Измерение силы тока в цепи

Здрасти, почетаемые читатели веб-сайта sesaga.ru. Ток либо силу тока определяют количеством электронов, проходящих через точку либо элемент схемы в течение одной секунды. Так, к примеру, через нить накала пылающей лампы накаливания карманного фонаря раз в секунду проходит около 2 000 000 000 000 000 000 (два триллиона) электронов. Но на практике измеряется не количество электронов, а их движение, выраженное в амперах (А).

Ампер – это единица электрического тока, которую так окрестили в честь французского физика и математика А. Ампера изучавшего взаимодействие проводников с током. Экспериментально установлено, что при токе в 1А через точку либо элемент схемы проходит около 6 250 000 000 000 000 000 электронов.

Кроме ампера используют и поболее маленькие единицы силы тока: миллиампер (мA), равный 0,001 А, и микроампер (мкA), равный 0,000001 А либо 0,001 мА. Поэтому: 1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА.

1. Устройство для измерения силы тока.

Как и напряжение, ток бывает неизменный и переменный. Приборы, служащие для измерения тока, именуют амперметрами, миллиамперметрами и микроамперметрами. Так же, как и вольтметры, амперметры бывают стрелочными и цифровыми.

На электрических схемах приборы обозначаются кружком и буковкой снутри: А (амперметр), мА (миллиамперметр) и мкА (микроамперметр). Вблизи с условным обозначением амперметра указывается его буквенное обозначение «PА» и порядковый номер в схеме. К примеру. Если амперметров в схеме будет два, то около первого пишут «PА1», а около второго «PА2».

Для измерения тока амперметр врубается конкретно в цепь последовательно с нагрузкой, другими словами в разрыв цепи питания нагрузки. Таким макаром, на время измерения амперметр становится вроде бы еще одним элементом электрической цепи, через который протекает ток, но при всем этом в схему амперметр никаких изменений не заносит. На рисунке ниже изображена схема включения миллиамперметра в цепь питания лампы накаливания.

Также нужно держать в голове, что амперметры выпускаются на различные спектры (шкалы), и если при измерении применять устройство с наименьшим спектром по отношению к измеряемой величине, то устройство можно разрушить. К примеру. Спектр измерения миллиамперметра составляет 0…300 мА, означает, силу тока определяют исключительно в этих границах, так как при измерении тока выше 300 мА устройство выйдет из строя.

2. Измерение силы тока мультиметром.

Измерение силы тока мультиметром фактически ни чем же не отличается от измерения обычным амперметром либо миллиамперметром. Разница состоит только в том, что у обыденного устройства всего один спектр измерения, рассчитанный на определенную наивысшую величину тока, тогда как у мультиметра диапазонов несколько, и перед измерением приходится определять каким из спектр воспользоваться на этот момент.

Обыденные мультиметры, не проф, рассчитаны на измерение неизменного тока и имеют четыре поддиапазона, что на бытовом уровне полностью довольно. У каждого поддиапазона есть свой наибольший предел измерения, который обозначен цифровым значением: 2m, 20m, 200m, 10А. К примеру. На пределе «20m» можно определять неизменный ток в спектре 0…20 мА.

Для примера измерим ток, потребляемый обыденным светодиодом. Для этого соберем схему, состоящую из источника напряжения (пальчиковой батарейки) GB1 и светодиода VD1, а в разрыв цепи включим мультиметр РА1. Но перед включением мультиметра в схему подготовим его к проведению измерений.

Измерительные щупы вставляем в гнезда мультиметра, как показано на рисунке:

красный щуп именуют плюсовым, и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых характеристик: «VΩmA»;
черный щуп является минусовым либо общим и вставляется он в гнездо, напротив которого написано «СОМ». Относительно этого щупа выполняются все измерения.

В секторе измерения неизменного тока избираем предел «2m», спектр измерения которого составляет 0…2 мА. Подключаем щупы мультиметра согласно схеме и потом подаем питание. Светодиод зажегся, и его потребление тока составило 1,74 мА. Вот, в принципе, и весь процесс измерения.

