамма серебра в час или 0,001118 грамм в секунду.

Единица силы тока ампер названа в честь французского физика и математика Андре-Мари Ампера. Он провел много экспериментов, связанных с ранней наукой об электричестве. Учитывая эту новаторскую работу, многие считают его отцом электродинамики. В знак признания большого вклада Ампера в создание фундаментальных основ современной электротехники название «ампер» было установлено как стандартная единица измерения силы тока на международной конференции электриков в 1881 году.

В 2011 г. принято решение о пересмотре определения отдельных единиц, в частности ампера. Предполагается, что он будет привязан к заряду электрона, который составляет 1, 602176565 х 10 (в минус 19 степени) Кл. Тогда и 1 Кл равен 6,241509343 х 10 (в 18 степени) заряда электрона.

Другие системы единиц

В альтернативных системах, не получивших широкого распространения, присутствуют другие единицы измерения тока:

  1. Система СГСМ (электромагнитная). Один абампер, или био, определяется, исходя из измерения силы в динах, а длины – в сантиметрах. Физический смысл абампера идентичный. 1 абампер = 10 ампер;
  2. Система СГСЭ (электростатическая). Взаимосвязь между ампером и статампером: 1 А = 2997924536,843 статА.

Эти единичные величины часто используются в теоретической физике.

Амперметр

Для практического измерения силы тока применяются амперметры, которые существуют аналоговые и цифровые, для измерения постоянного и переменного тока, больших и малых величин. Их шкала проградуирована в амперах (мА, кА). Подключение в электроцепь выполняется последовательно.

Миллиамперметр

С помощью количественной единицы тока можно просчитать любую цепь, определить параметры электрических аппаратов и приборов и выбрать их для использования.

Видео

Оцените статью:

В чем измеряется напряжение: единицы измерения

Электрический ток характеризуется такими величинами, как сила тока, напряжение и сопротивление, связанными между собой. Прежде чем рассматривать вопрос, в чем измеряется напряжение необходимо точно выяснить, что это за величина, и какова ее роль в образовании тока.

Как действует напряжение

Общее понятие электрического тока заключается в направленном движении заряженных частиц. Эти частицы представляют собой электроны, перемещение которых происходит под действием электрического поля. Чем больше зарядов нужно переместить, тем большая работа совершается полем. На эту работу влияет не только сила тока, но и напряжение.

Физический смысл этой величины заключается в том, что работа тока на каком-либо участке цепи соотносится с величиной заряда, который проходит по данному участку. В процессе этой работы положительный заряд перемещается из точки, где имеется небольшой потенциал, в точку с большим значением потенциала. Таким образом, напряжение определяется в виде разности потенциалов или электродвижущей силы, а сама работа является энергией.

Работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж), а величиной электрического заряда является кулон (Кл). В результате, напряжение представляет собой отношение 1 Дж/Кл. Полученная единица напряжения называется вольтом.

Чтобы наглядно объяснить физический смысл напряжения, нужно обратиться к примеру шланга, наполненного водой. В данном случае, объем воды будет играть роль силы тока, а ее давление будет эквивалентно напряжению. При движении воды без наконечника, она свободно и в большом количестве перемещается по шлангу, создавая невысокое давление. Если же конец шланга прижать пальцем, то произойдет уменьшение объема при одновременном повышении давления воды. Сама струя будет перемещаться на значительно большее расстояние.

В электричестве получается то же самое. Сила тока определяется количеством или объемом электронов, перемещающихся по проводнику. Значение напряжения, по сути, является силой, с которой происходит проталкивание этих электронов. Отсюда следует, что при условии одинакового напряжения, проводник, проводящий большее количество тока, должен обладать и большим диаметром.

Единица измерения напряжения

Напряжение может быть постоянным или переменным, в зависимости от тока. Эта величина может обозначаться в виде буквы В (русское обозначение) или V, соответствующее международному обозначению. Для обозначения переменного напряжения применяется значок «~», который ставится перед буквой. Для постоянного напряжения существует знак «-», однако на практике он почти не применяется.

Рассматривая вопрос, в чем измеряется напряжение, следует помнить, что для этого существуют не только вольты. Большие величины измеряются в киловольтах (кВ) и мегавольтах (мВ), что означает соответственно 1 тысячу и 1 миллион вольт.

Как измерить напряжение и ток

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра | Энергофиксик

Мультиметр — это самый важный прибор в каждом доме, а измерение силы тока, напряжения и прозвонка — три наиболее часто используемые функции прибора. И даже эти вроде бы простые операции могут вызвать затруднения. В этой статье я расскажу как измерять силу тока и напряжение с помощью мультиметра.

Мультиметр

Подробно все функции мультиметра я разбирал в этой статье, здесь лишь вкратце остановимся на необходимых опциях.

Из всего разнообразия нам с вами понадобится лишь возможность измерения напряжения переменной и постоянной составляющей (обведено красным кругом под номером 1) и измерение силы тока (обведено красным кругом под номером 2).

В качестве измерительного прибора я использую проверенный и хорошо зарекомендовавший себя мультиметр MASTECH MY68.

Параллельно или последовательно

Прежде чем приступить к непосредственным измерениям, давайте вспомним (запомним) основные правила измерения силы тока и напряжения.

Сила тока измеряется путем последовательного подсоединения амперметра в цепь:

Напряжение измеряется путем параллельного подсоединения вольтметра в цепь:

Освежив эти знания, можно двигаться дальше.

Проверяем напряжение

Итак, для того, чтобы успешно выполнить проверку напряжения, измерительные концы устанавливаем следующим образом: черный щуп в разъем COM, а красный щуп в разъем VΩFCx.

Переменное напряжение

Итак, начнем с самого простого, а именно с проверки напряжения. Для проверки напряжения берем мультиметр и с помощью регулятора выставляем:

В моем случае прибор автоматически определяет предел измерений, если у вас другой прибор, то выставляйте следующее положение:

Важно. Всегда выбирайте предел измерений на мультиметре выше, чем на измеряемом приборе. Если вы даже приблизительно не знаете какое по величине напряжение нужно измерить, то выставляйте на мультиметре максимальный предел.

Теперь вставляем концы, например, в розетку и наблюдаем показания прибора.

При этом в какое гнездо какой щуп вы поместите не играет никакой роли.

Измерение постоянного напряжения

Итак, теперь давайте произведем проверку постоянного напряжения, например, от регулируемого блока питания.

Для этого переводим положение регулятора в V‒, и выбираем предел измерений (либо выставляем максимальный) и все так же присоединяем щупы.

Конечно, полярность при измерении постоянного напряжения важна. Но если даже вы перепутаете концы местами и минусом коснетесь плюса или наоборот, то мультиметр все так же подсчитает напряжение и отобразит его только с отрицательным знаком.

Самое важное правило при измерении напряжения — это правильно выбрать диапазон измерений, поэтому если вы не уверены, что в конкретном случае будет 12 Вольт, а не 24 Вольта, то лучше поставить предел измерения в 600 Вольт и затем при необходимости уменьшить его.

