Меню

С помощью какого прибора можно измерить мощность электрического тока как он включается в цепь

Как выбрать мультиметр (2018)

Как выбрать мультиметр (2018)Любительский

Аватар пользователя

Электричество давно уже стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, и мультиметр – прибор для измерения параметров электрической цепи – может пригодиться каждому. Не станешь же вызывать электрика для решения таких бытовых вопросов как: цел ли кабель, «жива» ли батарейка, почему не горит лампочка, под напряжением ли провод и т.д.

Автолюбителям мультиметр поможет контролировать работу автоэлектрики и электроники.

А уж если вы сами следите за электрикой в своем доме, мультиметр вам просто необходим.

Области применения мультиметров

Мультиметры – общее название для целого класса электроизмерительных приборов. Они способны проверять целостность электрических цепей, изоляции и заземления; измерять параметры цепи без контакта с проводниками и определять характеристики радиоэлектронных компонентов.

— электриками при обслуживании электрических линий и потребителей;

— электронщиками при сборке, настройке и ремонте радиоэлектронной аппаратуры;

— сервисными инженерами при установке, обслуживании и ремонте электротехники;

— монтажниками при прокладке и расключении линий связи и электропередач;

— автоэлектриками при диагностике и ремонте автомобильной электрики;

Какой именно мультиметр нужен вам – можно понять, определившись измеряемыми параметрами и необходимой точностью прибора.

Характеристики мультиметров

В основном в магазинах предлагаются три типа приборов: мультиметры, тестеры и токовые клещи.

Мультиметр предназначен для измерения параметров электрической цепи. Самые простые модели измеряют только базовые параметры — ток, напряжение и сопротивление.

Модели посложнее способны определить такие характеристики, как емкость конденсатора, частота переменного тока, коэффициент усиления транзистора и т.д. Чем больше параметров определяет мультиметр, чем больше наборов диапазонов их измерений и чем выше точность – тем дороже прибор.

В продаже встречаются мультиметры двух видов – аналоговые (со стрелочным индикатором) и цифровые (с дисплеем).

Цифровые мультиметры предоставляют намного больший функционал, обеспечивают удобство считывания параметров и высокую точность измерения.

На стрелочном индикаторе просто невозможно измерить какое-либо значение с точностью нескольких знаков после запятой. Считать показание на стрелочном индикаторе тоже сложнее. Несколько шкал, неравновесные деления, в некоторых случаях полученное значение еще нужно умножить на коэффициент – неподготовленного человека все это может запутать.

Зато стрелочный индикатор намного удобнее при наблюдении за меняющимися параметрами. Цифровой мультиметр меняет показания на экране от 1 до 4 раз в секунду. И, если частота обновления экрана мультиметра будет близка к частоте измеряемого сигнала, провести измерение не получится. Колебания стрелки аналогового прибора будут намного нагляднее.

Тестер также проводит измерение некоторых параметров цепи, но, в отличие от мультиметра, не выводит полученные значения на экран, а использует их для определения состояния тестируемого объекта и выдачи соответствующего сигнала или сообщения.

Мультиметр можно использовать и для тестирования кабелей и приборов, но тогда вывод о состоянии объекта придется делать самостоятельно

Мультиметр универсальнее, но, во многих случаях, тестером пользоваться проще и быстрее. Впрочем, мультиметры часто содержат в себе и тестеры некоторых параметров, чаще всего – целостности цепи.

Простейшие тестеры способны только определять обрыв цепи, тестеры посложнее могут определить короткое замыкание, наличие тока в цепи, переполюсовку линии постоянного тока.

Самые сложные и дорогие тестеры способны проверить на соответствие требованиям безопасности и нормативных документов множества параметров– сопротивления изоляции, сопротивления заземления, тока утечки срабатывания защиты и т.д.

Токовые клещи – это специализированный мультиметр, способный измерить силу тока в отдельном проводе без разрыва цепи и нарушения изоляции. Для этого используется способность электрического тока индуцировать (возбуждать) ток в проводниках, находящихся поблизости. Такие проводники и скрыты в клещах, которые – для измерения тока – следует наложить на провод. Токовые клещи незаменимы для определения нагрузки на линии электропередач, определения потребляемой мощности и т.д.

Даже недорогие клещи способны с приемлемой точностью измерять силу тока до 1000 А и напряжение до 1000 В. Дорогие клещи могут измерять силу тока до 2500 А и используют метод TrueRMS, повышающий точность измерения параметров переменных токов.

Виды измерений параметров электрической цепи. Для бытового использования достаточно, если прибор сможет измерять:

— один-два диапазона измерения переменного напряжения (0-200 В, 0-400 В) – для потребительских сетей;

— два-три диапазона измерения постоянного напряжения (0-200 мВ, 0-2 В, 0-20 В, 0-100 В) – для батареек и аккумуляторов;

— несколько диапазонов (0-20 мА, 0-2 А, 0-10 А, 0-100 А) силы тока в цепях постоянного и переменного тока – для определения нагрузки на кабель и потребляемой мощности электроприборов;

— несколько диапазонов измерения сопротивления – для определения целостности цепей и проверки кабелей и бытовой техники на короткое замыкание.