Но этот вариант измерения подходит тогда, когда величина употребления тока известна. На практике же нередко появляется ситуация, когда нужно измерить ток на каком-либо участке цепи, величина которого неведома либо известна примерно. В таком случае измерение начинают с самого высокого предела.

Представим, что потребление тока светодиодом непонятно. Тогда переключатель переводим на предел «200m», который соответствует спектру 0…200 мА, и после чего щупы мультиметра включаем в цепь.

Потом подаем напряжение и смотрим на показания мультиметра. В этом случае показания тока составили «01,8», что значит 1,8 мА. Но нолик впереди показывает на то, что можно снизиться на предел «20m».

Отключаем питание. Переводим переключатель на предел «20m». Включаем питание и снова производим измерение. Показания составили 1,89 мА.

Нередко бывает ситуация, когда при измерении тока либо напряжения на индикаторе возникает единица. Единица гласит о том, что избран маленький предел измерения и он меньше величины измеряемого параметра. В данном случае нужно перейти на предел выше.

Также может появиться момент, когда измеряемый ток выше 200 мА и нужно перейти на предел измерения «10А». Но тут есть аспект, который нужно уяснить. Кроме того, что переключатель переводится на предел «10А», еще также нужно переставить плюсовой (красный) щуп в последнее левое гнездо, напротив которого стоит цифро-буквенное значение «10А», указывающее, что это гнездо создано для измерения огромных токов.

И еще совет. Возьмите за правило: когда закончите все измерения на пределе «10А» сразу переставляйте плюсовой (красный) щуп на свое штатное место. Этим Вы сбережете для себя нервишки, щупы и мультиметр.

Ну вот, в принципе и все, что желал сказать об измерении тока мультиметром. Главное осознавать, что при измерении напряжения вольтметр подключается параллельно нагрузке либо источнику напряжения, тогда как при измерении силы тока амперметр врубается конкретно в цепь и через него протекает ток, которым питаются элементы схемы.

Ну и в качестве закрепления прочитанного предлагаю поглядеть видеоклип, в каком на примере схем рассказывается об измерениях напряжения и силы тока мультиметром.

После знакомства с 3-мя действиями тока, уместно задать для себя вопрос: от чего зависит эффективность каждого из действий, другими словами от чего зависят количество теплоты, выделяемой в нити накала электролампы, масса выделенной в опыте меди и подъёмная сила сделанного электромагнита? На уроке мы узнаем, что именуют силой тока в цепи и какова её единица измерения в системе СИ. Дадим серьезное определение единицы электрического заряда. Также познакомимся с устройством и принципом деяния устройства, служащего для измерения силы тока.

На этот момент вы не сможете поглядеть либо пораздавать видеоурок ученикам

Дабы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, для вас необходимо добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите неописуемые способности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Сила тока. Измерение силы тока»

На прошедшем уроке мы с вами гласили о действиях, которые способен оказывать электрический ток, протекая в разных средах. Познакомившись с 3-мя действиями тока, уместно задать для себя вопрос: от чего зависит эффективность каждого из действий, другими словами от чего зависит количество теплоты, выделяемой в нити накала электролампы, масса выделенной в опыте меди, подъёмная сила сделанного электромагнита?

Эффективность этих действий будет зависеть от нескольких обстоятельств. Электрический ток, как вы понимаете, — это направленное движение заряженных частиц. Потому чем больше электрический заряд, перенесённый частичками через поперечное сечение проводника за какое-то определённое время, тем лучше будет действие тока.

Тут можно провести аналогию: эффективность деяния воды на водяной мельнице либо гидроэлектростанции, конечно, определяется массой раз в секунду протекающей в таком устройстве воды. Потому важной чертой электрического тока является величина, именуемая силой тока.

Сила тока — это физическая величина, численно равная электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Обозначают силу тока буковкой I.

Пусть q — заряд, протекающий через сечение проводника за некоторый отрезок времени t. Тогда разумеется, что для нахождения раз в секунду протекающего заряда мы должны поделить весь заряд на значение промежутка времени, что и приводит нас к формуле силы тока:

Единицу силы тока не вводят через какие-либо формулы, а просто выбирают по договорённости, как это было уже изготовлено с единицами массы, времени и длины.

