В электронной технике чаще всего приходится измерять постоянный ток. Очевидно, что многие мультиметры (в основном дешевые) по этой причине могут измерять только постоянный ток. Некоторые более дорогие модели мультиметров имеют диапазоны измерения переменного тока, но доверять этим показаниям можно только в том случае, если ток имеет синусоидальную форму и частота не превышает 50 Гц.
Требования к амперметру
Любой измерительный прибор считается исправным, если он не вносит искажений в измеряемые величины, а точнее, вызывает искажения, но в минимально возможной степени. Для вольтметра это высокое входное сопротивление, поскольку оно включено параллельно части цепи. Здесь следует помнить, что при параллельном соединении общее сопротивление секции уменьшается.
Амперметр подключают к разомкнутой части цепи, поэтому для него, в отличие от вольтметра, низкое внутреннее сопротивление считается положительным качеством. В этом случае чем меньше, тем лучше, особенно при измерении малых токов, присущих электронным схемам. Текущий процесс измерения показан на рисунке 1.
На схеме изображена простая схема, состоящая из гальванического элемента и двух резисторов, пригодная только для экспериментов по измерению тока. Прежде всего обратите внимание на полярность включения устройства, которая должна соответствовать направлению тока, указанному стрелкой.
На рисунке показано манипулятор, который не отображает изображение в обратном направлении. При использовании цифрового мультиметра направление тока не имеет значения. Если соединение неправильное, то просто покажет знак минус и на этом конфликт закончится. Математики сказали бы, что был измерен модуль числа, которое, я думаю, и есть то, что называется беззнаковым числом.
Рисунок 1. Процесс измерения тока
Что покажет амперметр
Для такой простой схемы нетрудно посчитать ток, он составит 0,018А или 18мА. Также на схеме показан миллиамперметр, подключенный к одной и той же цепи в трех разных точках. Согласно законам физики, показания будут точно такими же, потому что, сколько электронов «вытекает» из положительной клеммы батареи, столько же электронов вернется через «отрицательную клемму». Путь для всех этих электронов один и тот же: это соединительные провода, резисторы и, если они подключены, миллиамперметр.
На рисунке 2 представлена схема двухтранзисторного приёмника из книги ММ. Румянцев «Схема приемника на 50 транзисторах» (1966).
Рисунок 2. Схема двухтранзисторного приёмника
В ту далекую эпоху схемы в книгах сопровождались подробными описаниями и способами их настройки. Обычно рекомендуется измерить ток в каком-то участке цепи, обычно ток коллектора транзистора. Текущая позиция измерения отмечена на графике крестиком. В этот момент естественно подключить к разрыву проводника миллиамперметр и подбором номинала резистора, отмеченного звездочкой, выбирается ток, указанный на схеме.
Подводные камни при измерении тока
На рисунках 3 и 4 показана простейшая схема – батарейка, резистор и мультиметр. Согласно закону Ома, ток в этой цепи легко рассчитать как
I = U/R = 1,5/10 = 0,15 А или 150 мА.
Если вы внимательно посмотрите на две схемы, то увидите, что показания приборов различны, хотя в самой схеме ничего не изменилось (если это можно так назвать). На рисунке 3 показания точно согласуются с расчетом по закону Ома.
Читайте также статью: Какие обои выбрать для маленькой кухни elpix.ru
Рисунок 3. Измерение тока в программе-симуляторе Multisim
а вот на рисунке 4 они становятся немного ниже, а именно 148,515мА. Вопрос в том, почему? Ведь на графике ничего не изменилось, источник тот же и сопротивление не стало больше или меньше.
Рисунок 4. Измерение тока в программе-симуляторе Multisim
фактически любое свойство мультиметра можно изменить, что можно сделать, нажав кнопку «Параметры». В этом примере входное сопротивление амперметра изменилось: на рисунке 3 оно составляет 1нОм, на рисунке 4 оно увеличилось до 100мОм или всего 0,1Ом. Этот пример приведен для демонстрации того, как свойства измерительного прибора могут повлиять на результаты. В данном случае амперметр.
