Измерение силы тока в цепи. Измерение силы тока в электрической цепи с помощью амперметра: подробное руководство

Как правильно подключить амперметр к электрической цепи. Какие существуют виды амперметров. Как измерить силу тока в различных участках цепи. Какие меры предосторожности нужно соблюдать при работе с амперметром. На что обратить внимание при выборе диапазона измерений.

Что такое амперметр и для чего он используется

Амперметр — это измерительный прибор, предназначенный для измерения силы тока в электрической цепи. Он позволяет определить, какой ток протекает через различные участки цепи.

Основные характеристики амперметра:

• Измеряет силу тока в амперах (А) или миллиамперах (мА)
• Подключается последовательно в цепь
• Имеет очень малое внутреннее сопротивление
• Бывает аналоговым (стрелочным) или цифровым
• Может измерять постоянный и переменный ток

Амперметр используется для:

• Проверки работоспособности электрических цепей
• Диагностики неисправностей электрооборудования
• Контроля потребляемого тока различными устройствами
• Измерения токов утечки
• Научных и учебных экспериментов по электричеству

Виды амперметров и их особенности

Существует несколько основных видов амперметров:

1. Аналоговые (стрелочные) амперметры

Принцип действия основан на отклонении стрелки под воздействием магнитного поля, создаваемого измеряемым током. Особенности:

• Наглядная шкала со стрелкой
• Не требуют батареек
• Чувствительны к вибрациям и ударам
• Погрешность измерения 1-5%

2. Цифровые амперметры

Преобразуют аналоговый сигнал в цифровой код и выводят результат на дисплей. Преимущества:

• Высокая точность (погрешность 0.5-1%)
• Автоматический выбор диапазона
• Дополнительные функции (память, интерфейсы и др.)
• Компактность

3. Токовые клещи

Позволяют измерять ток бесконтактным способом, обхватывая провод. Плюсы:

• Не требуется разрывать цепь
• Удобны для измерения больших токов
• Безопасность при работе с высоким напряжением

Как правильно подключить амперметр к электрической цепи

Правильное подключение амперметра — важный этап измерения силы тока. Необходимо соблюдать следующие правила:

1. Амперметр всегда подключается последовательно с тем участком цепи, в котором нужно измерить ток.
2. Перед подключением нужно разомкнуть цепь в точке измерения.
3. Положительную клемму амперметра (обычно красного цвета) подключают к участку цепи, идущему от «+» источника питания.
4. Отрицательную клемму (черного цвета) соединяют с проводом, идущим к «-» источника.
5. Диапазон измерения выбирают с запасом, превышающим ожидаемое значение тока.
6. После подключения замыкают цепь и снимают показания.

При измерении важно соблюдать полярность подключения, иначе стрелка аналогового прибора может отклониться в обратную сторону и повредиться.

Пошаговая инструкция по измерению силы тока

Чтобы правильно измерить силу тока в электрической цепи, выполните следующие действия:

1. Определите примерное значение измеряемого тока.
2. Выберите подходящий диапазон измерения на амперметре.
3. Отключите питание исследуемой цепи.
4. Разомкните цепь в точке измерения.
5. Подключите амперметр последовательно, соблюдая полярность.
6. Включите питание цепи.
7. Снимите показания с дисплея или шкалы прибора.
8. При необходимости скорректируйте диапазон измерения.
9. Запишите полученный результат.
10. Выключите питание и отсоедините амперметр.
11. Восстановите исходное соединение цепи.

Меры предосторожности при работе с амперметром

При проведении измерений необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Не превышайте максимально допустимый ток для выбранного диапазона.
• Не подключайте амперметр параллельно участкам цепи — это вызовет короткое замыкание.
• Не измеряйте ток в высоковольтных цепях без специальных мер защиты.
• Не переключайте диапазоны измерения под напряжением.
• Соблюдайте правильную полярность подключения.
• Используйте качественные измерительные провода с изоляцией.
• При работе с переменным током будьте осторожны — возможно поражение электрическим током.

Соблюдение этих простых правил позволит безопасно и точно измерить силу тока в различных электрических цепях.

Интерпретация результатов измерений

После проведения измерений важно правильно интерпретировать полученные результаты:

• Сравните измеренное значение тока с номинальным или расчетным для данной цепи.
• Учитывайте погрешность измерения, указанную в характеристиках прибора.
• При измерении переменного тока обратите внимание на его частоту.
• Проверьте, не выходит ли ток за допустимые пределы для компонентов цепи.
• Проанализируйте, соответствует ли измеренный ток закону Ома для данного участка.
• При обнаружении аномальных значений проведите повторные измерения.

Правильная интерпретация позволит сделать верные выводы о работе электрической цепи и выявить возможные неисправности.

Типичные ошибки при измерении силы тока

При работе с амперметром начинающие пользователи часто допускают следующие ошибки:

1. Подключение амперметра параллельно участку цепи вместо последовательного включения.
2. Неправильный выбор диапазона измерения (слишком большой или маленький).
3. Несоблюдение полярности при подключении к цепи постоянного тока.
4. Попытка измерить ток без разрыва цепи.
5. Забывают учесть внутреннее сопротивление амперметра при точных измерениях.
6. Не отключают питание цепи перед подключением прибора.
7. Пытаются измерить слишком большие токи без использования шунтов.

Зная об этих типичных ошибках, вы сможете избежать их и получить корректные результаты измерений.

Заключение

Измерение силы тока с помощью амперметра — важный навык для всех, кто работает с электрическими цепями. Правильное использование этого прибора позволяет:

• Диагностировать неисправности в электрооборудовании
• Оценивать энергопотребление устройств
• Проверять соответствие токов расчетным значениям
• Обеспечивать безопасность при работе с электричеством

Соблюдая описанные правила и рекомендации, вы сможете проводить точные измерения силы тока в различных электрических цепях. Регулярная практика поможет развить навык быстрого и безопасного использования амперметра.

