Подключение для измерения переменного тока. Как измерить силу тока мультиметром? Подготовка и измерение мультиметром

Очень хорошо, когда в инструментальном «арсенале» владельца дома или квартиры имеются контрольно-измерительные приборы. В частности если речь идет об электрохозяйстве, нередко приходится прибегать к помощи . Этот компактный и относительно недорогой по нынешним временам прибор позволяет тестировать бытовую технику и освещение, выявлять неполадки в домашней электрической сети, контролировать уровень заряда батареек и аккумуляторов, становится незаменимым при различных электромонтажных работах.

Но кроме наличия самого мультиметра, необходимо еще и умение работать с ним. Вот здесь бывает сложнее. Если, скажем, с прозвоном провода, определением наличия и величины напряжения обычно проблем не возникает, то с замером силы тока у многих возникают неясности. И, кстати, эта операция, по сравнению с другими упомянутыми, наиболее сложна и в определенных условиях бывает наиболее опасна.

Поэтому темой предлагаемой публикации станет вопрос, как измерить силу тока мультиметром.

Для начала вспомним, что же это такое – сила электрического тока.

Этот показатель (I) измеряется в и входит в число основных физических величин, определяющих параметры той или иной электрической цепи. К двум другим относят напряжение (U, измеряется в вольтах) и сопротивление нагрузки (R, измеряется в омах).

Как преподносилось в школьном курсе физики, электрический ток является направленным движением заряженных частиц по проводнику. Если рассматривать с большим упрощением, вызывается он электродвижущей силой, возникающей из-за разности потенциалов (напряжения) на полюсах (клеммах, контактах) подключенного источника питания. По своей сути сила тока показывает количество этих самых заряженных частиц, проходящих через конкретную точку (элемент схемы) в единицу времени (секунду).

На величину силу тока в цепи влияют два других параметра. Напряжение связано прямой пропорциональностью – так, например, его увеличение вызывает и повышение силы тока. Сопротивление – наоборот, то есть с его ростом при том же напряжении сила тока снижается.

А слева на иллюстрации показано графическое, удобное для восприятия, изображение закона Ома, показывающего эти взаимосвязи. Из этой «пирамиды» легко составляются формулы в их привычном написании:

U = I × R

I = U / R

R = U / I

Итак, сила тока измеряется в амперах. С некоторым упрощением можно объяснить так, что 1 ампер – это ток, который возникнет в проводнике сопротивлением 1 ом, если к нему приложить напряжение, равное одному вольту.

Кроме основной единицы, используют и производные. Так, довольно часто приходится иметь дело с миллиамперами. Из самого термина понятно, что 1 мА = 0.001 А.

Кстати, сразу упомянем, и про мощность. Ток в 1 ампер, вызванный напряжением 1 вольт, выполнит работу в 1 джоуль. А если это привести к единице времени (секунде), то получится значение мощности, равное 1 ватту.

Это определяется формулой закона Джоуля-Ленца:

P = U × I

где Р – мощность, выраженная в ваттах.

Для чего все это рассказывалось? Да просто потому, что большинство случаев замера силы тока, так сказать, на бытовом уровне, так или иначе связано с определением других параметров. Согласитесь, мало кому придет в голову мысль: «а дай-ка я проверю силу тока просто так», то есть без дальнейшего практического приложения. Тем более что, как уже упоминалось выше, работа с амперметром – наиболее сложная и зачастую небезопасная.

Например, в каких случаях чаще всего замеряют силу тока:

Для уточнения реальной потребляемой мощности того или иного бытового электроприбора. Промерив значения силы тока и напряжения несложно по формуле вычислить и мощность.
Этот же промер и последующий расчет позволяют оценить, советует ли подводимая линия питания таким нагрузкам.
Случается, что подобные «ревизии» позволяют выявить пока еще скрытые, незамеченные дефекты прибора – когда значение силы тока (и мощности, соответственно) намного отличаются от заявленного в паспорте номинала в ту или иную сторону.
Измерения силы тока позволяют оценить степень заряженности автономных источников питания – аккумуляторов и батареек. Проверка их по напряжению никогда не дает объективной картины. Вольтметр может показать, скажем, положенные 1.5 вольта, но уже спустя несколько минут элемент питания безнадежно «сядет». То есть проверку следует проводить именно измерением силы тока.
Таким измерением можно выявить утечку тока, там, где ее по идее быть не должно. Это часто практикуется автомобилистами, если у них есть подозрения, что аккумулятор слишком активно разряжается, когда машина «отдыхает» в гараже или на стоянке. Проведенная проверка позволяет локализовать участок утечки и избежать, кстати, немалых проблем, к которым она может привести.

Иногда требует проверки зарядное устройство аккумулятора – выдает ли оно необходимое значение тока зарядки.

Возможны и иные случаи, когда требуется иметь объективные данные о реальной силе тока. Но основные случаи все же перечислены.

Разбираемся с устройством мультиметра

Для измерения силы тока используются специальные приборы, название которых говорит само за себя – амперметры. В продаже чаще всего встречаются амперметры стационарной установки, в виде панелек или для DIN-рейки. Они обычно монтируются в распределительном щите и позволяют отслеживать текущие показатели силы тока, например, за всю локальную систему электроснабжения или на какой-то выделенной её линии.

Устанавливают такие приборы, если в этом есть необходимость, только специалисты электрики. Измерить силу протекающего тока с помощью них – проще простого. Необходимо просто взглянуть на текущие показания при включенной на линии нагрузке.

Этим, по сути, их функциональность и ограничивается. Естественно, у хозяина квартиры (дома) не будет возможности снять подобный прибор с места его стационарной установки для проведения замеров в другом месте.