Очень полезно наличие функции проверки целостности цепи («прозвонки») со звуковым сигналом — с помощью этой функции легко и быстро проверяется как наличие контакта, так и отсутствие короткого замыкания.

Для проверки радиодеталей потребуется наличие дополнительных возможностей:

— измерение сопротивления резисторов и проводников;

— измерение индуктивности катушек и дросселей;

— измерение коэффициента усиления транзисторов;

— измерение емкости конденсаторов;

проверка диодов.

Также некоторые мультиметры предлагают возможность измерения частоты переменного тока, потребляемой мощности электроприборов и температуры – последнее обычно реализуется с помощью измерения напряжения (термоЭДС) на концах термопары, входящей в комплект поставки.

Обратите внимание на максимальное рабочее напряжение. Это – то напряжение, которое может выдержать электроника прибора. Его превышение с высокой вероятностью приведет к поломке.

Важной характеристикой, во многом определяющей цену прибора, является погрешность измерений. Погрешность измерения каждого параметра различна и складывается из базовой погрешности АЦП и погрешности преобразования параметра в каждом конкретном диапазоне. Базовая погрешность дает только приблизительное представление о точности прибора. Всегда следует обращать внимание на погрешности измерения по каждому из параметров в конкретных диапазонах – они могут превышать базовую в разы.

Количество единиц счета мультиметра показывает, на сколько промежутков делится измерямый диапазон и определяет величину дискретизации. Так, для диапазона 0-100 мА у мультиметра с 6000 единицами счета величина дискретизации будет 100/6000 ≈ 0,017 мА. И значение 0,034 на экране этого мультиметра вовсе не означает, что сигнал измерен с точностью до 0,001 мА: значение 0,035 он просто не способен отобразить. Разумееся, при большой погрешности нет смысла в большом количестве единиц счета. Поэтому производители подбирают этот параметр в соответствии с погрешностью измерения.

При оценке точности прибора следует обращать внимание и на количество единиц счета, и на погрешность, и на диапазон измеряемого параметра. Рассмотрим для примера два прибора:

1. Погрешность измерения тока: 2% ± 1 единица счета. Минимальный диапазон измерения тока: 0-600 мА. Количество единиц счета: 6000.

2. Погрешность измерения тока: 2% ± 1 единица счета. Минимальный диапазон измерения тока: 0-50 мА. Количество единиц счета: 6000.

На первый взгляд приборы похожи. Для оценки точности вычислим абсолютную погрешность в диапазоне 0-5 мА каждого прибора:

1. 2% от 600 — это 12 мА. 1 единица счета — это 600/6000 = 0,1 мА. Итого абсолютная погрешность — 12.1 мА.

2. 2% от 5 — это 100 мкА. 1 единица счета — это 5/6000 = 0,8 мкА. Итого абсолютная погрешность — 100,8 мкА.

Таким образом, в этом диапазоне второй прибор в 100 раз точнее первого. Именно по этой причине два прибора с одинаковой базовой погрешностью могут отличаться по цене на порядок.

Частота обновления экрана показывает, сколько раз в секунду на экране будет обновляться измеренное значение. Высокая частота (более 1) полезна для выявления «дребезжащего» сигнала, с кратковременными всплесками или, наоборот, падениями. Только следует иметь в виду, что если в измеряемом диапазоне погрешность намного больше одной единицы счета, «дребезг» может быть вызван погрешностью самого прибора.

Для тех, кому важна точность измерений, следует обратить внимание на приборы класса True RMS – корректно измерять параметры переменного тока несинусоидальной формы могут только такие мультиметры.

Подсветка экрана будет весьма кстати при слабом освещении. Электрошкафы и шкафы автоматики часто располагаются в темных углах и плохо освещенных помещениях, лампы подсветки в них есть не всегда, да и те, что есть, при диагностике и ремонте часто бывают обесточены. Подсветкой экрана мультиметра в этом случае просто необходима.

Функция hold предназначена для фиксации показания на экране. Эта функция может быть удобна, когда по каким-то причинам в процессе измерения экран не попадает в поле зрения. Тогда при измерении нажимается кнопка hold, а показания можно будет просмотреть позже.

Очень полезна функция автоматического определения диапазона измеряемой величины. Ошибка в ручном задании диапазона (например, выбор диапазона 0-200 мВ при напряжении в 100 В) может привести к поломке прибора. Наличие функции автоматического определения диапазона предотвратит опасную ситуацию и подберет диапазон, в котором измерение будет производиться с наибольшей точностью.

Некоторые приборы можно подключать к персональному компьютеру и, с помощью соответствующего ПО, сохранять результаты на компьютере для последующей обработки и анализа.