Как измерить силу тока мультиметром

Содержание

1. Как устроен мультиметр?
   1. Аналоговые и цифровые модели
2. Что важно знать при замере силы тока?
   1. Как измерить силу тока?
      1. Настройте мультиметр для работы с силой тока
      2. Вставьте штекеры щупов в гнезда
      3. Установите правильный диапазон измерения
      4. Вилки щупов присоедините в разрыв цепи
   2. Как с помощью амперметра проверить элементы питания?
      1. Проверка утечки электросети автомобиля
         1. Пошаговый алгоритм действий
      2. Мультиметр цифровой ДТ 838 РЕСАНТА
         1. Рекомендуемые товары

         Для монтажа электролиний применяют проводники разного сечения. Если кабель несет нагрузку выше допустимой — он перегревается, что приводит к повреждению изоляции и короткому замыканию. Нагрузку характеризует сила тока, измеряют ее в амперах. Вычисления проводят по формуле: R (сопротивление или толщина сечения) = V (напряжение) : I (сила тока).

         Сила тока — это поток электронов через поперечное сечение провода за единицу времени. В сетях постоянного напряжения определить силу тока мультиметром не составит труда даже новичку.

         Как устроен мультиметр?

         Мультиметр — универсальный электроизмерительный прибор, предназначенный для определения напряжения, силы тока и сопротивления. Замеры помогают определиться с сечением провода при монтаже электросистемы, чтобы обеспечить безопасность и длительную эксплуатацию электротехники.

         Также определяют силу тока для диагностики оборудования и бытовых электроприборов (нагревателей, лампочек, блоков питания, зарядных устройств и т. д.). Замеры силы тока в автомобиле позволяют выявить неисправности электросистемы.

         Компактный корпус универсального измерительного прибора включает:

         1. Экран для вывода значений (в аналоговых приборах — экран со стрелкой и шкалой, в современных цифровых — жидкокристаллический).
         2. Позиционный переключатель, с помощью которого выбирают тестируемую величину (силу тока, сопротивление или напряжение) и диапазоны. Как правило, представлен ручкой с поворотным механизмом, иногда — кнопками.
         3. Гнезда для присоединения измерительных щупов. Любая модель универсального устройства имеет два варианта выхода: общий (маркировка черным) обозначение com или «—» и потенциальный выход для измерений (маркировка красным). Потенциальный выход может включать несколько гнезд. Для каждого параметра цепи (напряжение, сила тока, сопротивление) м. б. свое гнездо с маркировкой (соответственно, вольты, амперы, омы).

         Рынок электроприборов предлагает модели с двумя гнездами для определения силы тока.

         Одно маркировано mA. Оно защищено предохранителем и предназначено для измерения малых токов (200 mA). Второе маркировано А либо 10 А, без предохранителя, для замеров больших потоков. При работе с большой силой тока время измерения рекомендуют сократить до 10–20 секунд.

         В комплект мультиметра, как правило, входят два кабеля (щупа) с наконечниками в виде штекера и вилки.

         Аналоговые и цифровые модели

         Рынок электроприборов предлагает аналоговые и цифровые приборы. На экране аналогового мультиметра расположена шкала с делениями, по которой определяют показатели электрических величин, и стрелка-указатель.

         Подобные устройства недорого стоят, надежны, просты в применении, но имеют ощутимую погрешность измерений. Поэтому при необходимости высокоточных показателей лучше выбрать цифровой аналог.

         На экране цифрового аппарата результаты измерений выводятся в цифровом формате. Старые модели оборудованы светодиодным дисплеем, новые — жидкокристаллическим. Цифровые тестеры дороже аналоговых ампервольтметров в разы.

         Что важно знать при замере силы тока?

         При работе с электросетями обязательно соблюдайте правила техники безопасности: перед замерами обесточьте сеть, осмотрите изоляцию кабеля (при нарушении целостности возможно поражение электротоком), наденьте резиновые перчатки, не работайте при высокой влажности (вода — отличный проводник), после измерения восстановите разрыв цепи, предварительно обесточив сеть.

         Каждая модель мультиметра имеет свой максимальный предел. Сопоставьте силу тока в цепи с пределом прибора. Если ток сети 180 А, не используйте прибор, рассчитанный на 20 А, так как он выйдет из строя. Максимально допустимое для измерения значение указано в паспорте устройства или на корпусе.

         Для определения потока электронов включайте мультиметр в разрыв электроцепи. Разорвать тестируемую цепь можно несколькими способами:

         • отсоединить один из выводов радиоэлемента с помощью паяльника;
         • перекусить провода пассатижами;
         • для определения силы тока батарейки или аккумулятора собрать цепь, включив в нее мультиметр.

         При сборке электроцепи включите в цепочку ограничительное сопротивление (резистор или обычную электрическую лампочку), чтобы мультиметр не сгорел под воздействием потока электронов.

         Замер проводите быстро (особенно при малой мощности источника питания) — щуп не должен контактировать с кабелем более 1–2 секунд. Если при измерении силы тока батарейки щуп длительно удерживать на кабеле — батарея разрядится.

         Если прибор не показывает результата — вы неверно установили предел, уменьшите значение на одну позицию, при необходимости далее пошагово уменьшайте предел до получения цифры на экране.

         Как измерить силу тока?

         Для включения прибора поверните ручку переключения режимов в любое положение, отличное от OFF, для выключения — в позицию OFF. Некоторые модели имеют функцию автоматического отключения питания. Если тестер не востребован в течение десяти минут — прибор автоматически отключается.

         Настройте мультиметр для работы с силой тока

         Для настройки прибора нужно знать, с какой цепью будете работать: переменной или постоянной. Цепь переменного тока обозначают значком волны, переменного — прямой чертой под ней или просто чертой. В розетках 220 вольт течет переменный ток, в аккумуляторе — постоянный.

         В некоторых устройствах тип цепи выбирают кнопкой (АС/DC), в остальных для каждого параметра есть диапазоны в постоянном и переменном токах.