Другой вариант, который уже позволяет работать в нужном месте – это так называемый лабораторный амперметр. Настольный прибор, в котором имеются клеммы, то есть предусмотрена возможность подключения измерительных проводов со щупами для проверки силы тока на том или ином участке цепи.

Но приобретать такой «девайс» для домашнего инструментального «арсенала» - вряд ли имеет смысл. Просто по той причине, что замером силы тока все и ограничивается. А это измерение, кстати, как уже говорилось, проводится на «бытовом» уровне, пожалуй, реже всего.

Поэтому такие приборы популярности себе не снискали. И оптимальным вариантом является мультитестер (мультиметр).

Эти измерительные многофункциональные приборы представлены в продаже в очень большом разнообразии. Первое, сразу бросающееся в глаза различие – приборы могут быть стрелочными, со снятием показаний со шкал. Несмотря на то что считаются уже «вчерашним днем», некоторые мастера отдают предпочтение именно им. Но для новичка может быть затруднительно на первых порах считывать показания – со шкалами и шагом из градуировки по неопытности несложно запутаться.

Поэтому максимальной популярностью пользуются все же цифровые мультиметры, демонстрирующие на дисплее показания в абсолютном выражении. Умение пользоваться такими приборами приобретается гораздо быстрее. Стоимость многих моделей – весьма доступная, и подобные мультитестеры прочно вошли в домашний инструментальный набор.

Но и среди них бывают существенные различия, которые необходимо знать и учитывать при проведении измерения электрических параметров.

Наиболее удобны, наверное, мультиметры, в которых достаточно выставить лишь режим измерений. Допустимый диапазон при этом не указывается – прибор автоматически подстроится под параметры цепи, проведет замер и выдаст искомый результат.

Пример показан на иллюстрации:

Рукоятка переключателя режимов (поз.1) имеет всего несколько положений. Это напряжение – объединено переменное V AC (значок ~) и постоянное DC (-), в вольтовом и милливольтом диапазоне. Аналогично и с силой тока – А, тоже без разделения на тип тока, но с градацией на амперы и миллиамперы. Кроме того, обязательно имеется опция замера сопротивления и прозвона цепи. Могут быть и другие заложенные функции.

В нижней части расположены гнезда для подключения измерительных проводов со щупами. Их бывает три или четыре. Обязательно имеется гнездо СОМ – для « общего» провода (поз. 2), как правило – черного цвета. Гнездо поз. 3 – для красного провода при проведении подавляющего большинства измерений. Под гнездом имеется надпись с указанием допустимых пределов измерений по напряжению и току. И, наконец, гнездо поз. 4 – выделено для замеров силы тока, исчисляемой в амперах. Также указан допустимый предел - не более 10 А.

Показания высвечиваются на цифровом дисплее (поз. 5).

Такие приборы удобны, однако их стоимость в несколько раз превышает цену на широкодоступные мультиметры. Поэтому их чаще можно увидеть у профессионалов.

Более распространенный вариант – мультиметры, при пользовании которыми необходимо не только переключать режим и переставлять измерительные провода, но еще и указывать предполагаемый диапазон измерений.

При пользовании таким мультиметром требуется не только указать режим работы, но и выставит переменный или постоянный ток. И уже в этом секторе установить переключатель в предполагаемый диапазон измерений, выраженный в миллиамперах мА (бывает еще и в микроамперах, µА ) или в амперах А .

Аналогично дело обстоит и с режимами замера напряжения.

Еще нюанс – показан пример с четырьмя гнездами подключения проводов. Здесь для измерения силы тока для красного провода выделено два гнезда. Одно – с токами до 200 мА, второе – до 10 А. Все остальные замеры (напряжения, сопротивления, емкости и другие) проводятся через отдельное гнездо.

Но обычно под этими гнездами-клеммами располагается понятная схема, позволяющая избежать ошибок. Просто надо быть внимательным.

А теперь – еще один очень важный нюанс. Показанные выше приборы позволяют проводить замер силы тока как постоянного, так и переменного. Но очень часто обычными пользователями приобретаются мультиметры с «усеченными» возможностями. Такие приборы широко популярны из-за своей супердоступной цены. И некоторые потенциальные владельцы не обращают внимание на этот их недостаток.

Так, наиболее распространенными на бытовом уровне являются мультитестеры типа DT830 или DT832. Они позволяют выполнить бо́льшую часть возможных измерений. Но, обратите внимание, функции амперметра для переменного тока у них НЕ ПРЕДУСМОТРЕНА .

Таким образом, если есть необходимость проверить силу тока в цепи работающего от сети 220 В/50 Гц бытового прибора, то просто так это не получится. Потребуется искать другой, более совершенный мультиметр. Или придумывать дополнительные «усовершенствования», которые позволят обойтись и таким тестером. Об этом будет сказано ниже.

Основные принципы замера силы тока

Главной особенностью работы с мультитестером в режиме амперметра является то, что он обязательно должен быть включен в разрыв цепи. Такое подключение называется последовательным. По сути, прибор становится частью этой цепи, то есть весь ток должен пройти именно через него. А как известно, сила тока на любом участке неразветвленной электрической цепи постоянна. Проще говоря, сколько «вошло» столько должной и «выйти». То есть место последовательного подключения амперметра особого значения не имеет.

Чтобы стало понятнее, ниже размещена схема, в которой показывается разница в подключении мультиметра в разных режимах работы.

Итак, при замере силы тока мультиметр включается в разрыв цепи, сам становясь одним из ее звеньев. То есть будет проблема, как этот разрыв цепи организовать практически. Решают по-разному – это будет показано ниже.
При замере напряжения (в режиме вольтметра) цепь, наоборот, не разрывается, а прибор подключается параллельно нагрузке (участку цепи, где требуется узнать напряжение). При замере напряжения источника питания щупы подключаются напрямую к клеммам (контактам розетки), то есть мультиметр сам становится нагрузкой.
Наконец, если меряется сопротивление, то внешний источник питания вообще не фигурирует. Контакты прибора подключаются непосредственно к той или иной нагрузке (прозваниваемому участку цепи). Необходимый ток для проведения измерений поступает из автономного источника питания мультитестера.