Читайте также:  Ток смертельный для человека длительность

Варианты выбора

Для домашнего применения будет вполне достаточно недорогого мультиметра с возможностью «прозвонки» цепи и измерения напряжения, тока и сопротивления.

Для ремонта и настройки радиоэлектроники потребуется мультиметр с низкой погрешностью и возможностью измерять параметры электронных компонентов.

Если измеряемые вами параметры могут случайным образом меняться в большом диапазоне, или если вы просто не хотите каждый раз подбирать диапазон, выбирайте среди моделей с автоматическим определением диапазона.

Если у вас нет желания вникать в цифры, а прибор нужен только для проверки цепей на замыкание/обрыв/наличие напряжения, выбирайте среди простых тестеров.

Если вам необходимо часто измерять силу тока в кабелях, находящихся под напряжением, наличие токовых клещей намного упростит эту задачу.

Источник

Ваттметр для измерения мощности в розетке

Выполнение любого действия требует траты силы. Чем сложнее процессы, тем больше уходит последней. Ранее, величина измерялась в лошадином эквиваленте. То есть, относительно перемещения груза. Сила бралась от количества совместно работающих парнокопытных, для сдвига некой массы, на определенное расстояние, в течении установленного времени.

Применение упомянутого аналога затруднено во множестве современных сфер жизни. К примеру, сложно определить, сколько лошадей требуется, чтобы нагреть на градус воду, или генерировать фотон освещения. Да и вместо реактивного двигателя использовать табун не получиться. На смену лошадиным силам пришел ватт, который определяет затраченную энергию за единицу времени. Если брать числовой эквивалент, — 1 л.с. равна 735 Вт.

Знание текущей мощности производимой работы важно в разрезе учета расхода энергоносителей (электричества, бензина, газа), обеспечения безопасности — система доставки должна выдерживать подобные траты, и расчета соответствующего результата «приложенным усилиям».

Объединение мощного реактивного двигателя и автомобиля

В целях выявления количества ватт разработаны разные автоматические измерители, от типа выполняемой работы и вида затраченной энергии. Наиболее нужными для обыденной жизни из них стали электрические, называемые ваттметрами. От проходящей силы тока за единицу времени зависит эффективность финальных процессов его переработки — яркости ламп, оборотов двигателей, нагрева и охлаждения. Не на последнем месте находится безопасность доставки энергоносителя — по тонким проводникам мощный ток запускать нельзя. Критически сильный поток электронов их физически сожжет в процессе своего движения. Нужен и учет объема текущего расхода для планирования последующих затрат.

Виды мощности электросетей

В промышленности и быту используются цепи постоянного и переменного движения тока. Для каждой из них применяют свой метод получения результата. В линиях непрерывной подачи энергии ватты вычисляются перемножением текущего напряжения на амперы потребления. Для периода времени, в формулу добавляется прошедшее его количество:

Формула расчета мощности для постоянного напяржения

В отношении переменных сетей все сложнее. В них различают несколько видов мощности, важных для получения итоговых результатов измерения:

  • Мгновенная. Формула нахождения для синусоидальных сетей, наподобие классических бытовых электролиний — Pватт = Uвольт × Iампер × cos φ, где φ — угол сдвига фаз. Если вид электрического сигнала отличается, — «мгновенное» количество ватт вычисляют по сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Другой способ получения значения — знание проводимости цепи, или ее активного сопротивления. Математически взаимосвязь выражается формулами:
    • Pватт = I2 × r, где I — сила тока в амперах, а r — сопротивление в оммах,
    • Pватт = U2 × g, где U — напряжение вольт, g — проводимость в сименсах (обозначение См, или S в документации).
  • Активная мощность. Наиболее важная характеристика импульсных цепей потребления. Среднее количество затраченной энергии, преобразовавшееся в конечную работу за период времени. Выражается формулой:Формула активной мощности
  • Реактивная мощность. В цепях переменного тока находится элементы, нагружающих линию, но не приводящих к результативному уходу энергии в другие состояния. То есть, количество электронов остается прежним. Нюанс, непосредственно имеющий значение в том, что движение реактивного тока импульсное. Когда он идет в катушки индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей, он «как бы» покидает цепь. Возвращаясь от них, общий поток энергии системы насыщается добавочными частицами.
    Математически связь между реактивной Q, полной S и активной мощностью P описывается следующим выражением:Формула реактивной мощностиКроме СИ в ваттах, результат измерения Q обозначают в варах (вольт-амперах реактивных).
  • Полная мощность. Берется из корня сумм квадратов активной и реактивной мощностей. Математически описывается следующей формулой:Формула полной мощностиКроме системной единицы в ваттах результат можно встретить обозначенным в вольт-амперах или V·A.

Классификация ваттметров

В общем виде, ваттметры можно разделить на аналоговые и цифровые. Оба класса могут ориентироваться на постоянный, или переменный ток, быть универсальными, обладать различной точностью и нишей использования. Существуют одно- и трехфазные измерительные приборы.