Измерение силы тока

Постоянный ток

Теперь давайте произведем измерение постоянного тока. Первым делом на мультиметре необходимо изменить положение красного щупа и если вы также не знаете какова будет примерная величина силы тока, то выбирайте максимальное значение. В моем случае это 10 Ампер. Затем регулятор переводим в положение «с выбранным пределом измерений:

Затем нам нужно последовательным образом подключить мультиметр в цепь, где необходимо измерить величину тока.

Теперь просто включаем источник питания и наблюдаем показания на включенном приборе.

Переменный ток

Если нужно произвести измерение величины переменного тока, то на мультиметре выбираем необходимое положение регулятора, а в остальном процедура полностью идентична вышеописанной.

Примечание. Заинтересовал мой мультиметр? Можете купить такой же здесь.

Заключение

Вот таким нехитрым образом происходит измерение напряжения и силы тока с помощью мультиметра. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше драгоценное внимание!

Основные операции, уход и обслуживание, а также расширенное устранение неисправностей для квалифицированных специалистов

Как вы видели, процедура измерения напряжения относительно проста. Провода просто подключаются к точкам измерения напряжения или параллельно им.

Однако для текущих измерений процесс немного сложнее. Во-первых, цепь должна быть разомкнута в контрольных точках, а счетчик последовательно вставлен в это отверстие (Рисунок 5).Полный ток должен протекать через счетчик. Чтобы измерение можно было проводить без нарушения самой цепи, измеритель тока имеет очень маленькое внутреннее сопротивление.

Здесь неопытный техник должен быть особенно внимательным. Если счетчик случайно подключен к точке P.D. (разность потенциалов) или в параллельно с компонентом вместо серии , небольшое внутреннее сопротивление позволит протекать через измеритель очень сильному току, что приведет к короткому замыканию.Это наверняка серьезно повредит измеритель и, возможно, цепь. Более тревожным является возможность вызвать опасную вспышку дуги . Сила вспышки дуги зависит от ряда факторов, включая, помимо прочего, расстояние до вспышки дуги, изношенное защитное оборудование или, в частности, его отсутствие, продолжительность вспышки дуги, а также продолжительность вспышки дуги. . Для получения дополнительной информации о безопасности от дугового разряда посетите сайт www.esasafe.com.

При измерении тока необходимо отключать питание перед подключением измерителя.Вы будете отключать один конец провода или компонента для последовательного подключения измерителя. Если вы оставите питание включенным, вы легко можете получить опасный удар током или повредить цепь.

На счетчиках с ручным выбором диапазона начните с максимального значения тока и постепенно уменьшайте его.

Рисунок 5 — Использование цифрового мультиметра для измерения тока

Процедуры измерения тока

Для измерения тока в цепях 0-30 В выполните следующие действия:

  1. Перед началом испытаний технический специалист всегда должен знать, каких результатов следует ожидать, основываясь на технических характеристиках производителя, паспортной табличке, законе Ома и законе Кирхгофа.Слепое тестирование опасно и контрпродуктивно.
  2. Выключите питание и убедитесь, что измеряемая цепь «не работает», используя метод тестирования T3 и процедуры измерения напряжения. Обязательно используйте СИЗ, поскольку мы всегда предполагаем, что цепь находится под напряжением, пока не будет доказано обратное.
  3. Разомкните цепь, отсоединив или отпаяв соединение в точке, где вы хотите измерить ток.
  4. Выберите функцию постоянного или переменного тока, повернув функциональный переключатель в положение постоянного или переменного тока.
  5. Подключите измерительные провода к соответствующим гнездам, черный провод — к общему гнезду, а красный — к гнезду А или мА. Помните, что у вас уже есть ожидаемое значение, это ожидаемое значение будет определять, какой разъем, А или мА, будет использоваться. 1/1000 А = 1 мА.
    Обратите внимание, что используемые гнезда не будут теми же, что используются для измерения напряжения.
  6. Подключите наконечники щупов к разрыву цепи, как показано на рисунке 6, так, чтобы измеряемый ток протекал через измеритель.Обратите внимание, что это последовательное соединение. Никогда не подключайте амперметр параллельно источнику или нагрузке, так как это вызовет короткое замыкание и повреждение измерителя и, возможно, опасную вспышку дуги.


Рисунок 6: Соединения амперметра для измерения одного и того же тока в разных точках цепи

  1. Снова включите питание схемы.
  2. Просмотрите показания на дисплее. Обязательно укажите единицу измерения.
  3. Снова выключите питание, еще раз испытав метод Т3, не снимая СИЗ.
  4. Отсоединить провода счетчика от цепи.
  5. Если на этой контрольной точке тестирование завершено, восстановите цепь, повторно замкнув соединение. Когда измерения тока будут завершены, поверните функциональный переключатель в положение «ВЫКЛ» и отсоедините измерительные провода.

При измерении тока в цепях со значениями напряжения более 30 В или в тех случаях, когда «разрыв» цепи нецелесообразен или опасен, можно использовать клещи или амперметр. Эти амперметры имеют две подпружиненные выдвижные губки, которые позволяют зажимать один проводник (рисунок 7).Эта функция позволяет вам измерять магнитное поле, создаваемое током, протекающим через провод, чтобы получить показания в амперах без физического контакта или вмешательства в цепь.

Рисунок 7: Зажим на мультиметре

Видео: измерение тока

Как точно измерить ток и потребление энергии

Универсальное испытательное оборудование может иметь проблемы с измерением малых токов, особенно если они случаются только на короткое время.Новые специализированные инструменты имеют большое значение для решения этой проблемы.

Мэтт Либерти | Jetperch LLC
Прямое измерение тока затруднено. Обычно нецелесообразно подсчитывать отдельные электроны, поэтому два основных метода измерения тока фактически измеряют «побочные эффекты» тока. В первом методе используется тот факт, что движущиеся заряженные частицы создают магнитное поле (закон Ампера). Второй метод использует тот факт, что заряженные частицы, движущиеся через сопротивление, создают напряжение (закон Ома).Оба эти метода можно вывести из уравнений Максвелла.

Тот факт, что ток создает магнитное поле, был впервые обнаружен Эрстедом в 1820 году с помощью компаса. Позднее этот метод был переработан в современный гальванометр. Большинство современных гальванометров имеют постоянный магнит и вращающуюся катушку с проволокой. В типичном гальванометре типа Д’Арсонваля / Вестона ток, протекающий через катушку, толкает к постоянному магниту или от него. Магнитному полю катушки противодействует постоянный магнит, который заставляет катушку вращаться, перемещая указатель.Если вы когда-нибудь видели аналоговые мультиметры или старинное стереооборудование, вы, вероятно, видели гальванометр.

Магнитное поле, вызванное протеканием тока, также можно измерить с помощью датчиков Холла. При изменении магнитных полей, вызванных переменным током, можно использовать индуктивность сенсорной катушки, которая будет измерять скорость изменения тока катушки, которая затем может быть обработана для получения значения для потока переменного тока.

Следует отметить, что при использовании всех этих методов становится все труднее измерить магнитное поле с достаточной точностью, поскольку ток становится меньше (менее 1 мА).

Это подводит нас к шунтирующим резисторам. Резистор, помещенный на пути тока, создает напряжение в соответствии с законом Ома: В = I × R или I = В / R при расчете на ток. Если сопротивление известно и мы измеряем напряжение на резисторе, мы можем вычислить ток. Резисторы, используемые для измерения тока, называются шунтирующими резисторами. В большинстве современных амперметров и цифровых мультиметров для измерения тока используются шунтирующие резисторы. Лучшее в этом подходе — то, что мы можем выбрать номинал шунтирующего резистора, который дает нам подходящий диапазон напряжений!