Вернемся к теме статьи - к замерам силы тока.

Очень важно изначально правильно установить на мультиметре, помимо постоянного или переменного тока, диапазон измерений. Надо сказать, что у начинающих с этим часто возникают проблемы. Сила тока – величина крайне обманчивая. И «спалить» свой прибор, а то и наделать больших бед, неправильно установив верхний предел измерений – проще простого.

Поэтому настоятельная рекомендация – если вы не знаете, какая сила тока ожидается в цепи, начинайте измерения всегда с максимальных величин. То есть, например, на том же DT 830 красный щуп должен быть установлен в гнездо на 10 ампер (показано на иллюстрации красной стрелкой). И рукоятка переключатель режимов работы также должно показывать на 10 ампер (голубая стрелка). Если измерения покажут, что предел завышен (показания получаются менее 0,2 А), то можно, чтобы получить более точные значения, переставить сначала красный провод в среднее гнездо, а затем ручку переключателя – в положение 200 мА. Бывает, что и этого многовато, и приходится переключателем снижать еще на разряд и т.д. Не вполне удобно, не спорим, но зато безопасно и для пользователя, и для прибора.

Кстати, о безопасности. Никогда не следует пренебрегать мерами предосторожности. И особенно если речь идет об опасных напряжениях (а сетевое напряжение 220 В – чрезвычайно опасно) и высоких токах.

Мы здесь спокойно ведём разговор об амперах, а между тем, безопасным для человека считается ток не выше 0.001 ампера. А ток всего в 0.01 ампера, прошедший через тело человека, чаще всего приводит к необратимыми последствиям.

Что важно знать об опасности электрического тока

Электричество – это величайший помощник человечества. Но при неграмотном, беспечном или откровенно наплевательском отношении к соблюдению безопасности – карает мгновенно и беспощадно. Что необходимо накрепко запомнить об , прежде чем приступать к любым электромонтажным работам – читайте в специальной публикации нашего портала.

Проведение замеров силы тока, особенно если работа ведется в самом высоком диапазоне, рекомендуется проводить максимально быстро. В противном случае мультитестер может просто перегореть.

Об этом, кстати, могут информировать и предупреждающие надписи около гнезда подключения измерительного провода.

Обратите внимание. Слово «unfused» в данном случае обозначает, что прибор в этом режиме не защищен плавким предохранителем. То есть при перегреве он просто выйдет полностью из строя. Указано и допустимое время замера – не более 10 секунд, да и то не чаще одного раза в 15 минут («each 15 m»). То есть после каждого такого замера придется еще и выдерживать немалую паузу.

Справедливости ради – далеко не все мультиметры настолько «привередливые». Но если такое предупреждение есть – пренебрегать им не стоит. И в любом случае замер силы тока проводить максимально быстро.

Как проводится измерение силы тока

В этом разделе статьи рассмотрим несколько наиболее характерных случаев.
И для начала ответим на один почему-то весьма часто задаваемый, и при этом – совершенно безграмотный вопрос.

Как измерить силу тока в розетке?

Никакого тока в розетке не ищите – там есть только напряжение на контактах, между фазой и нулем. А ток возникнет лишь тогда, когда к розетке будет подключена нагрузка – неважно что это, лампочка накаливания или бытовой прибор. Естественно, рассчитанный на работу с сетевым напряжением 220 вольт.

А что будет, если в режиме амперметра все же вставить щупы мультитестера в розетку? Да все произойдет очень просто и быстро. Собственное сопротивление прибора – невелико, то есть практически гарантированно получается короткое замыкание. Вспомните закон Ома – при стремящемся к нулю сопротивлении сила тока возрастает до огромных значений. Хорошо, если все ограничится срабатыванием защиты и перегоранием плавкого предохранителя в мультитестере. Если он «unfused», о чем говорилось выше – гарантированное перегорание, и прибор нередко остается только выбрасывать. И это еще в лучшем случае – иногда бывают и «фейерверки».

Запомните «золотую истину» – пока к розетке ничего не подключено, ток в ней однозначно равен нулю. И проверять это экспериментально – себе дороже!

А вот замер силы тока в цепи подключённого к розетке бытового прибора – это уже совсем другой случай.

Как измерить силу тока в цепи подключенного бытового прибора

Нельзя сказать, что подобная проверка проводится часто, но иногда она помогает разобраться с правильностью организации домашней электросети. То есть сопоставить соответствие реальной силы тока подведенным к розетке проводам и возможностям другого электротехнического оборудования. Или же дает возможность проверить реальную потребляемую мощность бытового прибора. Если она сильно отличается от паспортной в ту или иную сторону, это может говорить о пока еще не выявленной неисправности.

Схема в общих чертах выглядит следующим образом

1 – розетка 220 вольт.

2 – условно – бытовой прибор.

3 – кабель питания прибора.

4 – точки разрыва цепи (подсоединения щупов тестера). В данном случае они показаны на фазном проводе, хотя для проверки силы переменного тока это не имеет никакого значения — могут быть и на нулевом.

5 – мультиметр, установленный в режим измерения переменного тока 10 А

6 – измерительные провода мультитестера.

Все просто – после сборки такой схемы необходимо подсоединить кабель питания к розетке, а затем запустить бытовой прибор в нужном режиме выключателем. И спустя 3÷5 секунд (некоторым приборам требуется время для выхода на номинальный режим) снять показания силы тока в амперах.