Большинство цифровых и аналоговых измерителей фиксируют «мгновенные» значения характеристики, что может быть удобно с одной стороны для контроля, но не дает обзора ситуации в целом — на общее потребление линии по времени.

Электродинамические аналоговые приборы

Основа электродинамического ваттметра — две катушки, одна из которых имеет фиксированное положение, вторая подвижна и закреплена на оси индикаторной стрелки. Обе имеет разное количество витков и подключение к линии. Первая монтируется к исследуемой цепи последовательно, вторая — параллельно через резистор. Принцип работы механизма устройства заключен в том, что чем сильнее ток течет в фиксированной катушке, тем мощнее магнитные поля между ней и подвижной, а значит больше отклоняется стрелка, указывающая на текущее значение характеристики.

Схема включения ваттметра подобного класса подразумевает нахождение его последовательно с линией нагрузки потребителя. Главный минус большинства аналоговых устройств — без сильного усложнения конструкции, невозможно получать раздельную информацию по активной, реактивной и полной мощности.

Цифровые измерительные аппараты

Принцип действия цифрового измерительного прибора всегда одинаков — внутренняя микро-ЭВМ (микроконтроллер) обрабатывает сигнал от аналогового датчика исследуемой линии и выводит результат на экран или числовой индикатор. Схема подключения ваттметра подобного класса похожа на используемую у аналоговых — параллельно нагрузке. Основной плюс цифровых измерителей в их универсальности и широте возможностей. К примеру, для раздельного вычисления реактивной, активной и полной мощности, не нужно использовать сложные аппаратные конструкции — достаточно предусмотреть несколько дополнительных сенсоров. Не редкость объединение разноплановых измерительных устройств в одном корпусе — амперметра, вольтметра, анализатора «мгновенного» расхода и его значений по периоду времени.

Цифровой ваттметр

Виды исполнения измерителей

Ваттметры делятся на мобильные (носимые), стационарные (щитовые), лабораторные и бытовые. Все представленные разновидности могут быть выполнены в аналоговом и цифровом классе устройств.

Мобильные

Сюда относятся тестеры небольшого размера, для единовременной разовой проверки каналов нагрузки. Питание подобные аппараты, часто получают от самой исследуемой линии. Есть варианты, оснащенные аккумуляторами, или батареями. Зависимые от сети — часто аналогового, автономные — цифрового класса.

Мобильный цифровой ваттметр

Стационарные

Подключение ваттметра стационарного вида обычно выполняется в щитах питания зданий, домов, квартир, или в иных точках центрального распределения энергии. Отдельными постоянными измерительными устройствами выступают лабораторные аппараты. Первые предназначены целям постоянного контроля расхода линии, вторые для единовременной, но высокоточной пробы электрического потребления отдельных нагрузок.

Ваттметр стационарного типа бывает аналогового и цифрового класса. Плюсом первого выступает непревзойденная надежность, второго — удобство и функциональность. Частым случаем, монтируемых в щиток и учитывающих потребление аппаратов можно назвать классические счетчики расхода электроэнергии. К сожалению, они не определяют «моментальные» значения, но дают представление об общих затратах на нагрузку линии в киловатт часах.

Бытовые

Аппараты подобного вида не очень точны, и предназначены обычно для измерения расхода одного, реже двух бытовых устройств. Классическое исполнение — переходник с индикатором, размещаемый между гнездом 220 В и вилкой потребителя. Подобный ваттметр, вставляемый в розетку, может, в зависимости от модели, показывать и «мгновенный» общий расход, или разделять его на активный, реактивный, комплексный и общие киловатт-часы.

Бытовые ваттметры

Обозначение на принципиальных схемах

Часто требуется разобрать документальное описание, к какой линии уже смонтирован, или должен быть подключен в будущем, измеряющий прибор. Вне зависимости от его вида, ваттметр на схеме обозначается элементом:

УГО ваттметра на схеме

Получение результата иным путем

Показания ваттметра, не единственный способ получить значения текущего расхода линии. Для вычисления характеристики достаточно пользоваться классическим мультиметром. Для чего, вначале тестер подключают параллельно цепи нагрузки, выясняют текущий вольтаж. Затем размещают его последовательно к ней и замеряют силу тока. Подставив полученные значения в ранее описанные формулы, рассчитывают нужное количество ватт:

Pватт = Vвольт × Aампер

Правда, в отношении результативных данных, есть один нюанс. Для цепей постоянного движения тока результат будет соответствовать реальной активной нагрузке. Для переменных — полной мощности, включая реактивную, которая обычно не нужна. Чтобы получить приблизительно реальные ватты потребления, нужно результат из предыдущего примера, для сетей переменного тока 220 В, умножить на cos 120°. То есть, формула примет вид:

Формула расчета мощности с помощью мультиметра

Полученная величина будет приблизительно соответствовать активной мощности цепи потребления. Вместо многофункционального прибора, вполне доступно использование для измерений первоначальных характеристик линии, отдельного вольтметра и амперметра.