Шунтирующий резистор также называют «резистором считывания тока» или просто «резистором считывания».«По своей конструкции шунтирующие резисторы вызывают падение напряжения, также называемое нагрузочным напряжением или вносимыми потерями. Если это напряжение слишком велико, это влияет на нагрузку. Дополнительное сопротивление также изменяет импеданс источника, видимый нагрузкой, что может привести к тому, что некоторые цепи нагрузки будут вести себя иначе. В идеале сопротивление шунта должно быть настолько маленьким, чтобы оно не влияло на целевую цепь. На практике сопротивление шунта должно создавать измеримое напряжение.

Трудно измерить большой диапазон тока с помощью одного шунтирующего резистора.Вольтметр имеет фиксированный диапазон. Чтобы расширить диапазон, в большинстве амперметров используется несколько шунтирующих резисторов, каждый с разным сопротивлением. Однако, если ток изменяется со временем, слишком большой шунтирующий резистор может вызвать чрезмерное падение напряжения, которое влияет на поведение целевой цепи. Если шунтирующий резистор слишком мал, он не может точно измерить ток.

Мультиметры

обычно измеряют ток с помощью амперметра, включенного в их функции. В наиболее распространенной реализации амперметра токовый шунтирующий резистор размещается последовательно с нагрузкой.Мультиметры хорошо подходят для измерения постоянных токов, будь то постоянный или «постоянный» среднеквадратичный переменный ток. Мультиметры не могут легко измерить токи, которые быстро меняются или резко меняются с течением времени.

Большинство амперметров, включая мультиметры, имеют существенные ограничения, в том числе:

Напряжение нагрузки : Падение напряжения (также называемое вносимыми потерями) на амперметре, которое приводит к более низкому напряжению, подаваемому на тестируемое устройство.
Ток утечки : величина тока, проходящего через амперметр и не подводимого к тестируемому устройству.
Полоса пропускания : Отклик измерения при наличии изменяющегося во времени сигнала. Для целевых устройств, которые используют положительный источник постоянного тока, полоса пропускания связана с изменением нагрузки, представленной целевым устройством.
Динамический диапазон : Разница между минимальным и максимальным током, используемым тестируемым устройством.
Обратите внимание на характеристики известного качественного портативного мультиметра Fluke 87.В спецификации ничего не говорится о токе утечки. Полоса пропускания постоянного тока составляет порядка 1 Гц. Полоса пропускания переменного тока имеет гораздо худшие характеристики (± 1%), а полоса пропускания составляет от 45 Гц до 2 кГц.

Теперь предположим, что мы подключили мультиметр для оценки энергии, потребляемой целевым устройством. Далее предположим, что целевое устройство периодически снимает измерения датчика и сообщает о них по RF. Целевое устройство должно снять измерение с датчика, отправить измерение по радиочастоте, а затем вернуться в спящий режим, что является типичной последовательностью для устройств IoT.В нашем простом примере целевое устройство находится в трех состояниях: радио, активное и спящее.

Для оценки общего энергопотребления энергия отзыва представляет собой интеграл мощности во времени ( P = I × V , E = ∫ P dt). Для постоянной мощности интеграл можно упростить до выражения мощности, умноженной на продолжительность времени: E = P × t . Классический способ оценки энергии — сначала измерить продолжительность каждого состояния, часто либо с помощью осциллографа, проверяющего напряжение на фиксированном шунтирующем резисторе, либо с помощью логического анализатора, проверяющего биты, установленные микроконтроллером.Затем вы можете принудительно перевести систему в каждое состояние и напрямую измерить ток с помощью мультиметра.

Предположим, что устройство использует источник питания 3,3 В, и мы обнаружили, что устройство потребляет 200 мА во время своего радиосигнала 50 мс, 50 ​​мА в активном состоянии 100 мс и 1 мкА в состоянии сна, в котором оно проводит остальное время. Мы можем оценить энергию, потребляемую целевым устройством на одно измерение датчика, как:

Энергия = (3,3 В × 200 мА × 0,050 с) + (3,3 В × 50 мА × 0,100 с) + (3.3 В × 1 мкА × (интервал измерения — 0,15) с)

Если устройство выполняет одно измерение датчика в час, то общая энергия на одно измерение датчика составляет E = 0,033 Дж + 0,165 Дж + 0,0119 Дж

Итак, насколько точна эта оценка? Начнем с первой оценки энергии радиоактивного состояния. Fluke 87 сообщает, что напряжение нагрузки составляет 1,8 мВ / мА в диапазоне 400 мА. Для нашего измерения у нас есть

1,8 мВ / мА × 200 мА = падение на 360 мВ

Из-за падения напряжения на мультиметре цель получает только 2.94 В, а не 3,3 В. Это пониженное напряжение могло вызвать неожиданное поведение, такое как отключение электричества, на цели во время измерения. Если цель содержит преобразователь постоянного тока в постоянный, измеренный ток будет выше, чем в конечном продукте. Мы бы снизили нагрузочное напряжение, установив мультиметр на больший диапазон за счет разрешения.

К счастью, активное состояние использует диапазон тока с той же спецификацией напряжения нагрузки, что и состояние радио. Если бы в активном состоянии было только 6 мА, а мультиметр был в диапазоне 6 мА, нагрузочное напряжение было бы 0.6 В! Поскольку мультиметр переключает резисторы токового шунта в соответствии с настройкой диапазона тока, уменьшение тока НЕ ​​обязательно снижает нагрузочное напряжение.

Этот мультиметр также не может точно измерить ток в состоянии сна, который составляет 19,4% от общей энергии! При настройке 0,6 мА точность составляет:

± (0,2% × 1 мкА + 4 × 0,1 мкА) = 0,402 мкА

Это составляет 40% ошибки на 19,4% от общего бюджета или 7,7% общей ошибки!

Настольные мультиметры

обычно обеспечивают дополнительное разрешение и точность.Однако характеристики напряжения нагрузки аналогичны и часто находятся в диапазоне 0,7 В для натурных измерений. Вы можете пожертвовать дополнительным разрешением, чтобы обеспечить разумное напряжение нагрузки.

Мультиметр — жизненно важный инструмент, но оператор должен постоянно знать напряжение нагрузки и разрешение. Разработчики должны регулярно выполнять эту утомительную задачу. На практике разработчики, использующие мультиметры для измерения мощности, редко проводят тестирование. Нечастое тестирование позволяет продукту собирать «сюрпризы», которые обнаруживаются только в конце цикла проектирования.

Осциллографы
Осциллографы

измеряют напряжения через равные промежутки времени, часто более миллиона раз в секунду, для построения формы волны напряжения. Затем осциллографы отображают график, показывающий изменения напряжения во времени. Измеряя напряжение на внешнем шунтирующем резисторе, осциллографы могут эффективно отображать изменения тока во времени.

Однако текущие измерения с помощью осциллографа связаны с двумя основными проблемами. Во-первых, метод измерения шунтирующего резистора имеет проблемы динамического диапазона, связанные с шунтирующими резисторами.Осциллографы обычно выбирают скорость для ограниченного динамического диапазона и обычно имеют всего 10 или 12 бит динамического диапазона.