Но как это осуществить, так сказать, технологически? Резать изоляцию и затем – один из проводов кабеля питания, чтобы подключить в разрыв амперметр? Иногда поступают и так. Пример показан на иллюстрации.

Согласитесь, не слишком привлекательный вариант. Нарушается целостность внешней оплетки провода. Концы придется после замеров сращивать и изолировать. Для разовой срочной проверки – может, и сгодится, но не более того.

Городить дополнительные провода между розеткой и вилкой, чтобы «вклинить» между ними амперметр? Тоже довольно неудобно.

Чтобы замеры были безопасными, а их проведение занимало минимум времени и усилий, можно изготовить специальное приспособление. Для этого потребуется небольшая фанерная площадка, две накладные (внешние) розетки (самые дешевые) и отрезок сетевого шнура с вилкой.

Схематично этот «испытательный стенд» будет выглядеть так:

На небольшом жестком фрагменте (поз. 1) например, фанерном, текстолитовом и т.п., крепятся две розетки, так, как показано на схеме. Розетки совершенно условно пронумеруем №1 и №2, а их контакты назовем соответственно 1а и 1б, 2а и 2б.

К розеткам поводится сетевой шнур (поз.4) с вилкой (поз.3). Эта вилка будет подключаться в обычную сетевую розетку.

Шнур разделан, и два его провода подключены к клеммам одноимённых контактов обеих розеток. То есть на схеме это 1а и 2а. А вторая пара, 1б и 2б контактов соединена перемычкой из одножильного провода.

Как проводить замеры с таким приспособлением?

Для начала – витка сетевого шнура подключается к розетке (к любой или к тестируемой, то есть к той, к которой подключается на постоянной основе испытываемый бытовой прибор). Вся конструкция у нас после сборки полностью закрыта, изолирована, никаких открытых токопроводящих деталей нет.
Имеет смысл для начала проверить напряжение в розетке. Если конечной целью ставится определение реальной мощности прибора, то этот параметр желательно уточнить. Иногда, если домашняя сеть не имеет стабилизатора, он значительно отличается от заявляемых 220 вольт. То есть это может повлиять на конечный результат.

Проверить напряжение несложно. Мультиметр переключается в режим ~V (ACV) с диапазоном больше 220 вольт (обычно это 750 вольт). Штекера проводов устанавливаются в соответствующие гнезда прибора (СОМ и ~V). Затем щупы прибора вставляются в контакты розеток 1а и 2а, как показано на схеме ниже.

После этого в одну розетку (любую) вставляется вилка сетевого шнура испытываемого прибора. Цепь не замкнута – разрыв ее получается на второй розетке.
Мультитестер переводится в режим амперметра переменного тока (~A или ACA) в максимальный диапазон. Штекер красного измерительного провода переставляется в соответствующий разъем.

После этого щупы мультитестера вставляются в гнезда оставшейся свободной розетки. И теперь осталось только включить испытываемый бытовой прибор и снять с мультитестера показания силы тока.

Важнейшим параметром электросети является сила тока - количественная величина, которая равняется величине заряда, проходящего через сечения проводника в течение определенного времени.

Величина тока взаимосвязана с используемыми в электрических сетях кабелями и устройствами безопасности. Чем больше сечение проводов , тем больший ток через них может протекать. Стандартные медные кабели для системы освещения с сечением 1,5 кв. мм. рассчитаны на силу тока, равную 16 А. Измерение переменного и постоянного тока необходимо проводить во всех электросетях с определенной периодичностью, так как от величины данной характеристики во многом зависит работоспособность и безопасность электроснабжения.

Какие устройства используются для измерения тока?

Сегодня существуют различные измерительные средства, позволяющие точно определить силу тока в бытовой электросети. Самыми распространенными измерителями являются:

Амперметр - специализированное средство измерения силы тока. Используется только на уроках физики, в быту не применяется.
Мультиметр - многофункциональное измерительное средство, позволяющее помимо тока проверять величину напряжения и другие характеристики электросистемы. Такие устройства широко распространены, используются профессиональными электриками и в бытовых условиях.
Тестеры - это упрощенные и устаревшие мультиметры. Сегодня используются редко, но раньше были широко распространены.
Современные измерительные клещи - устройство, не требующие предварительного разрыва цепи и отключения нагрузки. Позволяет легко и безопасно определить параметры любой электросистемы.

Самым удобным и распространенным средством для измерения силы тока является мультиметр . Данное устройство дает возможность определять различные параметры работы электросети, но работать с ним нужно осторожно, в частности, необходимо контролировать правильность выбранного режима. В стандартном устройстве на шкале представлено 7 положений:

OOF – отключенное устройство.
ACV – режим измерения переменного напряжения.
DCV – измерение постоянного напряжения.
ACA – режим измерения переменного тока.
DCA – измерение постоянного тока.
Ω — измерение сопротивления.
hFE – измерение характеристик транзисторов.

При проверке величины тока щупы мультиметра должны подключаться последовательно с нагрузкой, все другие типы измерений требуют параллельного подключения.

На рисунке представлен пример правильного подключения устройства.

Для измерения переменного тока следует правильно выбрать режим, подключить устройство к разорванной цепи фазного проводника и провести необходимые испытания.

Для проверки постоянного тока один зажим мультиметра присоединяется к плюсовой клемме измеряемого аккумулятора или батареи, а второй - к проводу, через который осуществляется подключение потребителя электротока. Далее необходимо установить подходящий режим и провести измерительные работы.

Важно учитывать, что работа с мультиметром отличается определенной сложностью и может представлять серьезную опасность для человека. Все исследования должны проводиться после обесточивания сети и после проверки отсутствия напряжения на измеряемых участках системы. Любое соприкосновение с оголенными контактами проводов может привести к травматизму и даже смерти, потому новичкам не рекомендуется проводить такие работы самостоятельно.