Резюме

Статья полностью дает понять, что такое ваттметр, как его подключать в цепь потребления, какие различия между цифровыми и аналоговыми приборами. Предоставлены сведения о вычислении характеристик нагрузки без специализированного измерителя.

Читайте также:  Положительные направления тока напряжения эдс

Видео по теме

Источник

Методы измерения мощности в электрических цепях

Очень часто при проектировании электрических схем радиолюбители сталкиваются с проблемой измерения мощности, которую потребляют радиокомпоненты. Специалисты в метрологической сфере рекомендуют два метода, позволяющих вычислить и грамотно рассчитать ее значение. В этом случае нужно разобрать подробнее физический смысл величины, а также ее составляющих, от которых она зависит.

Измерение мощности

Общие сведения

При проектировании устройств нужно уметь правильно рассчитывать мощность электроэнергии электрооборудованием. Это необходимо, прежде всего, для долговечной работы устройства. Если изделие работает на износ, то оно способно выйти из строя сразу или в течение некоторого времени.

Такой вариант считается недопустимым, поскольку существуют виды техники, которые должны работать без отказов (аппарат искусственного дыхания, контроль уровня метана в шахте и так далее), так как от этого зависит человеческая жизнь. К основным характеристикам электрической энергии относятся следующие: мощность, сила тока, напряжение (разность потенциалов) и электропроводимость (сопротивление) материалов.

Мощность потребителя

 измерение мощности в цепях переменного тока

Мощность не следует путать с электрической энергией. Единицей измерения первой является ватт (Вт), название которой произошло от фамилии известного физика Джеймса Уатта. Физическим смыслом 1 Вт является расход электрической энергии за единицу времени, равной 1 секунде (1 Вт = расход 1 джоуля за 1 секунду). Существуют производные единицы измерения: милливатт (1 мВт = 0,001 Вт), киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 1000000 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 1000000 кВт = 1000000000 Вт) и так далее. Для измерения электрической энергии применяются специальные счетчики, а ее единицей измерения является Вт*ч.

Ватт можно связать с некоторыми физическими величинами: 1 Вт = 1 Дж/с = (1 кг * sqr (м)) / (c * sqr (c)) = 1 Н * м / с = 746 л. с. Последнее числовое значение называется электрической лошадиной силой. Ваттметр — измеритель электрической мощности. Однако ее величину можно определить и другим способом. Для этого следует разобрать физические величины, от которых она зависит.

Сила тока

Измерение электрической энергии

Количество электрического заряда, который проходит через токопроводящий материал за единицу времени, называется силой электрического тока. Сокращенно величину называют силой тока или током. Она обозначается литерами «I» или «i» и имеет направление (векторная величина). Измеряется ток в амперах (А). Существуют также производные единицы, образованные при помощи приставок: 1 мА = 0,001 А, 1 кА = 1000 А и так далее. Измерить его значение можно амперметром. Для этого его нужно подключать последовательно в электрическую цепь.

Физическим смыслом тока в 1 А является прохождение электрического заряда в 1 Кл (кулон) за 1 секунду через площадь поперечного сечения S. В 1 кулоне содержится примерно 6,241*10^(18) электронов.

Ток в научной интерпретации классифицируется на постоянный и переменный. Первый вид не изменяет своего направления за единицу времени, но его амплитудные значения могут изменяться. Направление и амплитуда переменного тока изменяется по определенному закону (синусоидальный и несинусоидальный). Основным параметром считается его частота. Определяется тип переменного тока с помощью осциллографа.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение

Из курса физики известно, что каждое вещество состоит из атомов, которые обладают нейтральным зарядом. Они состоят из субатомных частиц. К ним относятся следующие: протоны, электроны и нейтроны. Первые имеют положительный заряд, вторые — отрицательный, а третьи — не заряжены вообще.

Суммарный заряд протонов компенсирует заряд всех электронов. Однако под действием внешних сил это равенство нарушается, и электрон «вырывается» из атома, который уже обладает положительным зарядом. Он притягивает электрон с соседнего атома, и процесс повторяется до тех пор, пока энергия не будет минимальной (меньше энергии «вырывания» электрона).

При межатомном взаимодействии образуется электромагнитное поле с отрицательной или положительной составляющими. Разность между двумя точками противоположных по знаку составляющих называется электрическим напряжением. Работа электромагнитного поля по перемещению точечного электрического заряда из точки А в точку В называется разностью потенциалов. Физический смысл напряжения (U): разность потенциалов в 1 В между двумя точечными зарядами в 1 Кл, на перемещение которых тратится энергия электромагнитного поля, равная 1 Дж.

Единицей измерения является вольт (В). Определить значение разности потенциалов можно с помощью вольтметра, который подключается параллельно. Производными единицами измерения считаются следующие: 1 мВ = 0,001 В, 1 кВ = 1000 В, 1 МВ = 1000 кВ = 1000000 В и так далее.