Во-вторых, осциллографы обычно привязаны к заземлению. Осциллограф измеряет разность напряжений между землей и сигналом. Однако нам нужно дифференциальное измерение на шунтирующем резисторе. Добавление шунтирующего сопротивления в путь заземления часто вызывает проблемы с целостностью сигнала. Нам часто нужны шунтирующие резисторы на стороне высокого напряжения для положительного источника питания.Однако, если тестовая цепь также связана с заземлением, мы не сможем использовать стандартный пробник осциллографа для измерения разности напряжений на шунтирующих резисторах. Мы можем либо использовать два пробника осциллографа и использовать функцию математического вычитания, которая вносит дополнительную ошибку измерения, либо мы можем использовать пробники дифференциального осциллографа, которые часто довольно дороги. В любом случае, у нас все еще остается проблема динамического диапазона.

Производители осциллографов

также предоставляют токовые пробники, которые обычно представляют собой просто комбинированный шунтирующий резистор и дифференциальный пробник.Эти пробники также позволяют осциллографу получать правильные единицы измерения, поэтому вам не нужно выполнять вычисления по закону Ома каждый раз, когда вы измеряете ток. Однако динамический диапазон по-прежнему ограничен. Осциллографы также имеют токовые клещи, разрешение которых ограничено примерно 1 мА.

Специализированное оборудование

Разнообразное другое оборудование может измерять ток, иногда при подаче или отведении тока. Оборудование этого типа включает электрометры, пикоамперметры и блоки измерения источников (SMU).Эти продукты специально разработаны для устранения некоторых недостатков стандартных мультиметров, и многие из них имеют более низкое напряжение нагрузки и более низкие входные токи смещения. Однако главный недостаток — это стоимость. Эти устройства часто используют несколько более сложных методов измерения амперметра с активной обратной связью.

Недавно выпущенный Joulescope разработан для автоматической обработки широких диапазонов тока и быстрых изменений энергопотребления, позволяя при этом целевому устройству работать нормально. Этот прибор отображает данные через подключение к ПК и точно измеряет электрический ток более девяти порядков величины от ампер до наноампер.Этот широкий диапазон позволяет проводить точное и точное измерение тока для современных устройств, в которых режимы сна часто составляют всего наноампер (нА) или микроампер (мкА). Joulescope также имеет полное падение напряжения 25 мВ при 1 А, что позволяет целевому устройству работать правильно.

Некоторое оборудование для измерения тока автоматически и мгновенно выбирает шунтирующий резистор, чтобы поддерживать напряжение в допустимом диапазоне. Такой подход позволяет поддерживать максимальное напряжение нагрузки, а также точно измерять ток. До недавнего времени этот тип оборудования с динамической коммутацией был либо слишком медленным (вводилось слишком большое динамическое напряжение нагрузки), либо был дорогим.

Расширенное отображение формы волны тока Arduino при включении, вверху, раскрывающее детали последовательности включения. Нижний дисплей отображает представление о потребляемом токе Arduino, которое включает в себя максимальный и минимальный измеренный ток (красные линии) и средний ток (желтая линия). Оба дисплея были созданы с помощью Joulescope, в котором для точного измерения тока используются переключаемые токовые резисторы. У этого подхода есть два недостатка, но их можно устранить. Первый недостаток — время переключения шунтирующего резистора, особенно когда ток превышает диапазон значений токового шунтирующего резистора.Если значение резистора не переключается достаточно быстро, напряжение нагрузки становится чрезмерным и влияет на целевое устройство.

Требуемое время переключения можно рассчитать. Упрощенное уравнение, подходящее для многих практических приложений:

т = C × Δ V / Δ I

где t = время переключения резистора, сек; C = емкость системы, Ф; Δ В = величина допустимого изменения напряжения, В; и Δ I = изменение тока через резистор.Например, предположим, что целевая система потребляет 3,3 В и может выдерживать временное падение напряжения на 3% при изменении тока на 1 А. Если система имеет емкость 10 мкФ, необходимое время переключения шунтирующего резистора составляет:

10 мкФ × 3,3 В × 0,03 / 1 A = 1 мкс

Второй недостаток заключается в том, что этот подход обеспечивает переменное сопротивление целевой цепи. Некоторые схемы могут проявлять необычное поведение при изменении полного сопротивления источника питания. Однако мы можем уменьшить эту восприимчивость, добавив развязывающие конденсаторы, которые эффективно снижают входной импеданс на более высоких частотах, представляющих интерес.Для большинства современной электроники уже требуются байпасные конденсаторы, поэтому этот недостаток часто не вызывает беспокойства при измерении тока на целевых устройствах.

Такое специализированное оборудование для измерения тока должно также учитывать шум Джонсона-Найквиста, шум, который генерирует любой резистор. Этот шум, точность измерения напряжения и полоса пропускания являются критическими факторами проектирования.

Примером специализированного оборудования для измерения тока, использующего этот подход, является Joulescope. Он переключает шунтирующие резисторы примерно за 1 мкс при выходе за пределы диапазона, чтобы целевое устройство работало правильно.Он поддерживает максимальное нагрузочное напряжение 20 мВ на шунтирующем резисторе для любого тока до 2 А. Joulescope электрически изолирован, чтобы избежать проблем с заземлением и контуром заземления.

Помимо амперметра, Joulescope одновременно измеряет напряжение, поэтому он может вычислять мощность ( P = I × В ) и энергию
( E = ∫ P dt).

Как измерить ток в цепи

В последнем видео были продемонстрированы основы использования ручных и автоматических мультиметров.Видео ниже продемонстрирует, как проверить напряжение, ток и сопротивление в цепи. Чтобы охватить одну тему за раз, я расскажу о некоторой информации об измерении тока в этом блоге с отдельными блогами, посвященными напряжению и сопротивлению, чтобы следовать.

Сначала вставьте черный щуп в порт «COM». Скорее всего, будет два варианта для красного щупа: более высокая номинальная сила тока и более низкая номинальная сила тока в милли- или микроамперах. Если вы не уверены, начните с более высокого варианта и переместите его к более низкому для более точного чтения.Перед проверкой цепей проверьте максимальную силу тока для этих функций на вашем измерителе. Это поможет предотвратить перегорание предохранителя (если счетчик перегорел).

Затем поверните циферблат на значение силы тока, наиболее близкое к измеряемому. Если вы понятия не имеете, вам снова захочется начать выше и двигаться ниже по мере продвижения. Некоторые измерители могут считывать только постоянный ток, а некоторые могут считывать как переменный, так и постоянный ток. Три изображения ниже представляют собой примеры различных измерителей.

Теперь, когда счетчик готов, мы можем начать измерение.Для измерения тока требуется, чтобы цепь была включена и физически прервана, чтобы мультиметр можно было разместить на одной линии с цепью. Самый простой способ сделать это — отсоединить соединение V CC (источник напряжения), затем поместить на него положительный щуп, а отрицательный щуп разместить там, где изначально было соединение V CC . Измеритель теперь действует как компонент в цепи, и через него течет ток. Это даст вам измерение общей силы тока, потребляемой цепью.Если вы хотите измерить часть цепи, вам нужно будет сделать разрыв цепи в этой точке и выполнить ту же процедуру.