Тут вы сможете сказать, что схожая договорённость лишена логики: брать в качестве основной величины не единицу заряда, которая рассматривается существенно ранее, а единицу силы тока, другими словами величину, которая выходит путём логической операции с электрическим зарядом.

Вы полностью правы! Но все дело в том, что для всех главных единиц необходимо сделать образцы, другими словами устройства, дозволяющие собрать и сохранить без утрат сведения о избранной единице. Итак вот, для единицы силы тока можно с еще большей точностью избрать и сохранить идеал, чем для единицы электрического заряда, чем и разъясняется такая «нелогичность» в выборе основной единицы.

В 1948 г. на Генеральной конференции по мерам и весам приняли решение, что в базе определения единицы силы тока должно лежать явление взаимодействия 2-ух проводников с током. Это явление можно пронаблюдать на опыте. Если по двум параллельным проводникам пропустить ток, то, зависимо от направления тока, проводники или притянутся, или оттолкнутся.

При всем этом сила притяжения либо отталкивания между проводниками прямо пропорциональна силе тока в них, другими словами чем больше сила тока, тем посильнее ведут взаимодействие проводники.

Но дабы ввести четкий идеал, нужно соблюдать очень жёсткие условия опыта. Проводники должны быть тонкими и нескончаемо длинноватыми, при всем этом они должны находиться в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга.

Потому, за единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой нескончаемо длинноватые параллельные проводники, находящиеся на расстоянии 1-го метра друг от друга в вакууме, на каждом метре собственной длины ведут взаимодействие с силой 2 ∙ 10 −7 Н.

Эту единицу силы тока именуют ампером. Названа она так в честь французского физика А. Ампера, и является основной единицей силы тока в СИ.

1 А — это очень огромное значение силы тока. Потому в науке, технике и на практике нередко применяют кратные и дольные единицы силы тока:

Познакомившись с единицей силы тока, мы можем дать и серьезное определение единицы электрического заряда (количества электричества). Зная формулу для расчёта силы тока, можно записать: q = It. Беря во внимание, что единицей силы тока является ампер, а единицей времени — секунда, получим, что 1 Кл — это заряд, протекающий за 1 с через поперечное сечение проводника с током силой 1 А.

Ещё одна очень принципиальная особенность силы тока заключается в следующем: сила тока во всех участках проводника, по которому протекает электрический ток, одинакова. Всё дело в том, что, когда в проводнике протекает ток, заряд нигде ни в одной его части не накапливается. Так, если сначала проводника, к примеру, железной проволочки, сила тока равна 1 А, то и в любом поперечном сечении проводника, и в конце его она тоже непременно 1 А.

Устройство, при помощи которого определяют силу тока в цепи, именуют амперметром.

Амперметр и по собственному принципу деяния, и по устройству похож на гальванометр. Его работа базирована на магнитном действии тока.

Чем больше сила тока, проходящего по катушке, тем посильнее она ведет взаимодействие с магнитом, тем больше угол поворота стрелки устройства. Так как при помощи амперметра определяют силу тока, то он устроен так, дабы включение его в цепь фактически не оказывало влияние на силу тока в цепи.

Дабы отличить амперметр от гальванометра, на его шкале ставят буковку «А». На схемах амперметр изображают кружком с буковкой «А» в центре:

Будьте внимательны при работе с амперметрами, так как любой из них рассчитан на некоторую наивысшую силу тока. По другому устройство может просто сгореть.

Амперметр врубается в цепь последовательно с тем устройством, силу тока в каком необходимо измерить. Другими словами, дабы держать под контролем значение силы тока, протекающего в интересующей нас части цепи, мы должны непременно выполнить разрыв цепи и включить в разрыв амперметр, дабы весь заряд, протекающий в этой части цепи, проходил через устройство.

Направьте внимание и на то, что у каждой клеммы устройства стоит свой символ: либо «плюс», либо «минус». Это означает, что клемму со знаком «плюс» нужно непременно соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком «минус» — с отрицательным.

Если цепь состоит из нескольких последовательно соединённых проводников либо устройств (это такое соединение, при котором начало 1-го проводника соединяется с концом другого), то амперметр будет демонстрировать во всех точках цепи одно и то же значение силы тока.

