В общем виде сила тока (СТ) – это величина, показывающая сколько электричества прошло через поперечное сечение проводника в течение одной секунды. При этом считается, что в проводнике она достигает значения 1 А в том случае, когда через его поперечное сечение ежесекундно проходит количество электричества, равное 1 кулону. Измеряют ее в амперах (А). Используются и такие дополнительные единицы, как миллиампер (1/1000 А) и микроампер (1/1000000 А).
Для чего нужно измерять силу тока
Существенное влияние на величину силы тока оказывают напряжение и сопротивление электроцепи, которые измеряются в таких единицах, как вольт (В) и Ом, соответственно. При этом повышение напряжения при неизменном сопротивлении электроцепи вызывает увеличение силы тока, а рост сопротивления цепи при неизменной величине напряжения приводит к ее уменьшению. Сила тока (I), напряжение (U) и сопротивление (R) зависят друг от друга и связаны эмпирическими формулами:
- I = U/R
- U = I*R
- R = U/I
При этом упрощенно принимают, что сила тока величиной в 1 А возникает в проводнике с сопротивлением 1 Ом, если к нему приложено напряжение в 1 В.
Замеряв СТ мультиметром, можно:
- уточнить реальную потребляемую мощность конкретного электроприбора;
- найти дефекты электроприбора, если его реальная мощность не соответствует величине, заявленной в документации;
- выяснить электрическую емкость автономных источников питания (аккумуляторных батарей и пр.);
- выявить существование утечки тока в электроцепях и в случае необходимости локализовать дефектный участок;
- проверить зарядное устройство для аккумулятора на предмет соответствия тока зарядки заданному значению и т. д.
Такие измерения проводят при помощи специальных приборов – амперметров. Их разновидностей на отечественном рынке достаточно, чтобы удовлетворить потребности всех покупателей.
Наиболее востребованными, особенно на бытовом уровне, являются небольшие многофункциональные (амперметр + омметр + вольтметр) мультиметры, с помощью которых можно измерить практически все необходимые параметры электрической цепи.
Устройство мультиметра
Современный мультиметр (тестер) представляет собой сложное электронное устройство. Эти измерительные приборы отличаются принципом работы и способом отображения полученных результатов. При этом их устройство и внешний вид целиком и полностью зависят от производителя, имеющего возможность оснастить мультиметры дополнительными возможностями. Например, имеются тестеры, оборудованные встроенными токопроводящими клещами, которые позволяют измерять электрические параметры цепей не разрывая проводов.
Классификация и принцип действия
По конструктивному исполнению мультиметры могут быть стационарными и малогабаритными. Кроме того, исходя из схемотехнического решения они могут быть:
- аналоговыми;
- цифровыми.
Стационарные мультиметры работают, как правило, от сети централизованного электропитания. Они представляют собой высокоточные электронные устройства и используются для прецизионных измерений в лабораторных или производственных условиях. Работают также в составе информационно-измерительных систем и специализированных промышленных комплексов. В малогабаритных (карманных) тестерах для измерения сопротивления используются встроенные аккумуляторы или сменные элементы электропитания.
В аналоговых мультиметрах результат измерения отображается отклонением стрелки на градуированной шкале, а в цифровых – на светодиодном табло или жидкокристаллическом экране. Могут встретиться и оригинальные модели, оснащенные одновременно стрелочным индикатором и цифровым экраном.
Электрическая схема стрелочных мультиметров аналогового типа отличается простотой и представляет собой набор шунтирующих прецизионных резисторов большого и малого номинала. Чтобы с помощью таких тестеров можно было измерять параметры электрических цепей переменного тока, в схему вводят выпрямительные диоды. Это связано с тем, что магнитоэлектрическая система стрелочного микроамперметра работает только на постоянном токе.
Электрические схемы цифровых мультиметров значительно сложнее и содержат в своем составе такие узлы:
- операционный усилитель;
- аттенюатор;
- аналогово-цифровой преобразователь;
- высокоточный выпрямитель;
- механический или электронный коммутатор.
Блок-схема является базовой для всех цифровых мультиметров и позволяет осуществлять измерение параметров электрических цепей постоянного и переменного тока с высокой точностью.
Принцип действия аналоговых тестеров основан на том, что измерению предшествует преобразование всех входящих сигналов в силу тока, которая затем и измеряется. В отличие от них цифровые мультиметры все входящие сигналы предварительно преобразуют в напряжение.
Основные принципы замера силы тока
Основное условие, которое необходимо выполнить при измерении СТ в электрической цепи – включить тестер в разрыв провода этой цепи, то есть стать на время измерения ее составной частью. Перед тем как измерить силу тока мультиметром, не менее важно правильно выставить на приборе:
- режим измерения (постоянный или переменный ток);
- верхний предел измерений.
Неправильно выставленные параметры обязательно приведут к поломке измерительного прибора.
Когда пользователю неизвестен порядок величины силы тока в цепи, необходимо устанавливать максимальный предел измерений. Если выставленный диапазон окажется завышенным, его постепенно снижают, пользуясь для этого переключателем режимов работы тестера.
В электрическую цепь прибор для измерения силы тока подключают последовательно с нагрузкой. При измерении больших токов мультиметр подсоединяют к цепи через трансформатор тока, шунт или магнитный усилитель. Если измерения необходимо провести в электрических цепях с напряжением более 1 кВ, используют трансформатор тока (переменный ток) или магнитный усилитель (постоянный ток).
Техника безопасности
Измерения, проводимые в электрических цепях, находящихся под опасным напряжением ~220 В, требует соблюдения правил техники безопасности. Безопасным для человека считается ток величиной не более 0,001 А. Любое, даже незначительное ее превышение может привести к поражению пользователя. Поэтому, работая с электричеством, нужно быть предельно внимательными и соблюдать особую осторожность.