Гораздо более простым и безопасным методом измерения силы тока в электрической цепи является методика с использованием клещей. На рисунке ниже представлен пример подключенного и готового к испытаниям устройства.

С помощью клещей даже новичок может провести измерения, не подвергая себя опасности. Пользователю нужно лишь включить соответствующий режим работы (для проверки бытовых сетей - режим измерения переменного тока), завести измеряемый проводник в специальное отверстие между усов устройства и провести испытания.

Запомните одно правило при измерениях: при измерении силы тока, соединяются последовательно с нагрузкой, а при измерении других величин – параллельно.

На рисунке ниже показано, как надо правильно соединять щупы и нагрузку для того, чтобы замерить силу тока:

Черный щуп, который воткнут в гнездо СОМ – его не трогаем, а красный переносим в гнездо, где написано mA или хA, где вместо х – максимальное значение силы тока, которую может замерить прибор. В моем случае это 20 Ампер, так как рядом с гнездом написано 20 А. В зависимости от того, какое значение силы тока вы собираетесь замерять, туда и втыкаем красный щуп. Если вы не знаете, какая примерно сила тока будет протекать в цепи, то ставим в гнездо хА:

Давайте проверим, как все это работает в деле. В нашем случае нагрузкой является вентилятор от компьютера. Наш блок питания имеет встроенную индикацию для показа силы тока, а как вы знаете с курса физики, сила тока измеряется в Амперах. Выставляем 12 Вольт, на мультиметре ручку крутим на измерение постоянного тока. Мы выставили предел измерения на мультике до 20 Ампер. Собираем как по схеме выше и смотрим показания на мультике. Оно в точности совпало со встроенным амперметром на .

Для того, чтобы измерить силу тока переменного напряжения мы ставим крутилку мультиметра на значок измерения силы тока переменного напряжения – “А~” и точно также по такой же схеме делаем замеры.

Как измерить постоянное напряжение мультиметром

Возьмем вот такую вот батарейку

Как мы видим, на ней написан ток 550 мАh , который она может выдавать в нагрузку в течение часа, то есть миллиампер в час, а также напряжение, которым обладает наша батарейка – 1,2 Вольта. Напряжение – это понятно, а вот что такое “ток в течение часа”? Допустим, наша нагрузка -лампочка кушает ток 550 мА. Значит лампочка будет светить один час. Или возьмем лампочку, которая светит послабее, и пусть она у нас кушает 55 мА, значит она сможет проработать 10 часов.

Значение 550 мА, которое у нас написано на батарейке, делим на значение, которое написано на нагрузке и получаем время, в течение которого все это будет работать, пока не сядет батарейка. Короче говоря, кто дружен с математикой, тому не составит труда понять сие чудо:-)

Давайте замеряем напряжение на батарейке, один щуп мультиметра ставим на плюс, а другой на минус, то есть подсоединяем параллельно , и вуаля!

В данном случае напряжение на батарейке 1,28 Вольт. Значение на новой батарейке всегда должно превышать то, которое написано на этикетке.

Давайте замеряем напряжение на блоке питания. Выставляем 10 Вольт и замеряем.

Красный – это плюс, черный – минус. Все сходится, напряжение 10,09 Вольт. 0,09 Вольт спишем на погрешность.

Если же мы спутаем щупы мультиметра или щупы блока, то ничего страшного не произойдет. Мультиметр покажет нам такое же значение, но со знаком “минус”.

Имейте ввиду, на таких мультиметрах это не прокатывает

Для того, чтобы точно определить полярность не имея мультиметра, можно прибегнуть к нескольким советам, которые описаны в статье.

Как измерить переменное напряжение мультиметром

Ставим на мультике предел измерения переменного напряжения и замеряем напряжение в розетке. Без разницы, как совать щупы. У нет плюса и минуса. Там есть фаза и ноль. Грубо говоря, один провод в розетке не представляет опасности – это ноль, а другой может здорово попортить ваше самочувствие или даже здоровье – это фаза.

Приборы для измерения переменного тока могут быть различными.

Для измерения тока промышленной частоты (50 – 100 Гц) используют в основном приборы непосредственной оценки на основе электромагнитной и электродинамической систем, а также термоэлектрической систем.

В маломощных цепях высоких частот ток измеряется выпрямительными, термоэлектрическими, электронными цифровыми и аналоговыми вольтметрами на резисторе с известным сопротивлением. Амперметр должен иметь минимальные значения входного сопротивления, индуктивностей и емкостей.

Приборы электромагнитной системы. Принцип действия этих приборов основан на явлении втягивания стальной пластины, соединенной со стрелкой, магнитным полем катушки. Отклонение подвижной части измерительного механизма зависит от квадрата измеряемого тока и может быть использовано для измерения как постоянного, так и переменного тока с частотой не выше 5 кГц. Подбором формы сердечника удается получить практически равномерную шкалу. Амперметры магнитоэлектрической системы выпускаются в качестве щитовых приборов классов точности 0,5, 1,0, 2,5 на частотах до 1500 Гц, и 0,5, 1,0 – до 2400 Гц. Для расширения пределов измерения тока электромагнитным амперметром применяются не шунты, а секционные катушки или трансформаторы. Достоинства – простота конструкции, дешевизна и надежность. Недостатки – малая точность и чувствительность. Электромагнитные амперметры применяют для непосредственного измерения токов до 200 А, катушка измерительного механизма включается последовательно в цепь измеряемого тока. Предел измерения определяется числом витков катушки. Чем выше предел, тем меньше витков из более толстого провода.

