Измерение Силы тока 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.
Вставка штекеров измерительных проводов в гнезда мультиметра
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.
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.
Пример нахождения показания амперметра по приведенной погрешности
Для примера рассматривается аналоговый измеритель со шкалой до 25 А.
На шкале имеется обозначение класса точности 2.5, кружок или квадрат отсутствует, поэтому эта погрешность приведенная.
Y=Dх/Xп×100=+/- p
При Хп= 25А и значении p = 2.5 можно рассчитать абсолютную погрешность:
Δх =25/100×2.5=0.625 A
Если пользователь обнаружит на панели класс точности заключенный в квадрат, то погрешность нужно будет определять в процентном выражении от измеренного значения.
При показаниях по шкале Iи = 10 А, погрешность прибора не должна превышать
Δх =10×2.5/100=0.25
При показаниях по шкале Iи=2 А погрешность будет иной:
Δх =2×2.5/100=0.05
При показаниях по шкале Iи=25 А погрешность будет максимальной:
Δх =25×2.5/100=0.625
Вот почему важно, чтобы аналоговый прибор работал при измерениях в 2/3 рабочей шкалы
Класс точности
Это основная характеристика амперметра, которая согласно еще советскому действующему ГОСТ 1845-59, определяет границы возможных погрешностей.
Для всех электроизмерительных приборов, к которым он относится, класс точности (Кл) обозначается в числовом виде по значению, соответствующему предельной допустимой приведенной погрешности δпр, в %.
Все электрические амперметры подразделяются по точности на 8 классов, а затем по группам, которые является важным признаком их классификации:
- Образцовые: 0.05–0.1–0.2;
- лабораторные: 0.5–0.1;
- технические: 1.5–2.0–4.0.
Образцовые применяют в электроизмерительных процессах для определения класса точности технических и лабораторных амперметров. Лабораторные применяются в научно-технических процессах при электротехнических исследованиях контроля ведения режимов, например на котельных, ГЭС, ТЭЦ и АЭС.
Выбор амперметра по метрологическим характеристикам
Наиболее частым источником ошибки при измерении тока считается то, что амперметр имеет ненулевое входное сопротивление. Напряжение, возникающее на измерителе, приводит к снижению напряжения на тестируемом устройстве. Если уменьшение будет значительным, это приведет к значительно меньшему протеканию тока. Другими словами, измеритель не показывает ток, который фактически протекает в сети.
Для того чтобы максимально нивелировать эту погрешность, применяют два основных типа архитектуры измерения: шунтирующие амперметры и с обратной связью.
Погрешность, вызванная шунтирующим измерителем, определяемая в виде частного напряжения амперметра, деленная на выходное сопротивление.
Амперметры с обратной связью ближе к «идеальным». Он вырабатывает напряжение на пути обратной связи операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления. Это напряжение также пропорционально измеряемому току, но не появляется на входе прибора. В результате чувствительные измерители с обратной связью, такие как электрометры и пикоамперметры, имеют нагрузку по напряжению, обычно ограниченную до 200 мкВ.
Для промышленных измерений наиболее часто применяются амперметры аналогового панельного типа. При их выборе следует учитывать такие моменты:
Выбор типа. При измерении І постоянного, следует выбрать измеритель постоянного тока, то есть с магнитоэлектрическим измерительным механизмом
При измерении переменного тока нужно обратить внимание на форму волны и частоту. Если это синусоида, то измеряют только эффективное значение, с последующим преобразованием в максимальное или среднее значение.
Класс точности
Чем более высокий класс точности измерителя, тем выше его цена, тем сложнее у него ремонт и метрологическая аттестация. Поэтому для выполнения большинства инженерных измерений достаточно класса точности 1.5, не стоит применять образцовые или лабораторные приборы.
Выбор шкалы. Чтобы в полной мере использовать возможности амперметра по классу точности, измеряемый показатель должен быть в интервале 1/2 ~ 2/3 максимальной шкалы.
Расчет и изготовление шунта
Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.
Основные понятия и формулы
Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.
Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).
Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.
Расчет шунтирующего звена
Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.
Перемещая ходунок резистора R, следует добиться максимального показания стрелки на шкале индикатора и зафиксировать показания Iинд на тестере. Вследствие опыта известны величины Iинд = 0.0004 А и Rрам=1кОм (также измеряется тестером), этого достаточно для дальнейшего расчета сопротивления шунта микроамперметра (индикатора) по формуле:
Rш=Rрам * Iинд / Imax; получаем Rш=13,3 Ом.
Длина проводника
Выбрав материал для изготовления и зная величину его удельного сопротивления, необходимо рассчитать длину токовой части шунта.
Согласно соотношению: Rш=p*J/S,
где: p-удельное сопротивление, J-длина, S- площадь поперечного сечения проводника, подбираются геометрические параметры медного провода (p=0.0175 Ом*мм2 /м).
Величину площади можно рассчитать из формулы, вооружившись предполагаемым значением диаметра:
S=3.14*d2/4.
Тогда искомая величина будет равна:
J=R*S/p.
При диаметре проводника d= 0.1 мм, подставив значения получается длина:
J=0.45 м.
Расчет шунта для амперметра постоянного тока определил такие выходные данные:
максимальный ток измерения — 30 мА;
материал проводника — медная жила 0.1 мм в диаметре длиною 0,45 м.
Для удобства и упрощения расчетов относительно шкал измерительных приборов используют онлайн-калькулятор.
Разновидности амперметров
Они могут быть электромеханическими или аналоговыми, цифровыми или электронными. Базовый набор, как правило, состоит из детектора, передающего устройства и индикатора, самописца или запоминающего устройства.
Аналоговые устройства — самые старые из используемых инструментов. Хотя они надежны для статических и стабильных измерений, они не подходят для динамических и переходных условий. Кроме того, они довольно громоздкие и имеют ограничения из-за использования стрелочной индикации.
Электронные инструменты реагируют быстрее и способны мгновенно обнаруживать динамические изменения тока в сети. Примером является цифровой мультиметр, который способен измерить значения тока в динамическом или переходном режиме за секунды.