Пример решения задачи.

Задачка. По графику зависимости перенесённого заряда от времени найдите силу тока в проводнике. Какое количество электронов проходит через сечение проводника за 5 с?

Измерения в цепи постоянного тока в Санкт-Петербурге

Цепью электрического тока называют объединение определенных устройств и объектов, которое и создает путь для прохождения самого электрического тока. Если при неизменных параметрах электротехнической установки значение и направление тока не меняется, его называют постоянным. Если же значение и направление тока время от времени меняются, то ток называют переменным. Про переменный ток можно так же сказать, что он представляет собой вынужденные колебания в электроцепях.
Электроэнергию постоянного тока, благодаря полупроводниковым преобразовательным устройствам, получают из электроэнергии переменного тока. Иногда для этой цели применяют генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы и термогенераторы.
В самой цепи постоянного тока обычно измеряют конкретно ток, сопротивление, а так же напряжение. Для измерений применяют следующие приборы:

• вольтметр – замеряет напряжение;
• амперметр – замеряет ток;
• омметр – для измерений сопротивления.

Так как диапазон значений постоянного тока довольно таки широк и измерения приходится проводить во многих областях, имеются различия в методах и средствах измерений.
К оборудованию, с помощью которого проводят измерения постоянного тока, следует отнести: магнитоэлектрические, электродинамические, аналоговые и цифровые электронные амперметры.

Методы измерения постоянного тока.

1.    Метод непосредственной оценки
Данный метод осуществляется с применением амперметра, который необходимо подключить последовательно в разрыв той цепи, которую вы хотите измерить. Такое подключение повлечет за собой возрастание общего сопротивления и уменьшение протекающего в цепи тока.

2.    Косвенное измерение тока
Косвенное измерение тока чем-то похоже на метод непосредственной оценки. При косвенном измерении в разрыв цепи необходимо включить образцовые резисторы. Так же, применяются высокочувствительные измерители напряжения. Ток, который замеряют, определяется по следующее формуле:

IX=U0/R0

где U0 –падение напряжения на образцовом резисторе R0, измеренное вольтметром, компенсатором постоянного тока.
Если сопротивление  резистора R0 будет меньше сопротивления тока в замеряемой цепи, то таким образом погрешности измерения будут сведены к минимуму.

3.    Измерение малых токов
Ток тепловых шумов тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление измерителя. От этого тока зависит предельная чувствительность любого измерителя. Для того, чтобы снизить ток тепловых шумов до уровня 10-17-10-16 А в полосе частот от 0 до 0,1 Гц, можно использовать только то оборудование, внутреннее сопротивление которых будет не менее 1011-1012 Ом.

Для того, чтобы измерить малые постоянные и медленно меняющиеся токи, нужно использовать пассивные преобразователи тока в напряжение (резистивные, емкостные, логарифмирующие преобразователи) одновременно с чувствительным измерителем напряжения, имеющим очень высокое входное сопротивление (до 1014-1016 Ом) и довольно небольшой уровень шумов. При этом, важно максимально снизить паразитные токи.

В настоящее время постоянный ток имеет довольно широкое применение. Он позволяет намного улучшить технические и эксплуатационные свойства многих электроустановок, таких как: промышленная электроника, двигатели постоянного тока производственных машин, электролитические ванны, различная автоматика и другое.

Компания «Ермак» выполняет любые измерения в цепи постоянного тока и в оборудовании. Проводимые вовремя измерения, позволят вам не только снизить риск поломки аппаратуры по причине перебоев в электросети и тем самым избавиться от незапланированных трат, но так же, избежать поражения током, от работы с неисправным оборудованием.

Заказать звонок

Сделать заказ

Читайте так же:
Измерение сопротивления постоянному току
Стоиомсть ГНБ
Составление и оформление технического отчета
АИТП
Проверка автоматических выключателей

Методы измерения тока. Как измерять ток с помощью различных датчиков тока

Ток является очень важным фактором в электронике и электротехнике. В электронике ток может иметь ширину полосы от нескольких наноампер до сотен ампер. Этот диапазон может быть намного шире в электрической области, обычно до нескольких тысяч ампер, особенно в электрических сетях. Существуют различные методы обнаружения и измерения тока внутри цепи или проводника . В этой статье мы обсудим как измерять ток используя различные методы измерения тока с их преимуществами, недостатками и приложениями.

