Электроника:Эксперименты/Основные концепции и испытательное оборудование/Использование амперметра при измерении силы тока

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Использование амперметра при измерении силы тока

Оборудование и материалы

• 6-вольтовая батарея
• Лампа накаливания 6 вольт

С этого эксперимента подразумевается, что основные компоненты конструкции схемы, такие как беспаечная макетная плата, клеммная колодка и перемычки, по умолчанию входят в перечень необходимого. В списке будут упоминаться только то оборудование и материалы, которые являются уникальными для конкретного проекта.

Ссылки по теме

• «Уроки по электрическим цепям», том 1 «Постоянный ток», глава 1: «Основные концепты электричества»
• «Уроки по электрическим цепям», том 1 «Постоянный ток», глава 8: «Измерения в электрических цепях постоянного тока»

Цели эксперимента

• Измерить силу тока с помощью мультиметра
• Проверить внутренний предохранитель мультиметра
• Правильно выбрать диапазон измерения

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: источник питания, лампа, мультиметр (используемый как амперметр).

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: источник питания, лампа, мультиметр (используемый как амперметр).

Ход эксперимента

Сила тока – это мера скорости «потока» электронов в цепи. Измеряется в амперах (А).

Наиболее распространённый способ измерения тока в цепи — разомкнуть цепь и подключить «амперметр» последовательно (в одну линию с остальными компонентами) к цепи, чтобы все электроны, протекающие по цепи, также проходили и через измеритель.

Поскольку измерение силы тока таким образом требует, чтобы измеритель был частью цепи, это более сложный тип измерения, чем измерение напряжения или сопротивления.

Некоторые цифровые счётчики, такие как устройство, показанное на рисунке, имеют отдельный разъём для подключения красного штекера измерительного провода при измерении тока.

Другие измерители, как и большинство недорогих аналоговых мультиметров, используют одни и те же разъёмы для измерения напряжения, сопротивления и силы тока.

Чтобы не ошибиться с разъёмами, уточните в руководстве пользователя конкретной модели для получения подробной информации об измерении силы тока.

Когда амперметр включён последовательно с цепью, в идеале он не приводит к дополнительному падению напряжения, когда через него проходит ток.

Другими словами, он действует как просто кусок проволоки с очень небольшим сопротивлением от одного тестового щупа к другому.

Следовательно, амперметр будет действовать как короткозамкнутый участок цепи, если его подключить параллельно (через клеммы) к существенному источнику напряжения. Если это сделать, произойдёт скачок силы тока, что может привести к повреждению самого измерителя:

Рис. 3. Если щупы амперметра подсоединить к клеммам батареи, это приведёт к короткому замыканию.

Использование предохранителя в цепи

Амперметры обычно защищены от чрезмерного тока с помощью небольшого предохранителя, расположенного внутри корпуса счётчика.

Если амперметр случайно подключить к источнику высокого напряжения, от результирующего скачка силы тока «сгорит» предохранитель, что сделает счётчик неспособным измерять ток, пока предохранитель не будет заменён.

Будьте очень осторожны, чтобы избежать этого сценария! Вы можете проверить состояние предохранителя мультиметра, переключив его в режим сопротивления и измерив непрерывность цепи через щупы (а также и через предохранитель).

На измерителе, где одни и те же разъёмы измерительных проводов используются как для измерения сопротивления, так и для измерения силы тока, просто оставьте разъёмы измерительных проводов на месте и соедините оба щупа между собой (см. рис. 4 ниже).

В измерителе, где используются разные разъёмы, вставьте вилки измерительных проводов для проверки предохранителя следующим образом:

Рис. 4. Проверка состояние предохранителя (для сопротивления и силы тока используются разные разъёмы).

Соберите схему с одной батареей и одной лампой, используя перемычки для подключения батареи к лампе, и убедитесь, что лампа загорается, прежде чем подключать счётчик последовательно с ней.

Затем разомкните цепь в любой точке и подключите измерительные щупы счётчика к двум точкам разрыва для измерения силы тока.

Как обычно, если диапазон вашего измерителя устанавливается вручную, начните с выбора самого высокого диапазона силы тока, затем перемещайте селекторный переключатель в положение более низкого диапазона до тех пор, пока на дисплее измерителя не будет получена самая чёткая индикация без выхода за диапазон. Если показания прибора «обратные» (аналоговая стрелка отклоняется влево или на цифровом дисплее минус), поменяйте местами соединения измерительных щупов и повторите попытку.

Когда амперметр показывает нормальные показания (не «обратные»), электроны входят в чёрный щуп и выходят из красного.

Вот как вы определяете направление тока с помощью измерителя.

Для 6-вольтовой батареи и небольшой лампы ток цепи будет в пределах тысячных долей ампера, или миллиампер.

Цифровые счётчики часто показывают маленькую букву «m» в правой части дисплея, чтобы обозначить данную метрическую приставку «милли-».

Попробуйте разорвать цепь в другом месте и там вставить счётчик. Что вы заметили в величине измеренного тока? Как вы думаете, почему это так?

Соберите начальную схему на макетной плате следующим образом:

Рис. 5. Первоначальная схема, собранная на беспаечной макетной плате.

Подключение амперметра к макетной плате: советы и рекомендации

Студенты часто путаются при подключении амперметра к макетной плате.

Как можно подключить счётчик, чтобы перехватить весь ток цепи и не создать короткого замыкания? Один простой метод, который гарантирует успех, заключается в следующем:

• Определите, через какой провод или клемму компонента вы хотите измерить ток.
• Вытащите этот провод или клемму из отверстия макетной платы. Оставьте его свободно висеть.
• Вставьте запасной кусок провода в отверстие, из которого вы только что вытащили другой провод или клемму. Оставьте другой конец этого провода свободно висеть.
• Подсоедините амперметр к двум неподключенным концам провода (тем двум, которые свободно висят). Теперь вы можете быть уверены в измерении силы тока через первоначально идентифицированный провод или клемму.

Рис. 6. Безопасный способ избежать короткого замыкания в нашей цепи.

Снова измерьте ток в разных проводах этой цепи, следуя той же процедуре подключения, которая описана выше.

Что вы заметили в этих измерениях силы тока? Результаты в макетной схеме должны быть такими же, как и в обычной схеме (без использования макетной платы).

Результаты эксперимента

Построение той же схемы на клеммной колодке также должно дать аналогичные результаты:

Рис. 7. Первоначальная схема, собранная на клеммнике.

Значение тока 24,70 миллиампер (24,70 мА), показанное на иллюстрациях, является произвольной величиной, приемлемой для небольшой лампы накаливания.

Если ток для вашей цепи имеет другое значение, это нормально, пока лампа работает, когда счётчик подключён.

Если лампа отказывается загораться, когда счётчик подключен к цепи, а измеритель регистрирует гораздо большее показание, возможно, у вас произошло короткое замыкание через амперметр.

Если ваша лампа отказывается зажигаться, когда счётчик подключён к цепи, при этом регистрируется нулевой ток, у вас, вероятно, перегорел предохранитель в амперметре.

Тогда проверьте состояние предохранителя вашего измерителя, как описано ранее в этом разделе, и при необходимости замените предохранитель.