         Вставьте штекеры щупов в гнезда

         Важно правильно расположить щупы прибора в нужное гнездо. Для подключения черного щупа используйте гнездо COM. Положение противощупа (красного) зависит от измеряемого параметра. Рядом с гнездами есть маркирующие надписи: 200 mA — (для работы с малыми токами), 10 А — для работы с большими токами.

         Рекомендуемые товары

         Артикул: 055-vre-a-06

         Ось (удлинитель) рукоятки (300 мм.) для выключателей-разъединителей ВРЭ 250-630А EKF PROxima

         Уточняйте наличие

         Бренд: EKF

         Наименование: Ось (удлинитель) рукоятки (300 мм. ) для выключателей-разъединителей ВРЭ 250-630А EKF PROxima

         Запрос цены

         Артикул: 067-374002

         Станок вальцовочный ручной настольный STALEX W01-0.8х610

         Уточняйте наличие

         Бренд: Stalex

         Габариты ВхШхГ (мм): 940х270х380

         Масса (кг): 37/40

         Запросить товар

         Артикул: 063-93727673

         Машина шлифовальная угловая BORT BWS-1500-150

         Уточняйте наличие

         Вес (кг): 2,7

         Производитель: Bort

         Мощность (Вт): 1400

         Запросить товар

         Артикул: 065-0222

         Нивелир оптический N7-32 GEOBOX (с поверкой)

         Уточняйте наличие

         Бренд: Geobox

         Масса (кг): 1,5

         Диапазон работы компенсатора (+/-): 15

         Запросить товар

         Вилки щупов присоедините в разрыв цепи: красный — к плюсу, черный — к минусу.

         Установите правильный диапазон измерения

         Какой диапазон использовать? У прибора есть функция превышения. Если выбран маленький диапазон, то на экране высвечивается цифра 1 или ol, обозначающие, что значение силы тока превышает выбранный диапазон. При увеличении до нужного диапазона вместо цифры 1 на экране появится реальное значение силы тока. При выборе слишком большого диапазона на экране высвечивается 0.

         Чтобы не испортить прибор при измерении силы тока, установите максимальный диапазон значений, затем постепенно убавляйте и повторяйте измерения до получения результата.

         Вилки щупов присоедините в разрыв цепи

         Для измерения силы тока неизолированные концы щупов расположите в разрыв цепи между соседними элементами. Затем включите питание цепи и зафиксируйте показания. При необходимости корректируйте предел и повторяйте измерения. После получения результата отсоедините питание цепи и отсоедините прибор.

         В паспорте бытовых устройств, как правило, указан номинальный ток. Проверить элементы питания или протестировать утечку сети автомобиля можете без опыта в домашних условиях.

         А под сетевым напряжением устраивать разрыв цепи опасно, и делать это должны только профессиональные электрики. Специалисты собирают испытательный стенд, затем вставляют щупы прибора в одну розетку, а нагрузку подключают к другой.

         Как с помощью амперметра проверить элементы питания?

         Проверку элементов питания с помощью измерения силы тока применяют для оценки состояния новых батареек.

         Установите на приборе положение сила тока (постоянный). Выберите максимальный предел. Присоедините щупы к гнездам измерительного прибора: черный — на выход COM, красный — 200 mA. Приложите щупы прибора к контактам элемента питания и удерживайте до прекращения роста показаний прибора.

         Оценка полученный измерений:

         • 4–6 ампер — нормальный показатель силы тока новой батареи;
         • 3–3,9 А — ресурс элемента питания снижен, но можно использовать в портативной аппаратуре;
         • 1,3–2,9 А — в обычных бытовых приборах лучше не использовать, допустимо применение в пультах дистанционного управления;
         • 0,7–1,1 А — батарея способна работать только в приборах с минимальным энергопотреблением, снижая при этом качество работы аппаратуры.

         Последние результаты свидетельствуют о непригодности элемента питания. Допустимо использование в пультах дистанционного управления при отсутствии альтернативы.

         Проверка утечки электросети автомобиля

         Определенная утечка тока в автомобиле всегда присутствует. Но если батарея быстро разряжается — утечка больше допустимой. Главные причины быстрой разрядки аккумуляторной батареи — дополнительные потребители или короткое замыкание. Потери тока возможны из-за старой или некачественной проводки, испорченной изоляции, неправильного подключения электрооборудования (аудиосистемы, мультимедиа, навигатора), грязных либо окисленных контактов.

         Допустимую утечку можно вычислить, сложив потребления каждого прибора бортовой сети. Реальный объем потребления можно измерить с помощью мультиметра. Если в процессе замеров уровень потребления выше допустимого — ищите неполадку сети. В автомобильной сети ток постоянный.

         Пошаговый алгоритм действий

         Шаг первый. Включите прибор в режим измерения силы тока. Для этого позиционный переключатель установите в положение постоянный ток, максимальный предел — 10 ампер.

         Шаг второй. Вставьте штекеры щупов в гнезда. Черный в гнездо с маркировкой COM, красный в гнездо с надписью 10 А.

         Шаг третий. Подключите прибор к бортовой сети (безопаснее отключить электроприборы). Мультиметр включите в разрыв цепи. Для этого с плюсовой клеммы (можно и с минусовой) аккумуляторной батареи снимите провод. Один контакт мультиметра подключите к полюсу аккумулятора, второй — к снятому проводу.

         Не подключайте измерительный прибор к плюсу и минусу аккумуляторной батареи — получите короткое замыкание (в мультиметре сгорит предохранитель).

         Шаг четвертый. При верном подключении на экране увидите показание тока, которой потребляют постоянно включенные электроприборы. Если результат больше допустимой утечки — нужно искать причину.