 

Датчик Холла Метод определения тока

Эффект Холла открыт американским физиком Эдвином Гербертом Холлом и может использоваться для измерения тока. Обычно он используется для обнаружения магнитного поля и может быть полезен во многих приложениях, таких как спидометр, дверная сигнализация, DIY BLDC.

 

Датчик Холла выдает выходное напряжение в зависимости от магнитного поля. Отношение выходного напряжения пропорционально магнитному полю. В процессе измерения тока ток измеряется путем измерения магнитного поля. Выходное напряжение очень низкое, и его необходимо усилить до полезного значения с помощью усилителя с высоким коэффициентом усиления и очень низким уровнем шума. Помимо схемы усилителя датчик Холла требует дополнительной схемы, так как это линейный преобразователь.

Плюсы:

1. Можно использовать на более высокой частоте.
2. Может точно использоваться как на переменном, так и на постоянном токе.
3. Бесконтактный метод.
4. Может использоваться в неблагоприятных условиях.
5. Это надежно.

Минусы:

1. Датчик дрейфует и требует компенсации.
2. Для полезного выхода требуется дополнительная схема.
3. Дороже, чем методика на основе шунта.

 

Датчики Холла используются в токоизмерительных клещах, а также во многих промышленных и автомобильных устройствах измерения тока. Много видов 9Линейный датчик Холла 0003 может измерять ток от нескольких миллиампер до тысяч ампер. В связи с этим приложение Smart Grid Monitoring также использует другой тип датчика Холла для контроля тока в проводнике.

 

Метод измерения тока феррозондового датчика

Насыщаемый индуктор является основным компонентом метода измерения феррозондового датчика . В связи с этим феррозондовый датчик называется датчиком тока с насыщаемой индуктивностью 9.0004 . Сердечник катушки индуктивности, используемый для феррозондового датчика, работает в области насыщения. Уровень насыщения этого индуктора очень чувствителен, и любая внутренняя или внешняя плотность потока изменяет уровень насыщения индуктора. Проницаемость сердечника прямо пропорциональна уровню насыщения, следовательно, меняется и индуктивность. Это изменение значения индуктивности анализируется феррозондовым датчиком для определения тока. Если ток большой, индуктивность становится меньше, если ток низкий, индуктивность становится высокой.

 

Датчик Холла работает аналогично феррозондовому датчику, но между ними есть одно отличие. Отличие в основном материале. В датчике Flux Gate используется насыщающийся индуктор, а в датчике на эффекте Холла используется воздушный сердечник .

 

На изображении выше показана базовая конструкция феррозондового датчика. Две катушки, первичная и вторичная, намотаны на насыщаемый сердечник индуктора. Изменения в протекании тока могут изменить проницаемость сердечника, что приведет к изменению индуктивности на другой катушке.

Плюсы:

1. Может измерять широкий диапазон частот.
2. Обладает высокой точностью.
3. Низкое смещение и дрейф.

Минусы:

1. Высокое вторичное энергопотребление
2. Возрастает фактор риска для помех напряжения или тока в первичном проводнике.
3. Подходит только для постоянного или низкочастотного переменного тока.

 

Феррозондовые датчики используются в солнечных инверторах для измерения тока. Помимо этого, измерение переменного и постоянного тока с обратной связью можно легко выполнить с помощью датчиков Flux Gate. Метод измерения тока Flux Gate также можно использовать для измерения тока утечки, обнаружения перегрузки по току и т. д.

 

Метод измерения тока катушки Роговского

Катушка Роговского названа в честь немецкого физика Вальтера Роговского. Катушка Роговского изготавливается с использованием катушки с воздушным сердечником спиральной формы и наматывается на целевой проводник для измерения тока.