Лучше всего оставить глюкометр в таком положении на несколько секунд или минут, просто чтобы следить за тем, что происходит. Таким образом, вы заметите скачки или падение тока в случае неисправности.

Помните, что ток является аддитивным между каждой линией в параллельной цепи и постоянным в последовательной цепи. Это поможет вам определить наиболее выгодное и простое место для поиска необходимого измерения.

Об авторе

Эшли Аволт (Ashley Awalt) — разработчик технического контента, работающая в Digi-Key Electronics с 2011 года. Она получила степень младшего специалиста по прикладным наукам в области электронных технологий и автоматизированных систем в Общественном и техническом колледже Northland через стипендиальную программу Digi-Key. В настоящее время ее роль заключается в оказании помощи в создании уникальных технических проектов, документировании процесса и, в конечном итоге, в участии в создании видеоматериалов, освещающих эти проекты.В свободное время Эшли любит — подожди, а есть ли свободное время, когда ты мама?

Как измерить ток | Блог Joulescope Store, блог

Электрический ток — это поток электрического заряда от положительного напряжения к отрицательному. Теперь мы знаем, что электроны движутся по проводникам от отрицательного напряжения к положительному. У нас был шанс угадать «правильно» 50 50 , так что да.

Электрический ток — это поток заряда за время, который измеряется в единицах ампер (А), часто называемых «ампер».Один ампер — это одна колонка заряда, протекающая в секунду. Один столбец приблизительно равен 6,242 x 10 18 электронов!

Устройство, измеряющее ток, называется амперметром.

Основные методы

Непосредственное измерение тока затруднено. Подсчет отдельных электронов обычно не подходит для электрических цепей. Следовательно, в двух основных методах используются «побочные эффекты» тока. Во-первых, движущиеся заряженные частицы создают магнитное поле (закон Ампера), а заряженные частицы, движущиеся через сопротивление, создают напряжение (закон Ома).Оба эти метода теперь можно вывести из уравнений Максвелла.

Магнитное поле

Ток создает магнитное поле, которое впервые было обнаружено Эрстедом в 1820 году с помощью компаса. Позднее этот метод был переработан в современный гальванометр.

Гальванометр Д’Арсонваля

источник: Wellcome Images

Большинство современных гальванометров имеют постоянный магнит и катушку с проволокой. Когда ток течет через катушку, он толкается к постоянному магниту или от него.Катушка прикреплена к игле и торсионной пружине. Если вы когда-нибудь видели аналоговые мультиметры или старинное стереооборудование, вы, вероятно, видели гальванометр.

Магнитное поле также можно измерить с помощью датчиков Холла. Для изменения магнитных полей (переменного тока) можно использовать сенсорную катушку через индуктивность.

По мере уменьшения тока (менее 1 мА) измерение магнитного поля с достаточной точностью становится затруднительным.

Шунтирующие резисторы

Когда на пути тока помещается резистор, он создает напряжение в соответствии с законом Ома:

  В = I * R
  

Решение для тока:

  I = V / R
  

Если сопротивление известно и мы измеряем напряжение, мы можем вычислить ток.В большинстве современных амперметров используются шунтирующие резисторы. Лучшее в этом подходе — то, что мы можем выбрать номинал шунтирующего резистора, который дает нам подходящий диапазон напряжений!

Шунтирующий резистор также называют «резистором считывания тока» или просто «резистором считывания».

По своей конструкции шунтирующие резисторы вызывают падение напряжения, также называемое нагрузочным напряжением или вносимыми потерями. Если это напряжение слишком велико, это влияет на нагрузку. Дополнительное сопротивление также изменяет импеданс источника, видимый нагрузкой, что может привести к тому, что некоторые цепи нагрузки будут вести себя иначе.В идеале сопротивление шунта должно быть настолько маленьким, чтобы оно не влияло на целевую цепь. На практике сопротивление шунта должно создавать измеримое напряжение.

Измерение большого диапазона тока для одного шунтирующего резистора затруднено. Вольтметр имеет фиксированный диапазон. Чтобы расширить диапазон, в большинстве амперметров используется несколько шунтирующих резисторов, каждый с разным сопротивлением. Однако, если ток изменяется со временем, слишком большой шунтирующий резистор может вызвать чрезмерное падение напряжения, которое влияет на поведение целевой цепи.Если шунтирующий резистор слишком мал, он не может точно измерить ток.

Оборудование

Мультиметры

Большинство мультиметров могут измерять ток. Эти мультиметры имеют внутренние шунтирующие резисторы, и они фактически измеряют напряжение! Когда вы меняете диапазоны мультиметра, вы выбираете разные шунтирующие резисторы, обычно с двумя разными настройками усиления напряжения.

Мультиметры

хорошо подходят для измерения постоянных токов, будь то постоянный ток или «постоянный» среднеквадратичный переменный ток.Мультиметры не могут легко измерить токи, которые быстро меняются или резко меняются с течением времени.

Некоторые мультиметры также поддерживают токовые клещи. Эти зажимы надеваются на провода для измерения тока через излучаемое магнитное поле. Зажимы постоянного тока часто имеют датчик Холла. В зажимах переменного тока часто используются магнитные катушки. Некоторые токовые клещи поддерживают измерения как постоянного, так и переменного тока. Токовые клещи практически ограничены разрешением около 1 мА, что недостаточно для многих приложений.

Осциллографы

Осциллографы

измеряют напряжения через равные промежутки времени, часто более миллиона раз в секунду, для построения кривой напряжения. Затем осциллографы отображают график, показывающий изменения напряжения во времени. Измеряя напряжение на внешнем шунтирующем резисторе, осциллографы могут эффективно отображать изменения тока во времени.

Однако у этого подхода есть две основные проблемы. Во-первых, метод измерения шунтирующего резистора имеет проблемы динамического диапазона, связанные с шунтирующими резисторами.Осциллографы обычно выбирают компромисс между скоростью и ограниченным динамическим диапазоном и обычно имеют всего 10 или 12 бит динамического диапазона.

Во-вторых, осциллографы обычно имеют заземление. Осциллограф измеряет разность напряжений между землей и сигналом. Однако нам нужно дифференциальное измерение на шунтирующем резисторе. Добавление шунтирующего сопротивления в путь заземления часто вызывает проблемы с целостностью сигнала. Нам часто нужны шунтирующие резисторы на стороне высокого напряжения для положительного источника питания.Однако, если тестовая цепь также имеет заземление, мы не сможем использовать стандартный пробник осциллографа для измерения разности напряжений на шунтирующих резисторах. Мы можем либо использовать два пробника осциллографа и использовать функцию математического вычитания, которая вносит дополнительную ошибку измерения, либо мы можем использовать пробник дифференциального осциллографа, который часто бывает довольно дорогим. В любом случае, у нас все еще остается проблема динамического диапазона.

Производители осциллографов

также предоставляют токовые пробники, которые обычно представляют собой просто комбинированный шунтирующий резистор и дифференциальный пробник.Эти пробники также позволяют осциллографу правильно выбирать единицы измерения, так что вам не нужно выполнять вычисления по закону Ома каждый раз, когда вы измеряете ток. Однако у вас по-прежнему ограниченный динамический диапазон.