         Мультиметр цифровой ДТ 838 РЕСАНТА

         https://www. smsm.ru/product/multimetr-tsifrovoy-dt838-resanta/

         Модель мультиметр цифровой ДТ 838 РЕСАНТА представляет российскую марку электротехнического оборудования. Это универсальный прибор для измерения напряжения, силы тока, сопротивления, емкости. Можно использовать для проверки диодов, транзисторов, сделать прозвон.

         Оснащен 3,5 разрядным кристаллическим дисплеем с автоматическим определением полярности и единиц измерения. Переключатель режимов и пределов включает 20 позиций.

         Автоматическая индикация перегрузки. Защита пределов от перегрузок. В комплекте щупы, инструкция и коробка.

         Мультиметр — удобный, компактный и многофункциональный электроизмерительный прибор, позволяющий измерять силу тока, напряжение, сопротивление и т. д. С его помощью определяют состояние электросетей, источников питания, выявляют пробои, лишние контакты, диагностируют короткое замыкание. В домашних условиях рекомендован к использованию в сетях постоянного тока. Безопасен, прост в применении.

         
         

         Амперметр.

         Измерение силы тока | 8 класс

         Содержание

         Сила тока $I$ — важная характеристика в электричестве. Она напрямую зависит от величины электрического заряда $q$, переносимого частицами, и от времени $t$, за которое этот заряд проходит через поперечное сечение проводника.

         Далеко не всегда есть возможность заглянуть внутрь проводника, измерить переносимый заряд и рассчитать силу тока по формуле $I = \frac{q}{t}$. Зато есть возможность измерить силу тока с помощью специального прибора.

         Этот прибор называется амперметром. На данном уроке вы узнаете, как с его помощью измерять силу тока и как правильно подключать его к электрической цепи.

         Амперметр

         Амперметр — это прибор для измерения силы тока в электрической цепи.

         По принципу работы и внешнему виду амперметр очень похож на гальванометр. Его устройство изменено, чтобы можно было не просто фиксировать наличие тока в цепи, но и измерять его силу.  

         В каких единицах градуируют шкалу амперметра? Так как он измеряет силу тока, то и его шкала будет проградуирована в амперах.

         Различные виды амперметров могут отличаться друг от друга в зависимости от сферы использования. На рисунке 1, а изображен демонстрационный амперметр. Такие приборы чаще всего используют в школе при демонстрации опытов.

         На рисунке 1, б представлен амперметр, который чаще используют для лабораторных работ.

         Рисунок 1. Демонстрационный и лабораторный амперметры

         Как вы видите, эти два амперметра рассчитаны на измерение определенного диапазона значений силы тока. Шкала первого амперметра покажет максимальное значение в $3 \space А$, а второго — в $2 \space А$. Превышать эти значения не рекомендуется, так как приборы могут выйти из строя.

         {"questions":[{"content":"С помощью амперметра измеряют[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["силу тока","электрический заряд проводника","электрическую энергию","давление в электрической цепи"],"answer":[0]}}}]}

         Амперметр в электрической цепи

         Амперметр — измерительный прибор. Поэтому, когда мы подключаем его к электрической цепи, он не будет влиять на величину силы тока. Он будет лишь показывать ее значение.

         На схемах электрических цепей амперметр обозначается специальным условным знаком — кружочком с буквой “А” (рисунок 2).

         Рисунок 2. Обозначение амперметра в схеме электрической цепи

         {"questions":[{"content":"На схеме электрической цепи амперметр принято обозначать[[choice-5]]","widgets":{"choice-5":{"type":"choice","options":["кружком с буквой \"А\"","квадратом с буквой \"А\"","стрелкой","словом"],"answer":[0]}}}]}

         Правила подключения амперметра в электрическую цепь

         1. Амперметр необходимо включать в цепь последовательно с тем прибором/проводником, силу тока в котором нужно измерить (рисунок 3)
         Рисунок 3. Последовательное подключение амперметра в электрическую цепь
         2. У амперметра имеется две клеммы для подсоединения проводников. Клемму, на которой стоит знак “+” нужно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. И, соответственно, клемму, на которой стоит знак “-” нужно соединять с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока (рисунок 4).
         Рисунок 4. Правильное подсоединение амперметра с учетом положительного и отрицательного полюсов источника тока
         3. Нельзя подключать амперметр к цепи, в которой нет потребителя (приемника) тока (рисунок 5). Это может привести к выходу прибора из строя.
         Рисунок 5. Невозможность подключения амперметра в цепь без потребителя электроэнергии

         {"questions":[{"content":"Положительный полюс источника тока следует соединять с [[fill_choice-9]] клеммой амперметра, а отрицательный - с [[fill_choice-10]] клеммой.","widgets":{"fill_choice-9":{"type":"fill_choice","options":["положительной","отрицательной"],"answer":0},"fill_choice-10":{"type":"fill_choice","options":["отрицательной","положительной"],"answer":0}}}]}

         Измерение силы тока амперметром

         Первое правило подключения амперметра в цепь говорит о его последовательном подключении. А есть ли разница, где именно при таком подсоединении мы расположим амперметр?

         Давайте соберем электрическую цепь. Она будет состоять из источника тока, ключа, электрической лампочки и амперметра (рисунок 6).

         Рисунок 6. Последовательное подключение амперметра (вариант №1)

         После замыкания цепи, зафиксируем силу тока, которую показал амперметр.

         А теперь давайте переместим амперметр в цепи так, чтобы он стоял после лампы, а не до нее (рисунок 7).

         Амперметр покажет нам ту же величину силы тока, что и в предыдущем случае.

         Рисунок 7. Последовательное подключение амперметра (вариант №2)

         А теперь подключим в цепь сразу два амперметра (рисунок 8). И что мы увидим? Они будут показывать одинаковые значения силы тока, точно такие же, как и в предыдущих опытах.

         Рисунок 8. Последовательное подключение двух амперметров в электрическую цепь

         О чем это нам говорит?

         В цепи с последовательным подключением проводников (так, что конец одного проводника соединяется с началом другого) сила тока во всех участках цепи одинакова.