 

На изображении выше показана пояс Роговского с дополнительной схемой. Дополнительная схема представляет собой схему интегратора. Катушка Роговского обеспечивает выходное напряжение в зависимости от скорости изменения тока в проводнике. Для создания выходного напряжения, пропорционального току, требуется дополнительная схема интегратора.

Плюсы:

1. Это хороший метод обнаружения быстрого изменения высокочастотного тока.
2. Безопасная эксплуатация с точки зрения обращения со вторичной обмоткой.
3. Недорогое решение.
4. Гибкость в обращении благодаря конструкции с открытым контуром.
5. Температурная компенсация не сложная.

Минусы:

1. Подходит только для AC
2. Имеет более низкую чувствительность, чем трансформатор тока.

 

Катушка Роговского имеет широкий спектр применения. Например, измерение тока в больших силовых модулях, особенно на полевых МОП-транзисторах, транзисторах высокой мощности или IGBT. Катушка Роговского обеспечивает гибкие возможности измерения. Поскольку пояс Роговского очень быстро реагирует на переходные процессы или высокочастотные синусоидальные волны, это хороший выбор для измерения высокочастотных переходных процессов в линиях электропередач. При распределении электроэнергии или в интеллектуальной сети пояс Роговского обеспечивает превосходную гибкость при измерении тока.

 

Метод измерения тока трансформатора тока

Трансформатор тока или ТТ используется для измерения тока по вторичному напряжению, которое пропорционально току во вторичной обмотке. Это промышленный трансформатор, который преобразует большое значение напряжения или тока в гораздо меньшее значение во вторичной обмотке. Измерение проводится на вторичном выходе.

 

На изображении выше показана конструкция. Это идеальный трансформатор ТТ с отношением первичной и вторичной обмотки 1:N. N зависит от характеристик трансформатора. Подробнее о трансформерах здесь.

Плюсы:

1. Большая пропускная способность по току, больше, чем у других методов, показанных в этой статье.
2. Не требует дополнительных схем.

Минусы:

1. Требует обслуживания.
2. Возникновение гистерезиса из-за намагничивания.
3. Высокий первичный ток насыщает материалы ферритового сердечника.

 

Метод измерения тока на основе трансформатора тока в основном используется в энергосистеме из-за очень высокой способности измерения тока. Некоторые клещи также используют трансформатор тока для измерения переменного тока.

 

Метод измерения тока с помощью шунтирующего резистора

Это наиболее часто используемый метод измерения тока. Этот метод основан на законе Ома.

 

Последовательно подключенный маломощный резистор используется для измерения тока. Когда ток протекает через низкоомный резистор, возникает разность потенциалов на резисторе.

 

Давайте рассмотрим пример.

Предположим, что через резистор сопротивлением 1 Ом протекает ток силой 1 А. По закону Ома напряжение равно ток x сопротивление . Следовательно, , когда через резистор 1 Ом протекает ток 1 А, на резисторе будет вырабатываться 1 В. Мощность резистора является критическим фактором, который необходимо учитывать. Однако на рынке также доступны резисторы очень малого номинала, сопротивление которых находится в диапазоне миллиом. В таком случае разность напряжений на резисторе также очень мала. Усилитель с высоким коэффициентом усиления требуется для увеличения амплитуды напряжения, и, наконец, ток измеряется с использованием обратного расчета.

 

Альтернативный подход для этого типа метода измерения тока заключается в использовании дорожки печатной платы в качестве шунтирующего резистора. Поскольку медная дорожка печатной платы имеет очень малое сопротивление, ее можно использовать для измерения тока. Однако при таком альтернативном подходе несколько зависимостей также являются серьезной проблемой для получения точного результата. Главный фактор, меняющий правила игры, — температурный дрейф. В зависимости от температуры сопротивление дорожки меняется, что приводит к ошибке. Нужно компенсировать эту ошибку в приложении.

Плюсы:

1. Очень экономичное решение
2. Может работать на переменном и постоянном токе.
3. Дополнительное оборудование не требуется.

Минусы:

1. Не подходит для работы с большим током из-за рассеивания тепла.
2. Измерение шунта приводит к ненужному снижению эффективности системы из-за потерь энергии на резисторе.
3. Термический дрейф приводит к ошибке в высокотемпературном приложении.