Осциллографы

также оснащены токовыми клещами, разрешение которых ограничено примерно 1 мА.

Специализированное оборудование

Существует множество другого оборудования, которое может измерять ток, иногда при подаче или понижении тока. Оборудование этого типа включает электрометры, пикоамперметры и блоки измерения источников (SMU).Эти продукты специально разработаны для устранения некоторых недостатков стандартных мультиметров, и многие из них имеют более низкое напряжение нагрузки и более низкие входные токи смещения. Однако главный недостаток — это стоимость. Эти устройства часто используют несколько более сложных методов измерения с помощью амперметра с активной обратной связью.

Как преодолеть эти ограничения, не нарушая при этом больших затрат? Что, если бы у нас было устройство, которое автоматически и мгновенно выбирает шунтирующий резистор, чтобы поддерживать напряжение в допустимом диапазоне? Такой подход позволяет поддерживать максимальное напряжение нагрузки, а также точно измерять ток.Звучит здорово!

До появления Joulescope этот тип оборудования с динамическим переключением был либо слишком медленным (вводилось слишком большое напряжение динамической нагрузки), либо очень дорогим.

У этого подхода есть два недостатка, но, в отличие от других подходов, мы можем смягчить эти недостатки. Первым недостатком является время переключения шунтирующего резистора, особенно когда ток выходит за пределы текущего значения шунтирующего резистора. Если значение резистора не переключается достаточно быстро, напряжение нагрузки становится чрезмерным и влияет на целевое устройство.Требуемое время переключения можно рассчитать. Упрощенное уравнение, подходящее для многих практических приложений:

  t = C * ΔV / ΔI
  

Рассмотрим типичный пример. Целевая система потребляет 3,3 В и может выдерживать временный сбой напряжения на 3% при изменении на 1 ампер. Если система имеет емкость 10 мкФ, необходимое время переключения шунтирующего резистора составляет:

  10 мкФ * 3,3 В * 0,03 / 1 A = 1 мкс
  

Второй недостаток заключается в том, что этот подход обеспечивает переменное сопротивление целевой цепи.Некоторые схемы могут проявлять необычное поведение при изменении полного сопротивления источника питания. Однако мы можем уменьшить эту восприимчивость, добавив развязывающие конденсаторы, которые эффективно снижают входной импеданс на более высоких частотах, представляющих интерес. Для большинства современной электроники уже требуются байпасные конденсаторы, поэтому этот недостаток часто не вызывает беспокойства при измерении тока на целевых устройствах.

Разработчики специализированного оборудования также должны учитывать шум Джонсона-Найквиста, шум, создаваемый любым резистором.Этот шум, точность измерения напряжения и полоса пропускания являются критическими факторами проектирования.

Джоулескоп

Joulescope включает в себя самый доступный по цене шунтирующий амперметр с автоматическим определением диапазона.

Joulescope переключает шунтирующие резисторы примерно за 1 мкс при выходе за пределы диапазона, чтобы ваше целевое устройство работало правильно. Он поддерживает максимальное нагрузочное напряжение 20 мВ на шунтирующем резисторе для любого тока до 2 А. Джоулескоп электрически изолирован, чтобы избежать проблем с заземлением и контуром заземления.

Помимо амперметра, Joulescope одновременно измеряет напряжение, чтобы вычислить мощность:

  P = I * V
  

и энергия:

  E = ∫ P dt  

Измерение тока, напряжения и сопротивления

Обзор

Наиболее часто используемым оборудованием для электрических измерений является мультиметр , который может измерять ток (амперы), напряжение (вольты) и сопротивление (Ом).Есть два основных типа мультиметров — аналоговый и цифровой. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки в зависимости от типа выполняемого измерения. Примеры того и другого показаны ниже:


Аналоговый мультиметр (слева) и цифровой мультиметр (справа)


Напряжение измерения

Напряжение на компоненте является мерой разницы в электрическом потенциале от одной стороны компонента к другой, поэтому измеритель должен быть подключен, как показано:


Использование мультиметра для измерения напряжения на компоненте схемы


Измерение тока

Ток — это мера скорости потока электронов через цепь.Чтобы измерить ток, цепь должна быть разомкнута, а счетчик должен быть помещен в цепь так, чтобы ток проходил через нее. Это показано ниже:


Использование мультиметра для измерения тока в цепи


Измерение сопротивления

Чтобы измерить сопротивление, необходимо сначала отключить компонент от цепи.Это необходимо для того, чтобы другие компоненты схемы не влияли на показания. Затем датчики измерителя подключаются с обеих сторон компонента, как показано:


Использование мультиметра для измерения сопротивления компонента схемы


В таблице ниже показаны префиксные обозначения для кратных и дольных единиц общих электрических единиц.


Общие и частные кратные
G гига 10 9 (× 1000000000)
M мегага 10 6 (× 1000000)
кило 3 (× 1000)
м милли 10 -3 (× 0.001)
µ микро 10 -6 (× 0,000001)
n нано 10 -9 904 пик 10 -12 (× 0,000000000001)

Ток измеряется с помощью прибора, который называется физикой класса 12 CBSE

Подсказка: Нам нужно определить каждое устройство одно за другим.Мы можем помнить, что единицей измерения тока в системе СИ является ампер. Нам нужно использовать это, чтобы определить, какой из них измеряет ток. Это должно быть устройство, которое не должно вызывать значительного падения напряжения для точных измерений.

Полный ответ:
Мы определяем амперметр, вольтметр, измеритель-мост и гальванометр по очереди.
Амперметр (от амперметра) — это измерительный прибор, используемый для измерения тока в цепи. Электрические токи измеряются в амперах (А), отсюда и название. Амперметр обычно подключается последовательно к цепи, в которой должен измеряться ток.Амперметр обычно имеет низкое сопротивление, поэтому он не вызывает значительного падения напряжения в измеряемой цепи.
Вольтметр — это вольтметр. Которая измеряет напряжение между двумя узлами. Мы знаем, что единица измерения разности потенциалов — вольт. Таким образом, это измерительный прибор, который измеряет разность потенциалов между двумя точками.
Основной принцип вольтметра заключается в том, что он должен быть подключен параллельно, в котором мы хотим измерить напряжение. Параллельное соединение используется, потому что вольтметр сконструирован таким образом, что он имеет очень высокое значение сопротивления.Таким образом, если это высокое сопротивление подключено последовательно, ток будет почти нулевым, что означает, что цепь стала разомкнутой.
Метровый мост, также называемый мостом из скользящей проволоки, — это инструмент, который работает по принципу моста Уитстона. Метровый мост используется для определения неизвестного сопротивления проводника, например, в мосте Уитстона. Мост Уитстона — это своего рода электрическая схема, используемая для измерения электрического сопротивления, которое неизвестно, путем уравновешивания двух его ножек мостовой схемы, где одна из ножек включает неизвестный компонент.
Гальванометр — это электромеханический прибор, используемый для обнаружения и индикации электрического тока. Гальванометр работает как исполнительный механизм, создавая вращательное отклонение стрелки в ответ на электрический ток, протекающий через катушку в постоянном магнитном поле.
Устройство для измерения силы тока — амперметр.
Следовательно, правильный ответ — вариант A.