         Почему она одинакова? Дело в том, что заряд, который проходит через любое поперечное сечение проводников цепи за $t = 1 \space с$, одинаков. Ведь ток равномерно протекает по всем проводам цепи, нигде не накапливаясь. Его течение можно сравнить с протеканием воды по трубам.

         {"questions":[{"content":"Если все элементы в электрической цепи соединены между собой последовательно, то сила тока[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["одинакова на всех участках цепи","имеет большее значение у потребителя электроэнергии","имеет меньшее значение у источника тока"],"answer":[0]}}}]}

         Безопасные и опасные пределы значений силы тока

         Работа с электрическими цепями может быть опасной при несоблюдении правил безопасности. Если мы говорим о постоянном токе (величина силы тока и его направление со временем не изменяются), то эффекты воздействия такого тока на человеческий организм приведены в таблице 1.

         $I$, $мА$	Воздействие на человеческий организм
         0 — 3	Не ощущается
         4 — 7	Зуд. Ощущение нагревания
         8 — 10	Усиление нагревания
         11 — 25	Еще большее усиление нагревания, незначительные сокращения мышц рук
         26 — 80	Сильное ощущение нагревания. Сокращения мышц рук. Судороги, затруднение дыхания.
         81 — 100	Паралич дыхания

         Таблица 1. Действие постоянного тока на организм человека

         Это интересно: амперметр и Minecraft

         Упражнения

         Упражнение №1

         При включении в цепь амперметра так, как показано на рисунке 9, а, сила тока была $0.5 \space А$. Каковы будут показания амперметра при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 9, б?

         Рисунок 9. Варианты подключения амперметра в электрическую цепь

         Сила тока будет точно такая же. Амперметр покажет значение в $0.5 \space А$. Это объясняется тем, что в данной электрической цепи все элементы соединены последовательно. В этом случае сила тока на всех участках цепи одинакова.

         Упражнение №2

         Как можно проверить правильность показаний амперметра с помощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?

         Можно собрать цепь, как на рисунке 6, используя точный амперметр. Зафиксировать значение силы тока, которое он покажет. Потом заменить его другим — тем, правильность показаний которого мы хотим проверить. Далее останется просто сравнить показания этого амперметра с полученными ранее.

         Можно сделать это и другим способом. Для этого нужно собрать цепь, как на рисунке 8 с последовательным соединений всех элементов. Мы уже знаем, что в такой цепи два исправных амперметра должны показывать одинаковые значения. Главное при такой проверке — это отметить для себя, какой амперметр показывает точные результаты измерений, чтобы не запутаться.

         Упражнение №3

         Рассмотрите амперметры, данные на рисунке 1. Определите цену деления шкалы каждого амперметра. Какую наибольшую силу тока они могут измерять? Перерисуйте шкалу амперметра (смотрите рисунок 1, а) в тетрадь и покажите, каково будет положение стрелки при силе тока $0.3 \space А$ и $1.5 \space А$.

         Шкала демонстрационного амперметра с рисунка 1, а будет иметь цену деления, равную $0.2 \space А$.

         Шкала лабораторного амперметра с рисунка 1, б будет иметь цену деления, равную $0.05 \space А$.

         На рисунке 10, а мы изобразили шкалу демонстрационного амперметра, который показывает значение $I = 0.3 \space А$,а на рисунке 10, б — $I = 1.5 \space А$.

         Рисунок 10. Значения силы тока на шкале амперметра

         Упражнение №4

         Имеется точный амперметр. Как, пользуясь им, нанести шкалу на другой, ещё не проградуированный амперметр?

         Для этого нужно подключить оба амперметра в электрическую сеть. Например, как на рисунке 8. 

         Сначала перед замыканием ключа на пустую шкалу амперметра нанесем первую отметку — $0 \space А$. 

         Замыкаем цепь. Точный амперметр покажет нам какое-то определенное значение силы тока. Его стрелка отклонится. Например, она покажет значение в $1 \space А$. Стрелка второго амперметра тоже отклонится. Отметим ее положение — $1 \space А$. Мы можем так сделать, потому что сила тока при последовательном соединении элементов в цепи на всех ее участках одинакова.

         Затем можно, используя линейку, самостоятельно нанести дополнительную отметки на шкале амперметра, выбрав удобную для вас цену деления.

         Как измерить ток в электронной цепи

         Электрический ток измеряется в амперах, но на самом деле в большинстве электронных работ вы будете измерять ток в миллиамперах или мА. Для измерения тока необходимо соединить два вывода амперметра в цепь так, чтобы ток протекал через амперметр. Другими словами, амперметр должен стать частью самой цепи.

         Единственный способ измерить ток, протекающий через простую цепь, — это включить в цепь амперметр. Здесь амперметр вставлен в цепь между светодиодом и резистором.

         Обратите внимание, что не имеет значения, где в этой цепи вы вставляете амперметр. Вы получите одинаковые показания тока, вставите ли вы амперметр между светодиодом и резистором, между резистором и батареей или между светодиодом и батареей.

         Чтобы измерить ток в цепи светодиода, выполните следующие действия:

         1. Установите переключатель диапазона мультиметра на диапазон миллиампер постоянного тока не менее 20 мА.

            В этой цепи используется постоянный ток (DC), поэтому необходимо убедиться, что мультиметр настроен на диапазон постоянного тока.

         2. Снимите перемычку, соединяющую две клеммные колодки.

            Светодиод должен погаснуть, так как снятие перемычки разорвет цепь.

         3. Прикоснитесь черным проводом от мультиметра к проводу светодиода, который подключается к клеммной колодке (не к шине).

         4. Прикоснитесь красным проводом мультиметра к выводу резистора, который подключается к клеммной колодке (не к шине).

            Светодиод должен снова загореться, так как амперметр теперь является частью цепи, и ток может течь.

         5. Считайте число на дисплее мультиметра.