Сопротивление электрической цепи

Электропроводимость материала зависит от нескольких факторов: электронной конфигурации, типа вещества, геометрических параметров и температуры. Сведения об электронной конфигурации вещества можно получить из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Согласно этой информации вещества бывают:

  1. Проводниками.
  2. Полупроводниками.
  3. Диэлектриками.

К первой группе следует отнести все металлы, электролиты (растворы, проводящие ток) и ионизированные газы. Носителями электрического заряда в металлах являются электроны. В растворах их роль выполняют ионы, которые бывают положительными (анионы) и отрицательными (катионы). Свободными носителями заряженных частиц в газах считаются свободные электроны и положительно заряженные ионы.

Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях. Например, при воздействии на него внешних сил. Под их действием кулоновские связи электрона с ядром уменьшаются. При этом отрицательно заряженная частица «вырывается». На ее месте образуется «дырка», обладающая положительным зарядом. Она притягивает соседний электрон, вырывая его с атома. В результате этого осуществляется движение электронов и дырок. Изоляторы или диэлектрики вообще не проводят электричество. К ним относятся материалы без свободных носителей заряда, а также инертные газы.

Сопротивление электрической цепи

В проводниках при повышении температурных показателей происходит рост величины сопротивления. При этом происходит разрушение и искажение кристаллической решетки. Заряженные частицы сталкиваются (взаимодействуют) с атомами и другими частицами материала. В результате их движение замедляется, но потом снова возобновляется под действием электромагнитного поля. Процесс этого «взаимодействия» называется электрической проводимостью вещества. Однако в полупроводниках при повышении температуры эта величина уменьшается. К геометрии материалов следует отнести следующие: длину и площадь поперечного сечения.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом) при помощи омметра, который подсоединяется параллельно к участку цепи или радиодетали. Существуют производные единицы измерения: 1 кОм = 1000 Ом, 1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.

Методы измерения

Методы измерения тока

Мощность можно определить двумя способами: косвенным и прямым. В первом случае это делается при помощи амперметра и вольтметра, а также осциллографа. Измеряются значения напряжения и тока, а затем по формулам вычисляется мощность. Этот способ имеет один недостаток: величина мощности получается с некоторой погрешностью.

При использовании прямого метода используется специальный прибор-измеритель. Он называется ваттметром и показывает мгновенное значение мощности. У каждого из способов есть свои достоинства и недостатки. Какой из методов наиболее оптимален, определяет сам радиолюбитель. Если проектируется какое-либо изделие, которое отличается надежностью, то следует применять прямой метод. В других случаях рекомендуется воспользоваться косвенным методом.

Косвенный способ

Мощность в цепях постоянного и переменного токов определяется различными способами. Для каждого случая существуют свои законы и формулы. Однако мощность можно не рассчитывать, поскольку она указана на электрооборудовании. Расчет применяется только при проектировании устройств.

Для цепей постоянного тока нужно воспользоваться формулой: P = U * I. Ее можно вывести из закона Ома для участка или полной цепи. Если рассматривается полная цепь, то формула принимает другой вид с учетом ЭДС (е): P = e * I. Основные соотношения для расчета:

  1. Для участка электрической цепи: P = I * I * R = U * U / R.
  2. Для полной цепи, в которой подключен электродвигатель или выполняется зарядка аккумулятора (потребление): P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
  3. В цепи присутствует генератор или гальванический элемент (отдача): P = I * (e + (I * Rвн)).

Эти соотношения невозможно применять для цепей переменного тока, поскольку он подчиняется другим физическим законам. При измерении мощности в цепях переменного тока следует учитывать ее составляющие (активная, реактивная и полная). Если в цепи присутствует только резистор, то мощность считается активной. При наличии емкости или индуктивности — реактивной. Полная — сумма активной и реактивной составляющих.

Для вычисления первого типа физической величины применяется формула такого вида: Ра = I * U * cos (a). Значения тока и напряжения являются среднеквадратичными, а cos (a) — косинус угла между ними. Для определения реактивной мощности нужно воспользоваться следующей формулой: Qр = I * U * sin (a). Если нагрузка в цепи является индуктивной, то значение будет больше 0. В противном случае — меньше 0. Полная мощность Р определяется по следующему соотношению: P = Pa + Qp.

Прямое определение величины

Для определения значения мощности в цепях переменного и постоянного тока применяются ваттметры. В них используются электродинамические или ферроидальные механизмы. Приборы с электродинамическим механизмом выпускаются в виде переносных приборов. Они обладают высоким классом точности. Измерители мощности рекомендуется применять при выполнении точных расчетов для цепей постоянного и переменного тока с частотой до 5 кГц.