Работая на верхних пределах мультиметра, измерения нужно проводить как можно быстрее. Связано это с тем, что многие тестеры не имеют защиты от перегрева, и при длительном контакте с большим током могут просто перегореть, что в свою очередь чревато получением электротравмы. Иногда производители мультиметров предупреждают пользователей о такой опасности, оговаривая, например, что допустимое время измерения не должно превышать 10 сек. не чаще одного раза в течение 15 мин.
Подключение и отключение мультиметра осуществляют после полного обесточивания электроцепи. Подают питание и приступают к измерениям только по окончании всех работ по подключению тестера.
Чтобы избежать поражения электрическим током, необходимо принять меры, препятствующие касанию оголенных токоведущий частей. Также необходимо помнить, что при размыкании функционирующей электроцепи может возникнуть электрическая дуга, которая также спровоцирует получение электротравмы.
Измерение силы тока
В домашних условиях силу тока в электрических цепях измеряют в тех случаях, когда необходимо, например, определить реальную величину потребляемой мощности какого-либо электроприбора или сопоставить технические параметры включенного в сеть электроприбора с реальными возможностями электропроводки. При этом необходимо помнить об опасности, подстерегающей неопытного владельца мультиметра при попытке проведения таких измерений в розетке электросети. Как правило, это приводит к полному выходу из строя тестера, а в отдельных случаях – к поражению пользователя электрическим током.
В розетке электросети никакого тока нет. На ее контактах есть только напряжение между фазой и «нулем». Ток в электросети появляется только после того как к розетке будет подключен электроприбор.
Если в отверстия розетки вставить щупы мультиметра, включенного в режим измерения тока, в сети произойдет короткое замыкание и измерительный прибор выйдет из строя. Хорошо, если он оснащен плавкой вставкой, которая просто сгорит и отключит тестер от сети. Если же конструкцией прибора такой предохранитель не предусмотрен, мультиметр из-за перегрева может воспламениться или даже «взорваться».
Измерение СТ в цепи электроприбора, подключенного к источнику питания
Чтобы измерить силу тока в цепи подключенного электроприбора, мультиметр нужно подключить в разрыв одного из проводов питания, как это показано на схеме.
Здесь:
- 1 – розетка сети переменного тока или контакты автономного источника электропитания;
- 2 – электроприбор;
- 3 – провода (кабель) питания электроприбора;
- 4 – место разрыва электроцепи и подключения щупов мультиметра;
- 5 – тестер, включенный в режим измерения переменного тока;
- 6 – измерительные провода из комплекта поставки мультиметра.
Чтобы подключить мультиметр в разрыв электроцепи, необходимо разрезать один из ее проводников и зачистить изоляцию на обрезанных концах.
Измерение силы тока осуществляют в такой последовательности:
- Ручкой переключателя мультиметра устанавливают необходимый режим измерений, учитывая при этом вид тока (переменный или постоянный).
- Той же ручкой устанавливают верхнюю границу измерения СТ. При этом рекомендуется изначально выбрать предел измерения, превышающий предполагаемую величину измеряемого параметра.
- Вставить штекеры измерительных проводов в соответствующие гнезда мультиметра.
- Подключить щупы тестера к зачищенным концам провода и убедиться в надежности контакта.
- Включить электропитание прибора и зафиксировать показания мультиметра. При необходимости можно изменить верхнюю границу измерений и повторно зафиксировать полученный результат.
- Отключить электропитание и отсоединить щупы тестера от концов проводника.
- Соединить разрезанный провод и тщательно заизолировать это место.
Проводя измерения в цепях постоянного тока необходимо соблюдать полярность подключения измерительных проводов.
Если нужно измерить силу тока не нарушая целостность электроцепи, оптимальным вариантом будет использование мультиметра, оснащенного встроенными токоизмерительными клещами.
Иногда потребность в измерении силы тока в цепи переменного тока может возникнуть в тот момент, когда под руками нет мультиметра с такой функцией. Однако радиолюбители нашли выход из ситуации, используя для измерения силы тока в цепях переменного тока тестеры, работающие только на постоянном токе. Достаточно дополнить электрическую цепь диодным мостом, включив мультиметр, измеряющий параметры цепей постоянного тока по следующей схеме:
Аналогичный результат можно получить, если включить в схему электроцепи специальный калиброванный шунт с заведомо известным сопротивлением. При этом шунт выбирается таким образом, чтобы его номинальное напряжение совпадало с номинальным напряжением измерительного прибора.
Затем параллельно контактам шунта подключить мультиметр с установленным режимом измерения напряжения (вольтметр) и измерить величину падения напряжения на шунтированном участке электросети. Как померить напряжение мультиметром, указано в инструкции по его эксплуатации.
В этом случае мультиметр выполняет функцию вольтметра, однако величина измеренного напряжения будет прямо пропорциональна силе тока. Заведомо зная сопротивление прецизионного шунта, по формуле I = U/R легко можно рассчитать и величину силы тока в цепи. Если взять калиброванный шунт, имеющий сопротивление 1 Ом, номинальное ее значение можно будет определить по шкале вольтметра (I = U/1 = U).
В домашних условиях такой низкоомный шунт (R = 1 Ом) проще всего изготовить самостоятельно, например, намотав небольшой отрезок тонкой нихромовой проволоки (сечение – 0,123 мм, удельное сопротивление – 7,94 Ом/м, диаметр – 0,4 мм) длиной 126 мм, на планку из стеклотекстолита.
Установив самодельный резистор в разрыв цепи и подключив к его контактам мультиметр, можно измерить напряжение на зашунтированном участке цепи. Его величина по номиналу будет соответствовать силе тока, протекающей через резистор: I = U/1 = U.