            Должно быть от 12 до 13 мА. (Точное показание будет зависеть от точного значения сопротивления резистора. Значения резисторов неточны, поэтому, даже если вы используете резистор 470 Ом в этой цепи, фактическое сопротивление резистора может быть где-то от 420 до 520 Ом. Ом

         6. Поздравьте себя!

            Вы провели первое официальное измерение силы тока.

         7. После празднования замените перемычку, снятую на шаге 2.

            Если вы забудете заменить перемычку, вы не сможете успешно провести другие измерения.

         В этой схеме есть два места, где вы должны , а не подключать амперметр. Во-первых, не подключайте амперметр напрямую к двум клеммам аккумулятора. Это эффективно закорачивает батарею. Становится очень жарко, очень быстро. Во-вторых, не подключайте один вывод амперметра к положительной клемме аккумулятора, а другой напрямую к проводу светодиода. Это обойдет резистор, который, вероятно, перегорит светодиод.

         Если вы хотите еще немного поэкспериментировать, попробуйте измерить ток в других местах цепи. Например, снимите защелкивающийся разъем аккумулятора с аккумулятора, а затем снова подсоедините его так, чтобы была подключена только отрицательная клемма аккумулятора. Затем прикоснитесь красным проводом измерительного прибора к положительной клемме аккумулятора, а черным проводом — к выводу резистора, подключенного к полосе шины.

         Измеряет ток, вставляя амперметр между резистором и батареей. Вы должны получить то же значение, что и при измерении между светодиодом и резистором.

         Вы можете использовать аналогичный метод для измерения тока между светодиодом и отрицательной клеммой аккумулятора. Опять же, результат должен быть таким же.

         Эту статью можно найти в категории:

         • Схема,

         Компоненты и методы измерения тока

         Измерение тока используется для выполнения двух основных функций схемы. Во-первых, он используется для измерения того, «сколько» тока протекает в цепи, что может быть использовано для принятия решений об отключении периферийных нагрузок для экономии энергии или для возврата работы в нормальные пределы. Вторая функция заключается в том, чтобы определить, когда это «слишком много» или неисправность. Если ток превышает безопасные пределы, выполняется условие блокировки программного или аппаратного обеспечения и подается сигнал на отключение приложения, возможно, двигатель находится в остановленном состоянии или имеет место короткое замыкание. Очень важно выбрать подходящую технологию с необходимой надежностью, чтобы должным образом выдерживать экстремальные условия, которые могут возникнуть во время неисправности.

         Сигнал, указывающий на условия «сколько» и «слишком много», доступен для различных методов измерения:

         1. Резистивный (прямой)
            а. Токоизмерительные резисторы
            б. Сопротивление индуктора постоянному току
         2. Магнитный (косвенный)
            а. Трансформатор тока
            б. Катушка Роговского
            в. Устройство на эффекте Холла
         3. Транзистор (прямой)
            а. R _ДС(ОН)
            б. Рационометрический

         Каждый метод имеет свои преимущества при измерении тока, но также имеет недостатки, которые могут иметь решающее значение для конечной надежности приложения. Их также можно разделить на две основные категории методов измерения; прямой или косвенный. Прямой метод означает, что он подключается непосредственно к измеряемой цепи и что измерительные компоненты подвергаются воздействию сетевого напряжения, в то время как косвенный метод обеспечивает изоляцию, которая может быть необходима для безопасности конструкции.

         Резистор измерения тока

         Резистор представляет собой прямой метод измерения тока, преимущество которого заключается в простоте и линейности. Токоизмерительный резистор размещается на линии измеряемого тока, и результирующий ток вызывает преобразование небольшого количества энергии в тепло. Это преобразование мощности обеспечивает сигнал напряжения. Помимо благоприятных характеристик простоты и линейности, токоизмерительный резистор представляет собой экономичное решение со стабильным температурным коэффициентом сопротивления (TCR) < 100 ppm/°C или 0,01%/°C и не подвержен лавинной нагрузке. размножение или тепловой разгон. Кроме того, наличие токоизмерительных изделий из металлических сплавов с низким сопротивлением (доступно менее 1 мОм) обеспечивает превосходные характеристики при перенапряжении для надежной защиты при коротком замыкании и перегрузке по току.

         Сопротивление катушки индуктивности постоянному току

         Сопротивление катушки индуктивности постоянному току также можно использовать для измерения резистивного тока. Этот метод считается «без потерь» из-за низкого значения сопротивления меди, обычно < 1 мОм, и поскольку он обеспечивает вторичное использование существующего компонента. В приложениях с более высоким током; ток 30 ампер обеспечит сигнал 30 мВ для значения сопротивления 1 мОм. Этот метод имеет два недостатка; первая медь имеет высокий ТКС (температурный коэффициент удельного сопротивления) примерно 3900 ppm, что приводит к увеличению значения сопротивления на 39% при повышении температуры на 100°C по сравнению с комнатной. Из-за такого высокого TCR необходимо контролировать температуру и компенсировать ее, чтобы обеспечить приемлемое измерение тока. Вторым недостатком является различие в сопротивлении меди из-за изменений размеров, которые происходят из-за того, что проводник становится шире или тоньше от одной партии к другой.

         Трансформатор тока

         Три основных преимущества трансформатора тока заключаются в том, что он обеспечивает изоляцию от сетевого напряжения, обеспечивает измерение тока без потерь, а напряжение сигнала может быть большим, что обеспечивает меру помехоустойчивости. Этот косвенный метод измерения тока требует изменяющегося тока, такого как переменный ток, переходный ток или коммутируемый постоянный ток; для создания изменяющегося магнитного поля, магнитно связанного со вторичными обмотками (рис. 1). Вторичное измерительное напряжение можно масштабировать в соответствии с соотношением витков между первичной и вторичной обмотками. Этот метод измерения считается «без потерь», поскольку ток цепи проходит через медные обмотки с очень небольшими резистивными потерями. Однако небольшая часть мощности теряется из-за потерь трансформатора из-за нагрузочного резистора, потерь в сердечнике и первичных и вторичных сопротивлений постоянному току.

