Сила тока (СТ) — это ключевая физическая величина, которая показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за одну секунду. Единицей измерения является ампер (А). На практике также часто используются производные единицы: миллиампер (мА, 1/1000 А) и микроампер (мкА, 1/1000000 А). Согласно определению, ток силой 1 А возникает в проводнике, если за 1 секунду через его сечение проходит заряд, равный 1 кулону.
Зачем измерять силу тока?
Величина силы тока напрямую зависит от напряжения в цепи и сопротивления проводника, которые измеряются в вольтах (В) и омах (Ом) соответственно. Эти три параметра взаимосвязаны и описываются законом Ома: увеличение напряжения приводит к росту тока при неизменном сопротивлении, а увеличение сопротивления — к его уменьшению при том же напряжении. Основные формулы связи:
- I = U / R (Сила тока = Напряжение / Сопротивление)
- U = I * R (Напряжение = Сила тока * Сопротивление)
- R = U / I (Сопротивление = Напряжение / Сила тока)
Таким образом, ток в 1 А протекает через резистор в 1 Ом при приложенном напряжении в 1 В.
Измерение силы тока мультиметром — это практическая задача, которая позволяет решить множество бытовых и профессиональных вопросов:
- Определить реальное энергопотребление электроприбора.
- Выявить неисправность устройства, если его фактическая мощность не соответствует паспортной.
- Оценить остаточную емкость или состояние аккумуляторных батарей.
- Обнаружить и локализовать утечку тока в электропроводке.
- Проконтролировать корректность работы зарядных устройств.
Для этих целей используются амперметры. Наиболее универсальным и популярным инструментом, особенно в быту, является мультиметр — комбинированный прибор, объединяющий функции амперметра, вольтметра и омметра.
Устройство и виды мультиметров
Обозначение величин измерений мультиметром
Современный мультиметр (тестер) — это сложное электронное устройство. Конструкция и функционал могут сильно различаться в зависимости от производителя и модели. Некоторые приборы оснащены дополнительными возможностями, например, встроенными токоизмерительными клещами, которые позволяют измерять ток без разрыва цепи.
Классификация и принцип действия
Мультиметр со стрелочным индикатором и цифровым экраном
Мультиметры можно классифицировать по нескольким признакам:
- По исполнению: стационарные (лабораторные, высокой точности) и портативные (карманные).
- По принципу отображения информации: аналоговые (стрелочные) и цифровые (с ЖК- или светодиодным дисплеем). Встречаются и гибридные модели.
Стационарные приборы обычно питаются от сети и используются для точных измерений в лабораториях. Портативные тестеры работают от батареек или аккумуляторов.
Аналоговый мультиметр
В аналоговых мультиметрах результат измерения отображается отклонением стрелки по калиброванной шкале. Их схема относительно проста и основана на использовании прецизионных резисторов (шунтов). Для измерения переменного тока в схему добавляют выпрямительные диоды, так как измерительная головка работает только на постоянном токе. Принцип действия основан на преобразовании всех входных сигналов в силу тока, которая и отклоняет стрелку.
Цифровые мультиметры имеют более сложную электронную начинку, включающую операционный усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), аттенюатор и другие компоненты. Они преобразуют входной сигнал в напряжение, которое затем оцифровывается и выводится на дисплей. Такие приборы обеспечивают высокую точность и удобство считывания показаний.
Основные принципы и подготовка к измерению
Принципы замера силы тока
Главное правило измерения силы тока — мультиметр должен быть включен последовательно в разрыв измеряемой цепи, то есть стать ее частью. Перед началом измерений критически важно правильно настроить прибор:
- Выбрать род тока: постоянный (DC, обозначается прямой линией или буквами DC) или переменный (AC, обозначается волнистой линией или буквами AC).
- Установить верхний предел измерений. Если величина тока неизвестна, начинают с максимального значения на шкале.
Неправильная настройка, особенно подключение прибора в режиме амперметра непосредственно к розетке или источнику напряжения, почти гарантированно приведет к выходу мультиметра из строя (короткому замыканию и перегоранию внутренних предохранителей или элементов).
Для измерения больших токов (особенно в высоковольтных цепях) используют дополнительные устройства: трансформаторы тока (для AC), шунты или магнитные усилители (для DC).