Измерительные приборы

Ферродинамические приборы изготавливаются в виде электронных узлов, которые вставляются в измерительные стенды или щитовые. Основное их назначение — контроль приблизительных параметров потребления мощности электрооборудованием. Они обладают низким классом точности и применяются для измерения значений мощности переменного тока. При постоянном токе погрешность увеличивается, поскольку это обусловлено искажением петли гистерезиса ферромагнитных сердечников.

Читайте также:  Материалы проводящие электрический ток их свойства

По диапазону частот приборы можно разделить на две группы: низкочастотные и радиочастотные. Ваттметры низких частот применяются в сетях промышленного питания переменного тока. Радиочастотный тип рекомендуется применять для точных измерений при проектировании различной техники. Они делятся на две категории по мощности:

  1. Проходящие.
  2. Поглощающие.

Первый вид подключается в разрыв линии, а второй — в ее конец в качестве нагрузки согласования. Кроме того, приборы для измерения мощности бывают аналоговыми и цифровыми.

Ваттметр прибор

При измерении мощности на высоких частотах применяются электронные и термоэлектронные ваттметры. Главным узлом считается микроконтроллер и преобразователь активной мощности. Последний преобразовывает переменный ток в постоянный. После этого происходит перемножение в микроконтроллере силы тока и напряжения. Результатом является сигнал на выходе, который зависит от I и U.

Ваттметр состоит из двух катушек. Первая из них подключается последовательно в цепь нагрузки, а другая (подвижная с резистором) — параллельно. В цифровых моделях роль катушек выполняют датчики тока и напряжения. Прибор имеет две пары зажимов. Одна пара применяется для последовательной цепи, а другая — для параллельной. Для правильного включения ваттметра выполняется обозначение * одной из двух пар зажимов.

Таким образом, для измерения мощности электрического тока применяются два метода. Первый из них является косвенным, а второй — прямым. Последний рекомендуется применять при проектировании сложной техники.

Источник



Как измерить силу электрического тока в цепи?

В процессе эксплуатации различного оборудования возникает необходимость проверки основных электрических параметров его работы. Это нужно как для проверки определенных характеристик, так и для ремонтных работ. Одним из наиболее сложных и опасных измерений является определение величины токовой нагрузки. Поэтому для всех начинающих электриков будет актуально узнать, как измерить силу электрического тока в цепи правильно и безопасно.

Используемые приборы

Измерить силу тока можно различными способами, однако далеко не все из них применимы в повседневной жизни. К примеру, различные измерительные трансформаторы, подключаемые в цепь, крайне неудобно переносить по дому и даже хранить на полке в гараже. Поэтому актуальными средствами измерительной техники являются амперметры, мультиметры и клещи. Далее рассмотрим детально особенности работы и применения каждого из них.

Амперметр

Это один из наиболее простых измерительных приборов, который реагирует на изменение токовой нагрузки. С электротехнической точки зрения амперметр представляет собой нулевой или бесконечно малое сопротивление. Поэтому в случае приложения напряжения только к прибору, в нем возникнет ток короткого замыкания, из-за чего амперметр включается в цепь последовательно замеряемой нагрузке. Для наглядности стоит пояснить, что измерить силу тока в розетке нельзя, так как без нагрузки (в случае разомкнутой цепи) ток в ней не протекает, на контактах розетки присутствует только напряжение, поэтому подключение амперметра напрямую приведет к замыканию.

Под электрическим током подразумевается направленное движение заряженных частиц, которое проходит через поперечное сечение проводника за определенную единицу времени. Поэтому запомните, что токовая нагрузка возникает лишь от включения бытового электроприбора к источнику питания. Включение амперметра отдельно к точке электроснабжения или отдельно к рабочему двухполюснику никоим образом не даст информации о силе тока. Если рассмотреть пример на схеме, то чтобы замерить амперы вы должны включить прибор в линию последовательно к объекту измерения:

Пример подключения амперметра

Рис. 1. Пример подключения амперметра

Как видите, основная сложность заключается в том, что процесс измерения происходит непосредственно в момент протекания электрической энергии, соответственно, велика вероятность поражения электрическим током в случае нарушения технологии.

Чтобы избежать плачевных последствий, необходимо соблюдать такие правила:

  • Подключение производится только при отсутствии напряжения;
  • Измерительные провода должны быть заизолированы, а места подключения удалены от человека, при необходимости исключена возможность прикосновения к ним;
  • Выведение амперметра из цепи измерения тока также выполняется при снятом напряжении.

Так как амперметр является узконаправленным прибором для измерения силы тока, его редко кто хранит у себя дома. Поэтому если вы хотите приобрести приспособление, куда выгоднее обзавестись мультиметром, который обладает значительно более широким функционалом.

Мультиметр

Этот прибор также называют тестером, Ц-эшкой, поэтому в обиходе можно встретить разные поколения мультиметра. Принцип использования мультиметра в качестве средства для измерения тока в цепи полностью аналогично амперметру, как по схеме включения, так и по предъявляемым мерам предосторожности. Однако следует отметить, что мультиметр мультиметру рознь, поэтому перед включением тестера обязательно посмотрите, подходит ли он, чтобы измерить ток в вашем случае.