         Катушка Роговского

         Катушка Роговского аналогична трансформатору тока в том, что во вторичной катушке индуцируется напряжение, пропорциональное току, протекающему через изолированный проводник. Исключением является то, что катушка Роговского (рис. 2) представляет собой конструкцию с воздушным сердечником, в отличие от трансформатора тока, в котором используется сердечник с высокой магнитной проницаемостью, такой как многослойная сталь, для магнитной связи со вторичной обмоткой. Конструкция с воздушным сердечником имеет меньшую индуктивность, что обеспечивает более быструю реакцию сигнала и очень линейное напряжение сигнала. Из-за своей конструкции он часто используется в качестве временного метода измерения тока на существующей проводке, такой как ручной счетчик. Это можно считать более дешевой альтернативой трансформатору тока.

         Эффект Холла

         Когда проводник с током помещается в магнитное поле, как показано на рис. 3, возникает разность потенциалов перпендикулярно магнитному полю и направлению тока. Этот потенциал пропорционален величине тока. Когда нет магнитного поля и существует ток, то нет разницы потенциалов. Однако, когда существует магнитное поле и ток, заряды взаимодействуют с магнитным полем, вызывая изменение распределения тока, что создает напряжение Холла.

         Преимущество приборов на эффекте Холла заключается в том, что они способны измерять большие токи с малой рассеиваемой мощностью. Однако существует множество недостатков, которые могут ограничивать их использование, в том числе нелинейный температурный дрейф, требующий компенсации, ограниченная полоса пропускания, обнаружение тока в малом диапазоне требует большого напряжения смещения, что может привести к ошибке, восприимчивости к внешним магнитным полям и высокой стоимости.

         Транзисторы считаются методом обнаружения перегрузки по току «без потерь», поскольку они являются стандартными компонентами управления в схемотехнике, и для подачи управляющего сигнала не требуется дополнительных устройств сопротивления или рассеивания мощности. В паспортах транзисторов указано сопротивление сток-исток в открытом состоянии, R _DS(ON) с типичным сопротивлением в диапазоне мОм для мощных МОП-транзисторов (рис. 4). Это сопротивление состоит из нескольких компонентов, которые начинаются с выводов, соединяющихся с полупроводниковым кристаллом через сопротивление, которое составляет многочисленные характеристики канала. На основании этой информации ток, проходящий через MOSFET, может быть определен как I _Load = V _RDS(ON) / R _DS(ON) .

         Каждая составляющая R _DS(ON) вносит свой вклад в погрешность измерения из-за незначительных изменений сопротивлений областей интерфейса и эффектов TCR. Эффекты TCR могут быть частично компенсированы путем измерения температуры и корректировки измеренного напряжения с ожидаемым изменением сопротивления из-за температуры. Часто TCR для полевых МОП-транзисторов может достигать 4000 ppm/°C, что эквивалентно 40-процентному изменению сопротивления при повышении температуры на 100°C. Как правило, этот метод обеспечивает сигнал с точностью примерно от 10% до 20%. В зависимости от требований к точности этот диапазон может быть приемлемым для обеспечения защиты от перегрузки по току.

         МОП-транзисторы с датчиком тока

         МОП-транзистор состоит из тысяч параллельных транзисторных ячеек, которые уменьшают сопротивление в открытом состоянии. Чувствительный к току полевой МОП-транзистор, показанный на рис. 5, использует небольшую часть параллельных ячеек и подключается к общим затвору и стоку, но к отдельному истоку. Это создает второй изолированный транзистор; «Смысловой» транзистор. Когда транзистор включен, ток через измерительный транзистор будет в соотношении, сравнимом с основным током через другие ячейки.

         В зависимости от типа транзистора диапазон допустимых отклонений может варьироваться от 5 % до 15–20 %. Это не подходит для приложений управления током, которые обычно требуют точности измерения 1%, но предназначены для защиты от перегрузки по току и короткого замыкания.

         Преимущества технологии резисторов

         Тонкая пленка обычно не используется для приложений измерения тока, но она включена в это обсуждение, чтобы расширить тему. Как правило, эти резистивные изделия предназначены для прецизионных применений, поскольку толщина резистивного слоя варьируется от 0,000001 дюйма до 0,000004 дюйма. Они довольно устойчивы к перенапряжениям в соответствующем приложении, но не предназначены для высоких токов, обычно связанных с упомянутыми здесь приложениями.

         Толстая пленка, обычно толщиной от 0,0005 до 0,002 дюйма, почти в 100 раз толще тонкой пленки. Увеличенная толщина соответствует большей массе, которая лучше способна выдерживать относительно высокие токи и рассеивать тепло по подложке, а также лучше справляться с переходными процессами. Еще одним преимуществом толстопленочных изделий является возможность гибкого запроса стандартных значений сопротивления благодаря эффективности процесса лазерной обрезки. Недостатком толстых пленок является то, что эти продукты не так способны выдерживать очень жесткие допуски тонкопленочных продуктов.

         Технология фольги имеет еще большее поперечное сечение и представляет собой однородный резистивный сплав, что отличается от технологии толстой пленки, в которой используются резистивные материалы, взвешенные в стеклянной матрице. Для сравнения, фольга имеет тенденцию выдерживать более сильные переходные процессы по сравнению с предыдущими версиями. Принципиальным преимуществом этой технологии являются омические значения низкого диапазона с низким TCR.

         Резистор из массивного сплава обладает наибольшей устойчивостью к импульсным перенапряжениям из-за большой токопроводящей массы. Он доступен с такими низкими значениями сопротивления, как 0,000 5 Ом, с низким TCR. Объемный сплав, как правило, является лучшим выбором для сильноточных источников питания или там, где условия неисправности могут привести к экстремальным токам. Эти продукты не обладают таким широким предложением сопротивления, как толстопленочные продукты, потому что сплав резисторов имеет ограниченное сопротивление для достижения высоких значений диапазона, а также требует механической прочности, чтобы выдерживать технологические операции.