 

Применение шунтирующего резистора включает цифровой амперметр. Это более точный и дешевый метод, чем датчик Холла. Шунтирующий резистор также может обеспечивать путь с низким сопротивлением и позволяет электрическому току проходить из одной точки в другую в цепи.

 

Как выбрать правильный метод измерения тока?

Выбор правильного метода измерения тока не представляет сложности. Есть несколько факторов, которые необходимо учитывать для выбора правильного метода, например:

1. Насколько необходима точность?
2. Измерение постоянного или переменного тока или обоих?
3. Сколько потребляемой мощности требуется?
4. Какой текущий диапазон и полоса пропускания должны быть измерены?
5. Калькуляция.

 

Помимо этого, необходимо также учитывать приемлемую чувствительность и подавление помех. Поскольку все факторы не могут быть удовлетворены, приходится идти на компромисс, чтобы скомпрометировать одну функцию с другой в зависимости от приоритета требований приложения.

Основные измерения светодиодных цепей — Rheingold Heavy

Я обнаружил, что лучше всего учусь, когда строю схему, а затем измеряю ее, черт возьми. Итак, вполне уместно, что первая запись в моем лабораторном блокноте включает в себя самые простые схемы, которые когда-либо собирал каждый новичок…

1. Источник напряжения
2. Светодиод
3. Резистор ограничения тока
4. Опорная точка заземления

В этом случае мы будем использовать 5 В (удобно обеспечивается контактом +5 В на Arduino), обычный красный светодиод 5 мм каждый день, несколько старых дрянных резисторов из комплекта резисторов RadioShack и землю от нашего источника напряжения (опять же , удобно предоставляемый одним из контактов GND на Arduino).

Схема этой схемы предельно проста…

Базовая схема светодиодов

Мы собираемся собрать схему на макетной плате, а затем измерить в каждой точке напряжение, а затем потребляемый ток. Изменяя только один компонент, резистор, между измерениями, мы сможем увидеть влияние резистора на схему в целом. Поскольку мы также немного знакомы с математикой, мы должны быть в состоянии заранее предсказать результаты наших измерений.

Если вам нужна более подробная информация о практических аспектах измерения этой схемы, я написал пост, чтобы работать рука об руку с этой, называемой, с помощью вашего мультиметра.

Давайте начнем с измерения нашего светодиода… точнее, давайте начнем с получения некоторой информации о рассматриваемом светодиоде. Как описано более подробно здесь, здесь и здесь, нам в основном нужно знать, какое напряжение мы должны подать на эту штуку, чтобы заставить ее включиться, какой ток мы можем прокачать через нее, прежде чем она перестанет существовать. и сколько тока мы действительно должны пропускать через него. Ударное напряжение называется «прямое напряжение», максимальный ток называется максимальным током, а «должен действительно проходить через него ток» обычно называется «типичным». Я использую простой тупой красный 5-миллиметровый светодиод, который я получил от SparkFun в качестве пакета на миллиард для проекта. Согласно паспорту светодиода, он имеет прямое напряжение от 1,8 до 2,2 В, максимальный ток 30 мА и (я здесь даже не шучу) «предложение использовать ток» 16-18 мА. Мы собираемся использовать источник напряжения 5 В (5 больше, чем 2,2), и мы собираемся воткнуть туда этот резистор, чтобы ток не превышал 30 мА.

Теперь немного математики…

Основной закон Ома: V = I x R

• «В» — это напряжение питания, 5 В минус примерно 2,0 В прямого напряжения светодиода.
• «I» — это наш максимальный ток 0,03 Ампер (30 миллиампер).
• «Р» мы не знаем. При расчете это будет сопротивление, необходимое для достижения этого максимума.

Итак, мы делаем некоторые базовые алгебраические вычисления, делим обе части на «I», чтобы найти «R», и получаем R = V / I. Подставляем наши числа, и получается R = 3 В / 0,03 А = 100 Ом. Это наименьшее сопротивление, которое мы можем использовать, не рискуя немедленной поломкой нашего светодиода.