Электродинамические приборы. Принцип действия основан на взаимодействии двух магнитных потоков, создаваемых токами, протекающими по двум катушкам, одна из которых подвижна. В результате взаимодействия магнитных полей катушек и противодействующих пружин, подвижная катушка поворачивается на некоторый угол, пропорциональный токам в катушках. Измеряется этими приборами действующее (среднеквадратическое) значение тока. Схемы включения обмоток катушек различны. При последовательном включении измеряются малые токи (менее 0,5 А), шкала прибора квадратична. При параллельном включении обмоток измеряются большие токи, шкала тоже квадратичная. Электродинамические амперметры выпускаются различных классов точности до 0,1. Применяются в основном на промышленных частотах. Для расширения пределов применяют переключение катушек измерительного механизма с последовательного на параллельное и трансформаторы тока.

Выпрямительные приборы.

Они широко применяются для измерения тока в звуковом диапазоне частот. Принцип действия основан на выпрямительных свойствах диода. Постоянная составляющая выпрямленного диодом тока измеряется прибором магнитоэлектрической системы. Обычно используются выпрямители однополупериодные и двухполупериодные. Выпрямительные приборы измеряют среднее значение переменного тока, а не среднеквадратическое. Шкалу прибора градуируют в среднеквадратических значениях, поэтому показания пересчитывают через коэффициент формы. Выпрямительные приборы для измерения токов широко применяют как составные элементы комбинированных приборов:тестеров, авометров, используемых для измерения токов, напряжений, сопротивлений. При использовании соответствующих диодов выпрямительные приборы могут применяться в диапазоне СВЧ. Германиевые и кремниевые диоды обеспечивают частотный диапазон до 100 МГц. Основные достоинства выпрямительных приборов – высокая чувствительность, малое собственное потребление и возможность измерения в широком диапазоне частот. Недостаток – невысокая точность. Основные источники погрешностей – изменение параметров диодов со временем. Класс точности выпрямительных приборов 1,5 и 2,5, пределы измерений по току от 2 мА до 600 А, по напряжению от 0,3 до 600 В.

Термоэлектрические приборы.

Они используются для измерения токов высокой частоты. Прибор состоит из термопреобразователя, термоэлемента и измерительного прибора.

Измерительный прибор И выполнен по магнитоэлектрической системе. Простейший термопреобразователь имеет подогреватель 2 и термопару 1 из двух разнородных проводников, спаянных между собой. Если через подогреватель термоэлемента пропускать измеряемый ток, то вследствие нагрева спая в цепи термопары и прибора И будет протекать термоток постоянного напряжения. Прибор измеряет действующее значение переменного тока. Шкала термоэлектрических приборов близка к квадратичной. Чувствительность зависит от материала термопары. Достоинства термоэлектрических приборов – высокая чувствительность, большой диапазон измерения токов, широкий диапазон частот, возможность измерения токов произвольной формы. Недостатки – неравномерность шкалы, которая в начальной части получается сжатой. Кроме того показания зависят от температуры. Общий частотный диапазон термоэлектрических приборов лежит в пределах от 45 Гц до 300 МГц, номинальные токи – от 1 мА до 50 А, классы точности – от 1,0 до 2,5.

Измерение напряжения

Измерение постоянного напряжения

При использовании метода непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором надо измерить напряжение. Относительная погрешность измерения напряжения равна
, т.е. чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения.

Измерение постоянного напряжения может быть выполнено любыми измерителями напряжений постоянного тока (магнитоэлектрическими, электродинамическими, электромагнитными, электростатическими, аналоговыми и цифровыми вольтметрами.) Выбор вольтметра обусловлен мощностью объекта измерений и необходимой точностью. Диапазон измеряемых напряжений лежит в пределах от долей микровольт до десятков киловольт.

Если необходимая точность может быть обеспечена приборами электромеханической группы, то следует предпочесть этот простой метод непосредственной оценки. При измерении напряжений с более высокой точностью следует использовать приборы, основанные на методе сравнения. При любом методе измерения могут быть использованы аналоговый и цифровой отсчеты.

Приборы непосредственной оценки.

Магнитоэлектрические приборы используются при проверке режимов радиосхем и используются при измерении напряжений в приборах других систем. Кроме того они используются в качестве индикаторов. Вольтметры магнитоэлектрической системы имеют равномерную шкалу, высокую точность, большую чувствительность, но низкое входное сопротивление.

Электростатические вольтметры имеют достоинство малое потребление, независимость от температуры окружающей среды, высокое входное сопротивление, а недостатки – неравномерная шкала и опасность пробоя между пластинами.

Наиболее широко для измерения постоянного напряжения применяют электронные вольтметры. Они могут быть аналоговыми и цифровыми.

Аналоговые электронные вольтметры постоянного тока.

В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного тока имеют высокое входное сопротивление и малое потребление тока от измерительной цепи. На рисунке М2-6 представлена структурная схема аналогового электронного вольтметра.

Рисунок М2-6. Структурная схема аналогового электронного вольтметра постоянного напряжения.

Основными элементами являются входное устройство, усилитель постоянного тока и измерительный прибор магнитоэлектрической системы. Входное устройство содержит входные зажимы, делитель напряжения, предварительный усилитель. Высокоомный делитель на резисторах служит для расширения пределов измерения. Усилитель постоянного тока служит для повышения чувствительности вольтметра и является усилителем мощности измеряемого напряжения до значения, необходимого для создания достаточного вращающего момента у измерительного прибора.

К усилителям постоянного напряжения предъявляются такие требования, как высокая линейность характеристики, постоянство коэффициента усиления. Основные технические характеристики вольтметров постоянного тока приведены в таблице М2-3.

Таблица М2-3. Основные технические характеристики вольтметров постоянного тока.