Техника безопасности — самое важное
Предупреждение: допустимое время измерения не более 10 сек. не чаще одного раза в 15 мин
Работа с электричеством, особенно с сетевым напряжением ~220 В, требует предельной осторожности. Безопасным для человека считается ток не более 1 мА (0,001 А). Превышение этой величины может привести к электротравме.
Ключевые правила безопасности:
- Все подключения и отключения мультиметра производите только при полностью обесточенной цепи.
- При работе на верхних пределах измерений многие бюджетные тестеры могут быстро перегреваться. Следуйте указаниям производителя (например, не превышайте время непрерывного измерения 10 секунд).
- Избегайте касания оголенных токоведущих частей и контактов.
- Помните об опасности возникновения электрической дуги при размыкании цепи под нагрузкой.
Практическое измерение силы тока
Измерение силы тока мультиметром
В быту силу тока чаще всего измеряют, чтобы определить реальную потребляемую мощность прибора или проверить соответствие проводки нагрузке. Важное предупреждение: никогда не пытайтесь измерить силу тока, вставляя щупы мультиметра прямо в розетку! В розетке присутствует только напряжение, а ток появляется только при подключении нагрузки. Такое действие вызовет короткое замыкание, сожжет предохранитель или сам прибор, и может привести к поражению током.
Измерение тока в цепи электроприбора
Для измерения тока, потребляемого устройством (например, лампой или зарядным устройством), мультиметр необходимо встроить в разрыв одного из проводов питания.
На схеме обозначены: 1 — источник питания (розетка или батарея), 2 — электроприбор, 3 — кабель питания, 4 — место разрыва цепи для подключения щупов, 5 — мультиметр в режиме амперметра, 6 — измерительные провода.
Для этого необходимо физически разрезать один проводник (например, фазный), зачистить изоляцию на концах и подготовить их для подключения.
Вставка штекеров измерительных проводов в гнезда мультиметра
Пошаговая инструкция:
- Обесточьте цепь. Установите переключатель мультиметра в режим измерения тока (AC или DC).
- Выберите максимальный предполагаемый предел измерения (например, 10А). Если показания слишком малы, можно переключиться на более чувствительный диапазон (например, 200мА) для повышения точности.
- Подключите измерительные провода к соответствующим гнездам мультиметра (обычно для больших токов есть отдельное гнездо с маркировкой "10А").
- Надежно подключите щупы к зачищенным концам разрезанного провода.
- Включите питание электроприбора. Считайте показания с дисплея мультиметра.
- Снова обесточьте цепь. Отсоедините щупы.
- Надежно восстановите целостность разрезанного провода (скрутка, пайка, клеммник) и заизолируйте место соединения.
При измерении постоянного тока соблюдайте полярность подключения щупов (красный — к "плюсу" со стороны источника, черный — к "плюсу" со стороны нагрузки).
Альтернативные и косвенные методы измерения
Мультиметр со встроенными токоизмерительными клещами
Самый удобный способ измерения без разрыва цепи — использование мультиметра с токовыми клещами. Они измеряют магнитное поле вокруг проводника, что безопасно и не требует вмешательства в проводку.
Если такого прибора нет, а измерить переменный ток нужно стрелочным или цифровым тестером, работающим только на постоянном токе, можно использовать диодный мост для выпрямления переменного тока. Схема подключения:
Еще один распространенный косвенный метод — измерение тока с помощью калиброванного шунта. Шунт — это резистор с очень малым и точно известным сопротивлением (например, 0.1 Ом или 1 Ом), который включается в разрыв цепи.
К контактам шунта подключается мультиметр в режиме вольтметра. Измеряется падение напряжения на шунте. По закону Ома сила тока рассчитывается по формуле: I = U / R, где U — измеренное напряжение, R — сопротивление шунта.
Если использовать шунт сопротивлением ровно 1 Ом, то численное значение измеренного напряжения в вольтах будет равно силе тока в амперах (I = U / 1 = U). Такой шунт можно изготовить самостоятельно, например, из отрезка нихромовой проволоки нужной длины.
Этот метод безопаснее прямого включения амперметра в цепь с высоким током и позволяет использовать мультиметр, не рассчитанный на большие токи.