Примечание:
Есть два способа измерения электроэнергии; один заключается в измерении тока там, где используется амперметр, а другой — путем измерения напряжения там, где используется вольтметр.Оба этих устройства используются в электрических цепях, но основное различие между вольтметром и амперметром заключается в том, что амперметр удобен для измерения протекания тока, тогда как вольтметр удобен для измерения напряжения или ЭДС в двух точках в электрической цепи.
Основное существенное различие между амперметром и гальванометром состоит в том, что амперметр показывает только величину тока. А гальванометр показывает как направление, так и величину тока.

Как измеряется сток

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о поверхностных водах •

Введение в USGS Streamgaging

The U.Геологическая служба S. Geological Survey (USGS) начала свое первое освоение реки в 1889 году на реке Рио-Гранде в Нью-Мексико, чтобы помочь определить, достаточно ли воды для орошения, чтобы стимулировать новое развитие и расширение на запад. Геологическая служба США управляет более чем 8 200 системами непрерывной записи водотоков, которые предоставляют информацию о речных потоках для самых разных целей, включая прогнозирование наводнений, управление и распределение водных ресурсов, инженерное проектирование, исследования, эксплуатацию шлюзов и плотин, а также безопасность и развлечения для отдыха.

Как измеряется сток

Наслаждаясь отдыхом на тихом берегу местной реки, вы можете задать себе один вопрос: «Сколько воды течет в этой реке?» Вы пришли в нужное место, чтобы получить ответ. Геологическая служба США измеряет сток на тысячах рек и ручьев в течение многих десятилетий, и, прочитав этот набор веб-страниц, вы можете узнать, как работает весь процесс измерения стока.

Часто во время сильного ливня по радио можно услышать объявление типа «Пичтри-Крик, как ожидается, сегодня поднимется на гребень в 14 часов».5 футов «. 14,5 футов, о которых говорит диктор, — это этап потока. Этап потока важен тем, что его можно использовать (после сложного процесса, описанного ниже) для вычисления потока или количества воды, протекающего в потоке в любой момент. мгновенный.

Ступень потока (также называемая ступенью или измерительной высотой) — это высота поверхности воды в футах над установленной высотой, на которой ступень равна нулю. Нулевой уровень является произвольным, но часто близок к руслу реки. Вы можете получить представление о том, что такое этап потока, посмотрев на изображение обычного штатного датчика , который используется для визуального считывания этапа потока.Калибр маркируется с шагом 1/100 и 1/10 фута.

Потоковая передача обычно включает 3 этапа:

1. Ступень измерения расхода — получение непрерывной записи ступени — высоты водной поверхности в месте вдоль ручья или реки
2. Измерение расхода — получение периодических измерений расхода (количества проходящей воды местоположение вдоль ручья)
3. Отношение ступени к сбросу — определение естественного, но часто меняющегося отношения между ступенью и сбросом; использование соотношения стадия-расход для преобразования непрерывно измеряемой ступени в оценки расхода или расхода

Ступень измерительного потока

Мост-У.Стойки измерения потока S. Geological Survey (USGS) состоят из структуры, в которой размещены инструменты, используемые для измерения, хранения и передачи информации о стадии потока. Этап, иногда называемый контрольной высотой, может быть измерен различными методами. Один из распространенных подходов — это успокоительный колодец на берегу реки или примыкание к мостовой опоре. Вода из реки поступает в успокоительный колодец и выходит из него по подводным трубам, позволяя водной поверхности в успокоительном колодце находиться на той же высоте, что и поверхность воды в реке.Затем ступень измеряется внутри успокоительного колодца с помощью поплавка или датчика давления, оптического или акустического датчика. Измеренное значение ступени сохраняется в электронном регистраторе данных через равные промежутки времени, обычно каждые 15 минут.

На некоторых участках водозабора установка успокоительного колодца невозможна или ее установка неэффективна с точки зрения затрат. В качестве альтернативы, стадия может быть определена путем измерения давления, необходимого для поддержания небольшого потока газа через трубку и барботаж в фиксированном месте под водой в потоке.Измеренное давление напрямую связано с высотой воды над выпускным отверстием трубы в потоке. По мере увеличения глубины воды над выпускным отверстием трубки требуется большее давление, чтобы протолкнуть пузырьки газа через трубку.

Streamgages, эксплуатируемые Геологической службой США, обеспечивают измерения ступеней с точностью до 0,01 фута или 0,2 процента ступени, в зависимости от того, что больше. Этап на ручье должен измеряться относительно постоянной контрольной отметки, известной как точка отсчета. Иногда водоточные конструкции повреждаются наводнениями или могут со временем осесть.Чтобы поддерживать точность и гарантировать, что ступень измеряется выше постоянной опорной отметки, отметки речных структур и связанные с ними измерения ступеней обычно исследуются относительно постоянных реперных отметок возвышения около ручья.

Хотя стадия представляет собой ценную информацию для некоторых целей, большинство пользователей данных о водотоке интересуются стоком или расходом — количеством воды, текущей в ручье или реке, обычно выражаемым в кубических футах в секунду или галлонах в день.Однако для ручья непрактично постоянно измерять расход. К счастью, существует сильная связь между уровнем воды в реке и расходом, и в результате непрерывная запись расхода воды в реке может быть определена на основе непрерывной записи уровня воды. Для определения расхода со ступени необходимо определить взаимосвязь между ступенью и расходом путем измерения расхода на широком диапазоне ступеней реки.

Измерение разряда

Расход — это объем воды, движущейся вниз по ручью или реке за единицу времени, обычно выражаемый в кубических футах в секунду или галлонах в день.Как правило, сток реки рассчитывается путем умножения площади воды в поперечном сечении канала на среднюю скорость воды в этом поперечном сечении:

расход = площадь x скорость

Геологическая служба США использует множество методов и типов оборудования для измерения скорости и площади поперечного сечения, включая следующий измеритель тока и акустический доплеровский профилограф.

Схема сечения канала с подсечками.

Самый распространенный метод, используемый Геологической службой США для измерения скорости, — это измеритель тока. Тем не менее, для определения уровня и измерения расхода воды также можно использовать разнообразное современное оборудование. В самом простом методе счетчик тока вращается вместе с течением реки или ручья. Измеритель течения используется для измерения скорости воды в заранее определенных точках (подсекциях) вдоль размеченной линии, подвесной канатной дороги или моста через реку или ручей. В каждой точке также измеряется глубина воды.Эти измерения скорости и глубины используются для вычисления общего объема воды, протекающей мимо линии в течение определенного интервала времени. Обычно река или ручей измеряются в 25–30 точках, расположенных через реку или ручей с регулярным интервалом.

Общественное достояние

Измеритель тока

Одним из методов, который на протяжении десятилетий использовался Геологической службой США для измерения разряда, является метод механического измерителя тока. В этом методе поперечное сечение русла потока делится на множество вертикальных подсекций.В каждом подразделе площадь определяется путем измерения ширины и глубины подсекции, а скорость воды определяется с помощью измерителя тока. Расход в каждой подсекции рассчитывается путем умножения площади подсекции на измеренную скорость. Затем рассчитывается общий расход путем суммирования расхода по каждому подразделу.