Из конструктивных особенностей сразу отметим:

  • Диапазон измерения – выставляется переключателем на определенную величину силы тока. Выбирается таким, чтобы предполагаемая нагрузка его не превышала, но была соизмеримой.
  • Род тока – переменный или постоянный, заметьте, что некоторые модели мультиметров предоставляют возможность измерить только один вариант.
  • Разделение на слаботочные и силовые измерения – такие приборы имеют отдельную шкалу на мА, мкА и отдельную для А. Также в них могут располагаться отдельные разъемы, чтобы подключить щупы.
  • Наличие защиты от перегрузки при подключении измерительных устройств, обозначается отметкой unfused. Которая свидетельствует о наличии предохранителя, способного предотвратить выход со строя мультиметра от протекания чрезмерной силы тока.

По способу отображения информации все мультиметры подразделяются на циферблатные и дисплейные. Первые из них – довольно устаревшая модель, ориентироваться по ним смогут только искушенные электрики, знакомые с основами метрологии. Новичок же может запутаться в показаниях на шкале, цене деления или какими единицами измеряется нагрузка. Поэтому применение цифрового прибора куда проще и удобнее, на дисплее отображается конкретное число.

Токоизмерительные клещи

Это наиболее удобный прибор, так как чтобы измерить силу тока токоизмерительными клещами, нет нужды разрывать цепь. Конструктивно клещи представляют собой разъемный магнитопровод, в который и помещается проводник, на котором вы хотите померить силу тока. Токоизмерительные клещи имеют схожесть с тем же мультиметром, а в более продвинутых моделях вы встретите такой же переключатель с функцией определения мощности, напряжения, сопротивления, силы тока и разъемы для подключения щупов.

Как измерить силу тока в цепи

Для измерения электрического тока в цепи куда удобнее использовать современные устройства – мультиметры или клещи, особенно для одноразовых операций. А вот стационарный амперметр подойдет для тех ситуаций, когда вы планируете постоянно контролировать силу тока, к примеру, для контроля заряда батарейки или аккумулятора в автомобиле.

Постоянного тока

Разрыв электрической цепи организовывается до начала измерений при отключенном напряжении. Даже в низковольтных цепях вы можете вызвать замыкание батарейки, которое моментально приведет к потере электрического заряда. Далее рассмотрим пример измерения в цепи постоянного тока с помощью мультиметра, для этого:

Использование мультиметра для измерения постоянного тока

Рис. 2. Использование мультиметра для измерения постоянного тока

  • подключите щупы к соответствующим вводам в тестер – черный в COM, красный в разъем с пометкой mA, A или 10A, в зависимости от устройства;
  • при помощи «крокодилов» соедините щупы тестера с цепью измерения последовательно;
  • установите переключателем нужный род тока и предел измерений;
  • можете подключить нагрузку и произвести измерения, на дисплее мультиметра отобразится искомое значение.

Но заметьте, подключать мультиметр следует на короткий промежуток времени, так как он может перегреться и выйти со строя.

Переменного тока

Цепь переменного напряжения может измеряться как мультиметром, так и токоизмерительными клещами. Но, в связи с опасностью переменного бытового напряжения для жизни человека, эту процедуру целесообразнее выполнять клещами без измерительных щупов и без разрыва цепи.

Использование клещей для измерения переменного тока

Рис. 3. Использование клещей для измерения переменного тока

Для этого вам нужно:

  • переключить ручку в положение переменных токов на нужную позицию нагрузки, если она изначально неизвестна, то сразу выбирают максимальный диапазон;
  • нажать боковую скобу, которая разомкнет клещи;
  • поместить внутрь клещей токоведущую жилу и отпустить кнопку.
  • данные измерений отобразятся на дисплее, при необходимости их можно зафиксировать соответствующей кнопкой.

Производить измерения можно как на изолированных, так и на оголенных жилах. Но заметьте, в область обхвата должен попадать только один проводник, сразу в двух измерить не получится.

Реальные примеры измерения тока

Далее рассмотрим несколько вариантов того, как подключить измерительный прибор в бытовых нуждах. При замерах батареек вам необходимо один щуп приложить к контакту батарейки, а второй к контакту нагрузки, второй контакт нагрузки подключается к свободной клемме батарейки.

Измерение силы тока в цепи батарейки

Рис. 4. Измерение силы тока в цепи батарейки

Если вы хотите проверить токовую нагрузку в обмотках трехфазного электродвигателя, измерительный прибор подключается поочередно в каждую фазу или если у вас есть три амперметра, можете использовать их одновременно. Для этого щупы подключаются одним концом к выводам обмоток в борно, а вторым, к питающему проводу соответствующей фазы.

Измерение силы тока в цепи электродвигателя

Рис. 5. Измерение силы тока в цепи электродвигателя

Способы на видео


Источник