Но это затягивает. Давайте выясним, какое значение мы должны использовать для на самом деле , чтобы попасть в типичный диапазон 16-18 мА. R = 3 В / 0,016 А = 187,5 Ом. Это нестандартное значение резистора, поэтому давайте округлим его до 220.  (180 – это стандартное значение резистора, но поскольку мы пытаемся ограничить ток, лучше округлить его в большую, а не в меньшую сторону).

Мы начнем с этого резистора 220 Ом в нашей схеме, но мы также посмотрим, что произойдет, когда мы построим схему с другими значениями: 470 Ом, 2,2 кОм и 10 кОм.

Точки измерения напряжения цепи светодиода

Напряжение измеряется путем размещения щупов мультиметра параллельно цепи, как показано на схеме слева. Мы назовем наши точки измерения следующим образом…

• Vs = напряжение источника
• Vf = прямое напряжение светодиода
• GND = точка подключения черного провода мультиметра

 

Точки измерения тока цепи светодиода

Ток измеряется путем последовательного включения щупов мультиметра в цепь. Например, вот место, где я разместил датчики для моего счетчика для измерения текущего расхода. Обратите внимание, что +5 В теперь должен пройти через мультиметр, прежде чем он попадет на резистор. Значение, считанное цифровым мультиметром, будет «I», то есть текущим расходом.

 

Когда цепь подключена, красный светодиод радостно светится, как будто он не знает, что я отвечаю за ее благополучие. Вот где это становится интересным. Давайте сравним полученные нами числа с ФАКТИЧЕСКИМИ числами, которые мы измеряем…

Измерение	Vs	Vf	R	I
Расчет	5,00	2,00	220	0,014
Измерено	4,88	1,95	217	0,013

Наши измерения подтверждают то, что мы вычислили ранее. Конечно, цифры на немного отличаются от . Напряжение от источника питания Arduino 5 В немного низкое, прямое напряжение светодиода находится в ожидаемом диапазоне, а резистор имеет золотую полосу, что означает, что оно должно быть в пределах 5% от его номинального значения (так и есть) и измеренный ток находится в пределах 1 мА от ожидаемого. (Если вы выполните математические вычисления для определения «I», используя измеренные значения Vs, Vf и R, вы фактически получите 0,0135). В дополнение к компонентам, которые не совсем высокого класса, мои мультиметры чрезвычайно дешевы, поэтому их точность определенно под вопросом. Однако в худшем случае мы ошибаемся примерно на 5%, так что я могу это принять.

Теперь давайте поменяем местами резисторы с разными номиналами и посмотрим, что получится в итоге… 470 Ом Рассчитано 5,00 2,00 470 0,006 470 Ом Измерено 4,88 1,89 457 0,006 220 Ом Рассчитано 5,00 2,00 2200 0,001 220 Ом Измерено 4,88 1,79 2140 0,001 10K Рассчитано 5,00 2,00 10000 0,0003 10K Измерено 4,88 1,72 10010 0,0003

Довольно точно, а? И, как вы можете себе представить, яркость светодиода уменьшалась по мере увеличения сопротивления. Единственное, что кажется странным, это прямое напряжение. Почему это? Что ж, падение напряжения на светодиоде непостоянно, оно может меняться в зависимости от тока, и по мере увеличения номинала резистора мы делаем ОГРОМНОЕ изменение тока: с 14 мА при 220 Ом до 0,3 мА при 10 кОм. . Трудно понять эти ценности? Представьте, что у вас было 14 долларов, затем я заменил резистор, и теперь у вас есть 30 центов. Ключевым здесь является этот отрывок из одной из таблиц в таблице данных…

Диапазон прямого напряжения светодиода

Это говорит о том, что когда ток, протекающий через светодиод, составляет 20 мА, вы можете ожидать прямое напряжение между 1,8 В и 2,2 В. Если вы выйдете за пределы этого тестового условия, все ставки будут сняты. К счастью, не все таблицы данных одинаковы, и если бы мы использовали другой светодиод, например, Kingbright WP9294SEC-J3, вы могли бы найти в таблице данных следующую диаграмму… ударил ток около 10 мА, прямое напряжение не сильно изменилось, от 10 мА до 15 мА изменение прямого напряжения составляет что-то вроде 60 мВ, просто глядя на график.