Тип, наименование прибора	Диапазон измеряемых напряжений, В	Основная погрешность измерения, %
В2–34, вольтметр постоянного тока, дифференциальный, цифровой	0,01 мВ – 1000В, поддиапазоны:
В2 – 36, вольтметр постоянного тока, цифровой
В2-38, нановольтметр цифровой постоянного тока

Измерение постоянного напряжения цифровыми приборами.

Цифровые вольтметры все шире применяются для измерения напряжений и токов. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра представлена на рис.М2-7.

Рисунок М2-7. Структурная схема цифрового вольтметра

Входное устройство содержит делитель напряжения. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму и представляет его цифровым кодом. Цифровое отсчетное устройство регистрирует измеряемую величину.

По типу АЦП цифровые вольтметры делятся на кодоимпульсные и времяимпульсные. Поскольку АЦП преобразует сигнал постоянного тока в цифровой код, цифровые вольтметры считают приборами постоянного напряжения. Для измерения переменного напряжения на выходе вольтметра ставится преобразователь.

По виду измеряемой величины цифровые приборы делятся на приборы:

для измерения постоянного напряжения;

для измерения переменного напряжения;

мультиметры (универсальные вольтметры для измерения напряжения, сопротивления, тока)

Цифровые вольтметры обычно имеют высокое входное сопротивление более 100 Мом, диапазоны измерений 100мВ, 1 В, 10В, 100 В, 1000В. Порог чувствительности на диапазоне 1 00 мВ может быть 10 мкВ.

Измерение величин переменного тока

Вам уже известно, что переменное напряжение чередует свою полярность, а переменный ток чередует свое направление. Вы также знаете, что отследив чередование направлений переменного тока (полярностей переменного напряжения) во времени, можно построить график в виде "волны". А еще вы можете рассчитать скорость этих чередований (частоту), определив время одного периода волны.

Однако, вы до сих пор не знаете как определить величину переменного тока или напряжения. При работе с постоянным током (напряжением) таких проблем не возникает, так как его величина стабильна. Итак, каким образом можно измерить такую величину, которая постоянно меняется?

Один из способов решения этой проблемы состоит в измерении высоты пика на графике волны (см. рисунок ниже):

Другой способ состоит в измерении общей высоты между противоположными пиками (от пика до пика):

К сожалению, оба этих способа могут ввести в заблуждение при сравнении двух различных типов волн. Например, прямоугольная волна с пиком 10 вольт будет держать это напряжение в течение большего количества времени, чем треугольная волна с тем же самым пиком - 10 вольт. Воздействие этих двух напряжений на нагрузку будет различным (см. рисунок ниже) :

Одним из способов выражения амплитуды различных форм волны является математическое усреднение значений всех точек графика в единое , общее значение . Такая мера известна как среднее значение волны. Если все точки волны усреднить алгебраически (то есть, учесть их знак, положительный или отрицательный), то среднее значение для большинства волн окажется равным нулю, поскольку положительные точки полного цикла компенсируют отрицательные (см. рисунок ниже):

Это, конечно, будет справедливо для любой формы волны, имеющей равные части выше и ниже нулевой линии графика. Однако, на практике среднее значение волны определяется как математическое среднее всех точек ее цикла. Другими словами, среднее значение рассчитывается с учетом того, что в се точки имеют положительные значения (см. рисунок ниже):

Нечувствительные к полярности стрелочные измерительные приборы (одинаково реагирующие на положительные и отрицательные полупериоды переменного тока/напряжения) будут регистрировать практическое среднее значение волны, так как инерция стрелочного указателя (вызванная напряжением пружины) зафиксирует среднюю силу, создаваемую различными значениями тока/напряжения с течением времени. И наоборот, чувствительные к полярности стрелочные измерительные приборы будут "вибрировать" под воздействием переменного тока/напряжения, их стрелочный указатель будет быстро колебаться около нулевой отметки, показывая истинное (алгебраическое) среднее значение для симметричной волны. Упоминаемое далее в этой статье "среднее" значение волны мы будем соотносить именно с "практическим" средним значением, если не указано иное.

Другой способ получения общего значения амплитуды волны основывается на способности этой волны совершить полезную работу на сопротивлении нагрузки. К сожалению, такое измерение переменного тока/напряжения будет отличаться от "среднего" значения волны, так как мощность, рассеиваемая на заданной нагрузке (работа, выполненная за единицу времени), не прямо пропорциональна величине напряжения или тока. Мощность будет пропорциональна квадрату напряжения или тока, подаваемого на сопротивление (Р = E 2 / R, и P = I 2 R ) .

Давайте рассмотрим ленточную пилу и электролобзик - два типа современного деревообрабатывающего оборудования. Оба типа пил имеют тонкие зубчатые полотна, приводимые в движение электромоторами. Однако, ленточная пила использует непрерывное движение полотна, в то время как электролобзик - возвратно-поступательное. Сравнение переменного тока с постоянным можно уподобить сравнению этих двух типов пил:

Проблема описания величины переменной составляющей присутствует и в данной аналогии: каким образом можно выразить скорость движения полотна электролобзика? Полотно ленточной пилы движется с постоянной скоростью, что равноценно постоянному напряжению, величина которого всегда одинакова. Полотно же электролобзика движется взад-вперед, и скорость его движения постоянно меняется. Более того, возвратно-поступательные движения двух электролобзиков разной конструкции не могут быть одинаковыми. Движение полотна одного электролобзика может описываться формой синусоидальной волны, в то время как движение полотна другого лобзика - формой треугольной волны. Оценивать скорость движения полотна электролобзиков по пиковым значениям некорректно, у разных типов лобзиков эти значения будут разными. Несмотря на вышесказанное, все типы пил выполняют одну работу (пилят древесину), и количественное сравнение этой общей функции может служить основой для оценки скорости движения их полотна.