попробуем увеличить ток в этой цепи в 10 раз. Для этого достаточно уменьшить номинал резистора в 10 раз, тогда нетрудно посчитать, что амперметр покажет 1,5 ампера. Если входное сопротивление принять равным 1нОм, как показано на рисунке 3, то результат составит 1,5А, что точно соответствует расчету по закону Ома.
Видео: Измерение силы тока. Как измерить силу тока мультиметром
Если вы установите сопротивление амперметра на 0,1 Ом с помощью кнопки «Параметры» выше, на шкале устройства вы увидите 1,364 А. Конечно, 0,1 Ом — это немного велико для настоящего амперметра, а 1 нОм может появиться только в программе-симуляторе, и вы все равно сможете увидеть, как внутреннее сопротивление устройства влияет на измерения; Вообще говоря, проводя такие измерения, надо сразу «в уме» хотя бы прикинуть порядок результатов. Но начинать следует со значительно большего диапазона на вашем устройстве.
Это тот случай, когда при измерении тока в программе-симуляторе очевидно все настроено для получения наилучших результатов. Все компоненты имеют минимальные допуски, а входное сопротивление устройства идеально подходит при температуре окружающей среды 25 градусов. Однако, как только что было показано, параметры устройства, компонентов и даже температура могут быть установлены в соответствии с требованиями пользователя.
Используйте этот прибор для проведения измерений
В реальной жизни все идет не так гладко. Резисторы общего назначения обычно имеют допуски ±5%, 10% и 20%. Конечно, существуют резисторы с допусками в несколько десятых процента, но они используются только там, где они действительно необходимы, а вовсе не в широко используемых устройствах возле каждого транзистора и каждой микросхемы.
Предположим, что эксперимент по измерению тока проводится с использованием резистора с допуском 5%. Тогда, взяв за пример номинал (значение, указанное на корпусе резистора) 10 КОм, вы можете встретить резисторы в диапазоне 9,5...10,5 КОм. Если такой резистор подключить к источнику напряжения, скажем 10В, то при измерении тока вы получите значения в диапазоне 1,053...0,952мА вместо ожидаемых 1мА. Большие отклонения возникают при использовании резисторов с допуском 10% или 20.
Если провести эти эксперименты с использованием батареек, можно получить совершенно потрясающие результаты. Схема идентична рисункам 3 и 4. Это настолько просто, что все это можно сделать без пайки и печатной платы, просто покрутив ее или подержав в руке.
Давайте разберемся, что должно произойти и что должно отображать устройство. Известно, что напряжение аккумулятора составляет 1,5 В, а сопротивление 10 Ом. Тогда по закону Ома I=U/R=1,5/10=0,15А или 150мА.
в реальных измерениях прибор показал не ожидаемые 150мА, а 98,3мА. Даже если предположить, что резистор имеет допуск 20 %, I = U/R = 1,5/12 = 0,125 А или 125 мА.
Этого недостаточно! Куда все это делось? В нашем случае виноват разряженный аккумулятор. В процессе работы он теряет часть своего заряда и его внутреннее сопротивление увеличивается. Вместе с сопротивлением внешнего резистора внутреннее сопротивление вносит «возможный вклад» в искажение результатов измерений. Именно эти условия приводят к тому, что показания приборов оказываются, мягко говоря, далекими от ожидаемых.
Поэтому нужно быть очень внимательным при проведении измерений в электронных схемах, точность тоже не является лишней; Качества, прямо противоположные только что упомянутым, могут привести к плачевным результатам. Измерительные приборы могут сгореть, разрабатываемое или ремонтируемое оборудование может сгореть, а в некоторых случаях может произойти поражение электрическим током. Чтобы избежать подобных неприятных ситуаций, мы еще раз рекомендуем вам помнить о правилах безопасности.
- Измерение напряжения
- О резисторах для начинающих электронщиков
- Термостат для погреба своими руками
Надеюсь, эта статья была вам полезна. Смотрите также другие статьи в категориях Полезная электроника, Ремонт бытовой техники
Подписывайтесь на наш Telegram-канал об электронике для профессионалов и любителей: Полезная электроника для повседневного использования
Читайте также статью: Как построить кирпичную печь камин в загородном доме: схемы, проекты, порядовка и рекомендации специалистов
Комментарии
Отправить комментарий