         Особенности продукта

         Для сильноточных приложений требуется, чтобы значение сопротивления было очень низким, чтобы свести к минимуму потери мощности и при этом обеспечить необходимый уровень сигнала, чтобы обеспечить сигнал напряжения, достаточно высокий, чтобы превысить уровень шума. Эти низкие омические значения часто требуют четырехконтактного соединения, чтобы уменьшить ошибки, которые могут возникнуть из-за контактного сопротивления, возникающего при установке детали на плату.

         CSL (рис. 6a) имеет четыре клеммы по своей конструкции, но другие стандартные устройства для поверхностного монтажа могут выиграть от конструкции с четырьмя клеммами. Эти детали имеют физически разделенные точки подключения для тока и напряжения, что снижает погрешность измерения, связанную с контактом. В случае CSL ток будет протекать через внутренние контакты, а напряжение измеряется на внешних контактах. Для обеспечения наибольшей точности рекомендуется настроить LRF3W в виде перекрестного потока с током на диаметрально противоположных углах (например, контакт 2). к пину 3).

         Компоновка площадки (рис. 6b) создает отдельные области для измерения напряжения сигнала от токоведущей части, что снижает погрешность. Схема контактных площадок 1 иллюстрирует один из методов, который создает изолированную область контактных площадок внутри схемы контактных площадок, но эта конструкция может уменьшить площадь контактной площадки ниже необходимых пределов для прохождения больших токов по медной дорожке. Pad Design 2 использует металлизированное сквозное отверстие для соединения под площадкой и соединяется с внутренней или внешней дорожкой для измерения; это максимизирует пространство контактной площадки для передачи тока на резистор. Точка контакта размещает сигнальную линию как можно ближе к текущему каналу; сведение к минимуму погрешности измерения.

         Теплоизоляция

         Метод измерения	Точность	Изоляция	EMI (сопротивление взлому)	Прочный	Размер	Стоимость
         Резистивный (прямой)
         Сенсорный резистор	Высокая	№	Высокий	Высокий	Маленький	Низкий
         Сопротивление индуктора постоянному току	Низкий	№	Умеренный	Высокий	Маленький	Низкий
         Транзистор (прямой)
         РДсон	Низкий	№	Умеренный	Умеренный	Маленький	Низкий
         Соотношение метрическое	Умеренный	№	Умеренный	Умеренный	Маленький	Умеренный
         Магнитный (косвенный)
         Трансформатор тока	Высокий	Да	Умеренный	Высокий	Большой	Умеренный
         Катушка Роговского	Высокий	Да	Умеренный	Высокий	Большой	Умеренный
         Эффект Холла	Высокий	Да	Высокий	Умеренный	Умеренный	Высокая

         OARS (поверхностное крепление резистора на открытом воздухе) представляет собой уникальную конструкцию, которая поднимает горячую точку резистивного материала намного выше материала печатной платы. Это помещает самую горячую область детали в доступный воздушный поток, который рассеивает максимальное количество тепловой энергии в воздух, а не в печатную плату.

         Это дает два ключевых преимущества для теплового проектирования, которое влияет на материал печатной платы и другие соседние силовые или полупроводниковые компоненты. Типичный материал для печатных плат FR4 рассчитан только на температуру 130°C; силовой резистор, который традиционно прилегает к плате, может привести к повреждению материала во время скачков напряжения или снизить верхние пределы температурных характеристик схемы. Чувствительность к повышенному току предотвращает повреждение материала схемы и позволяет паяному соединению охлаждаться. Вторым преимуществом рассеивания тепла в воздухе вместо печатной платы является улучшенная производительность находящихся поблизости устройств, подверженных тепловому воздействию. Эти эффекты могут включать в себя срок службы, допустимую мощность, световой поток, точность и надежность.

         Тепловые изображения, показанные на рис. 7, помогают проиллюстрировать характеристики изоляции продуктов OAR и OARS. Эти тесты проводились на плате из материала FR4 при отсутствии потока окружающего воздуха; воздушный поток улучшит тепловые характеристики системы. Наблюдайте за температурой паяного соединения по отношению к горячей точке. Эти температуры основаны на достижении теплового равновесия, однако в приложении эти результаты могут быть расширены, чтобы рассматриваться как характеристики тепловых характеристик для условия защиты от перегрузки по току. FR4 не превысит номинальную температуру, хотя существуют экстремальные условия работы цепи.

         Напряжение припоя

         Приподнятая и изогнутая конструкция резистивных изделий OARS позволяет резистору изгибаться. Эта конструкция уменьшает напряжение, создаваемое различиями в коэффициентах теплового расширения между тепловыделяющим металлом и рассеивающим материалом печатной платы. Компоненты для поверхностного монтажа, которые являются плоскими и параллельными печатной плате, будут прикладывать силы сдвига к паяному соединению, что может привести к отказу или изменению производительности. В приложениях с высокой термоцикличностью OARS предпочтительнее других аналогичных цельнометаллических конструкционных деталей из-за этой особенности гибкости (рис. 8).

         LRF3W (рис. 9) от TT electronics обеспечивает несколько конструктивных преимуществ, обусловленных соотношением сторон 1225 и выводом вдоль длинной стороны компонента. Боковая оконечная нагрузка увеличивает номинальную мощность до 3 Вт, что устраняет необходимость уменьшать количество дорожек цепи, как того требует традиционная площадь основания 2512. Это также снижает напряжения в паяных соединениях из-за различий в температурном коэффициенте расширения между керамикой и материалом печатной платы. Соотношение сторон 1225 уменьшает расстояние между центром/горячей точкой детали и теплорассеивающим материалом печатной платы. Это обеспечивает высокую номинальную мощность 3 Вт и снижает нагрузку на паяное соединение из-за различий в температурных коэффициентах расширения между керамической подложкой и тепловой массой материала печатной платы.