Персонал USGS использует множество типов оборудования и методов для проведения измерений с помощью измерителя тока из-за широкого диапазона условий водотока на всей территории Соединенных Штатов.Ширина подсекции обычно измеряется с помощью кабеля, стальной ленты или подобного оборудования. Глубина участка измеряется с помощью забродной удочки, если позволяют условия, или путем подвешивания измерительного груза к откалиброванной системе троса и катушки на мосту, канатной дороге или лодке или через отверстие, пробуренное во льду.

Разработан в начале 1900-х годов и много раз модифицирован до 1930 года. Приобретен у W. & L.E. Gurley Company, Трой, Нью-Йорк.
ID объекта: USGS-000458

Кредит: Джастин Бонгард, У.С. Геологическая служба. Всеобщее достояние.

Скорость водотока можно измерить с помощью токоизмерительного прибора. Наиболее распространенным измерителем тока, используемым USGS, является измеритель тока Price AA. У измерителя тока Price AA есть колесо из шести металлических чашек, которые вращаются вокруг вертикальной оси. Электронный сигнал передается измерителем при каждом обороте, позволяя подсчитывать обороты и рассчитывать время. Поскольку скорость вращения чашек напрямую связана со скоростью воды, рассчитанные по времени обороты используются для определения скорости воды.Измеритель Price AA предназначен для крепления к водяной штанге для измерения на мелководье или для установки непосредственно над грузом, подвешенным на тросе и катушечной системе для измерения в быстрой или глубоководной воде. На мелководье можно использовать измеритель тока Pygmy Price. Это версия измерителя Price AA в масштабе двух пятых, предназначенная для крепления на удилище для воды. Третий механический измеритель тока, также являющийся разновидностью измерителя тока Price AA, используется для измерения скорости воды подо льдом.Его размеры позволяют ему легко проходить через небольшое отверстие во льду, а роторное колесо из полимера препятствует налипанию льда и слякоти.

Акустический доплеровский профилограф тока

Гидрологические техники Геологической службы США используют акустический доплеровский профилограф для измерения стока реки Бойсе в Мемориальном парке ветеранов Бойсе в рамках исследования баланса массы фосфора.

Предоставлено: Тим Меррик, Геологическая служба США. Общественное достояние

В последние годы технический прогресс позволил Геологической службе США проводить измерения разряда с использованием акустического доплеровского профилометра тока (ADCP).ADCP использует принципы эффекта Доплера для измерения скорости воды. Эффект Доплера — это явление, которое мы испытываем, когда проезжаем мимо автомобиля или поезда, который звучит в свой гудок. По мере того, как проезжает машина или поезд, кажется, что звуковой сигнал становится все тише.

ADCP использует эффект Доплера для определения скорости воды, посылая звуковой импульс в воду и измеряя изменение частоты этого звукового импульса, отраженного обратно в ADCP отложениями или другими твердыми частицами, переносимыми в воде.Изменение частоты, или доплеровский сдвиг, которое измеряется ADCP, переводится в скорость воды. Звук передается в воду от преобразователя на дно реки и принимает ответные сигналы на всей глубине. ADCP также использует акустику для измерения глубины воды, измеряя время прохождения звукового импульса до дна реки позади ADCP.

Для измерения расхода ADCP устанавливается на лодке или в небольшом плавсредстве (рисунок выше), его акустические лучи направляются в воду с поверхности воды.Затем ADCP направляется по поверхности реки для измерения скорости и глубины русла. Возможность отслеживания дна реки с помощью акустических лучей ADCP или глобальной системы позиционирования (GPS) используется для отслеживания продвижения ADCP по каналу и обеспечения измерений ширины канала. Используя измерения глубины и ширины для расчета площади и измерений скорости, расход рассчитывается ADCP с использованием выражения разряд = площадь x скорость, аналогично традиционному методу измерителя тока.Акустические измерители скорости также были разработаны для проведения измерений вброд (рисунок слева).

ADCP оказался полезным для оптимизации потоковой передачи по нескольким причинам. Использование ADCP сократило время, необходимое для измерения расхода. ADCP позволяет проводить измерения расхода в некоторых условиях затопления, которые ранее были невозможны. Наконец, ADCP обеспечивает подробный профиль скорости и направления воды для большей части поперечного сечения, а не только в точках с механическим измерителем тока; это улучшает точность измерения разряда.

Соотношение ступень-разряд

Водомеры непрерывно измеряют стадию, как указано в разделе «Стадия измерения». Эта непрерывная запись стадии преобразуется в речной сток путем применения соотношения стадия-расход (также называемого рейтингом). измерение расхода реки с помощью механического измерителя тока или ADCP на широком диапазоне этапов; для каждого измерения расхода существует соответствующее измерение этапа.Геологическая служба США проводит измерения расхода на большинстве участков водотока каждые 6-8 недель, обеспечивая регулярное измерение диапазона ступеней и расхода на водотоках. Особые усилия прилагаются для измерения чрезвычайно высоких и низких ступеней и потоков, поскольку эти измерения происходят реже. Отношение ступени к разгрузке зависит от формы, размера, наклона и шероховатости канала у ручья и различно для каждого ручья.

USGS Пример связи ступенчатый разряд.

Непрерывная запись стадии преобразуется в поток путем применения математической кривой оценки. Кривая рейтинга (рис. 3) — это графическое представление взаимосвязи между уровнем и стоком для данной реки или ручья. Компьютеры USGS используют эти оценочные кривые для конкретных участков для преобразования данных об уровне воды в информацию о течении реки.

Создание точного соотношения ступени и расхода требует многочисленных измерений расхода во всех диапазонах ступени и расхода.Кроме того, эти соотношения необходимо постоянно проверять по текущим измерениям расхода, поскольку каналы потока постоянно меняются. Изменения в руслах ручьев часто вызваны эрозией или отложением материалов в руслах, сезонным ростом растительности, обломками или льдом. Новые измерения расхода, нанесенные на существующий график зависимости расхода от ступени, покажут это, и рейтинг может быть скорректирован, чтобы можно было правильно оценить расход для измеряемой ступени.

Преобразование информации стадии в информацию потока

Большинство водотоков USGS передают данные стадии через спутник на компьютеры USGS, где эти данные используются для оценки стока с использованием разработанного соотношения (рейтинга) стадия-расход.Информация о стадии регулярно просматривается и проверяется, чтобы гарантировать точность рассчитанного расхода. Кроме того, в Геологической службе США существуют процессы контроля качества, чтобы гарантировать, что информация о речных потоках, сообщаемая по всей стране, имеет сопоставимое качество, а также ее получение и анализ с использованием последовательных методов.

Большая часть информации о стадиях и речных потоках, производимая Геологической службой США, доступна в режиме онлайн почти в реальном времени через Национальную информационную систему по водным ресурсам (NWIS) Web .В дополнение к данным о потоках в реальном времени, веб-сайт NWIS также обеспечивает доступ к дневным расходам и годовым максимальным расходам за период записи для всех активных и прекращенных потоков, управляемых Геологической службой США.

Сводка по потоку

Управление потоком включает получение непрерывной записи стадии, выполнение периодических измерений разряда, установление и поддержание связи между стадией и разгрузкой, а также применение отношения разряда стадии к записи стадии для получения непрерывной записи разряда.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.