Давайте представим себе, что рядом друг с другом стоят две пилы: одна ленточная, а другая - электролобзик. Обе этих пилы имеют одинаковые полотна (одинаковый шаг зуба, угол и пр.), и в равной степени (с одинаковой скоростью) способны обрабатывать древесину одного и того же типа и одной и той же толщины. В данном случае мы можем сказать, что эти пилы эквивалентны, а их режущие способности (выполняемая работа) равны. Можно ли это сравнение использовать для выражения скорости возвратно-поступательного движения полотна электролобзика через скорость вращательного движения полтна ленточной пилы? Конечно можно! Эта же идея используется и для "назначения" эквивалента постоянного тока (напряжения) измеряемому переменному току (напряжению): одинаковые значения постоянного и переменного тока (напряжения) произведут одинаковое количество тепла на одном и том же сопротивлении (см. рисунок ниже):

Обе этих цепи имеют одинаковые сопротивления нагрузки (2 Ома), которые рассеивают одинаковое количество мощности (50 Вт) в виде тепла. Однако, первая цепь запитывается от источника переменного напряжения, а вторая - от источника постоянного напряжения. Поскольку источник переменного напряжения эквивалентен (с точки зрения мощности, подаваемой на нагрузку) 10 вольтовой батарее постоянного напряжения, мы назовем его "10 вольтовым" источником переменного напряжения. Для большей ясности мы обозначим его величину как 10 Вольт RMS . Аббревиатура RMS обозначает "Root Mean Square " или "Среднеквадратичное значение ". Алгоритм расчета среднеквадратического значения прост: каждое значение данных в течение предопределенного периода (обычно это один цикл) умножается само на себя (возведение в квадрат), а затем все такие значения в течение периода усредняются (суммируются с последующим делением на общее количество) и из полученного значения извлекается квадратный корень.

Измерение величины RMS используется в подавляющем большинстве случаев при работе с электричеством (является лучшим способом связи величины переменного напряжения/тока с величиной постоянного напряжения/тока, или с другими величинами переменного напряжения/тока, имеющими разные формы волн). Но, в некоторых случаях лучше использовать измерения от пика до пика. Например, при определении необходимого размера провод а, предназначенного для поставки электроэнергии от источника питания к нагрузке, лучше использовать измерение RMS величины тока, поскольку основное беспокойство у нас вызовет возможный перегрев провода, являющийся функцией рассеивания мощности при прохождении тока через сопротивление провода. Однако, при оценке изоляции высоковольтных проводов лучше всего использовать измерения от пика до пика, поскольку основное беспокойство в этом случае вызывает возможный "пробой" изоляции именно пиковыми значениями.

Измерение пиковых значений или значений от пика до пика лучше всего проводить при помощи осциллографа, который может захватить "гребни" волны с высокой степенью точности благодаря быстрому действию электронно-лучевой трубки в ответ на изменения напряжения. RMS измерения можно проводить аналоговыми измерительными приборами (гальванометрами конструкции д’Арсонваля/Уэстона, электромагнитными измерительными приборами, электродинамическими измерительными приборами), если они откалиброваны в RMS числах. Поскольку механическая инерция и демпфирующий эффект электромеханических измерительных приборов производят отклонение стрелки пропорционально среднему значению переменного тока/напряжения (а не среднеквадратичному), аналоговый прибор должен быть специально откалиброван для индикации напряжения или тока в RMS единицах. Точность этой калибровки зависит от предполагаемой формой волны , как правило, синусоиды.

Лучше всего для измерения RMS величин подходят специально разработанные электронные измерительные приборы. Некоторые производители приборов разработали оригинальные методы для определения RMS величины любой формы волны. Они производят приборы класса “True-RMS”, которые содержат крошечный резистивный нагревательный элемент, питаемый от напряжения пропорционального измеряемому. Тепловой эффект данного элемента измеряется термически , и дает истинное значение RMS. Математические вычисления здесь вообще не производятся, все основано на законах физики. Точность таких измерительных приборов не зависит от формы волны .

Для симметричных форм волн существуют простые коэффициенты преобразования между следующими видами значений: пиковым, от пика до пика (Peak-to-Peak или Р-Р ), практическим средним (Average или AVG ) и среднеквадратичным (RMS ):

Помимо перечисленных выше значений переменного тока/напряжения существуют также значения, выражающие пропорциональность между некоторыми из этих фундаментальных измерений. Пик-фактор волны переменного тока , например, представляет собой отношение максимального (пикового) значения тока/напряжения к его среднеквадратичному (RMS) значению. Форм-фактор волны переменного тока/напряжения представляет собой отношение среднеквадратичного (RMS) значения к его практическому среднему значению. Пик-фактор и форм-фактор прямоугольной волны всегда равны 1, так как пиковое значение этой волны равно RMS и AVG значениям. Синусоидальная волна имеет RMS значение равное 0,707 и форм-фактор - 1,11 (0.707/0.636). Треугольная волна имеет RMS значение равное 0,577 и форм-фактор - 1,15 (0.577/0.5).

Имейте в виду , что все вышеописанные преобразования распространяются только на симметричные (правильные) формы волн . RMS и среднее значение искаженных форм волн не связаны теми же соотношениями :

Это очень важная для понимания концепция . Если вы используете аналоговый измерительный прибор, откалиброванный под синусоидальные RMS значения, то он будет точен только при измерении "чистой" синусоиды. В ходе измерения других типов волн он будет выдавать вам не истинное RMS значение.

Так как синусоидальная форма волны является самой распространенной в электрических измерениях, именно под нее и калибруется подавляющее большинство аналоговых измерительных приборов. Примите во внимание, что это ограничение касается только простых аналоговых приборов, и ни как не распространяется на приборы с технологией “True-RMS”.