Измерение силы тока в электрических сетях. Что такое ток

Сила тока измеряется в амперах и характеризует нагрузку электрических сетей. Необходимость измерения силы тока возникает для проверки, является ли нагрузка на кабель допустимой. Для монтажа электропроводок используются кабели различных сечений. Допустимыми токами для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, проложенных по воздуху, являются:

При превышении нагрузки кабельной линии допустимой, кабель будет нагреваться, а его изоляция – разрушаться. В итоге это приведет к короткому замыканию, а кабель придется менять на новый.

Поэтому после замены кабелей измеряют ток, протекающий через него при подключении всех электроприборов. Если электропроводка старая, то при подключении к ней дополнительной нагрузки тоже нужно проверить, соответствуют ли токи в ней допустимым значениям.

При максимальной нагрузке электропроводки можно проверить, соответствует ли ток через автоматические выключатели их номинальным данным. При превышении номинального тока автомата его срабатывание от перегрузки неизбежно.

Измерение силы тока требуется для определения режимов работы электроприборов. Измерение токов нагрузки электродвигателей производится не только для контроля их исправности (токи во всех фазах должны быть одинаковы), но и для определения наличия перегрузки из-за повышенного момента на валу. Для обогревателя измерение тока покажет, все ли греющие элементы у него исправны. Только измерением тока нагрузки можно выяснить, заработал ли теплый пол.

Мощность электрического тока

Мощность – это работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Измеряется она в Ваттах (Вт, W). Измерить мощность напрямую теоретически можно, но для этого применяются специальные приборы – ваттметры, измеряющие ток через нагрузку и напряжение на ней. Показания они выдают в Ваттах, но подключить их слишком сложно. Поэтому они применяются для измерений в заранее определенных узлах электрической сети, подключаясь к ним раз и навсегда.

Для бытового применения мощность рассчитывается после измерений потребляемого нагрузкой тока и величины напряжения на ней, которую для простоты можно принять равной 220 в.

Не всегда этот метод дает точные результаты. При наличии в нагрузке индуктивного сопротивления на активную мощность оказывает влияние коэффициент мощности. Некоторые электроприборы потребляют ток несинусоидальной формы (светодиодные и энергосберегающие лампы, компьютерная и телевизионная техника), который не все измерительные приборы, рассчитанные на измерение переменного напряжения, измеряют правильно.

Приборы для измерения силы тока

Измерить ток можно, используя такие приборы:

— амперметры . Как и ваттметры, они применяются для стационарных измерений.

— мультиметр – многофункциональный прибор с цифровым жидкокристаллическим дисплеем ();

— тестер – прибор, измеряющий несколько величин, но, в отличие от мультиметра, имеющий стрелочный указатель;

— токоизмерительные клещи – прибор, позволяющий измерять ток без разрыва электрической цепи.

Методы измерения силы тока

В отличие от измерения напряжения ток измеряется не при параллельном подключении прибора к нагрузке, а при последовательном. Это означает, что измерительный прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания однофазного потребителя. При трехфазном питании то же самое нужно проделывать для каждой из фаз. В этом случае ток в нулевом проводе не измеряется, так как при симметричной нагрузке он равен нулю. Иногда требуется измерить ток в нулевом проводнике, но для группы потребителей отключения нуля для производства измерений невозможно.

Все эти причины приводят к тому, что тестеры и обычные мультиметры редко применяют для измерения силы тока. Их можно использовать только для одиночного потребителя или при измерениях на постоянном токе.

Во всех остальных случаях применяются токоизмерительные клещи или мультиметры, имеющие их в своем составе. Для измерений достаточно нажатием на клавишу разжать клещи, поместить внутрь измерительного контура проводник с измеряемым током и отпустить клавишу. Магнитопровод клещей замкнется и на дисплее (есть клещи со шкалой и стрелкой) отобразится измеряемое значение.

При использовании токоизмерительных клещей нужно внимательно следить, чтобы внутрь магнитопровода попал только проводник, в котором измеряется ток. При попадании внутрь двух проводников и более клещи будут измерять сумму токов в них, причем еще и векторную. Это означает, что поместив внутрь магнитопровода клещей двухжильный кабель с нагрузкой, мы измерим ток, равный нулю. Клещи, как и УЗО, сложат уходящий по фазному проводнику ток в сторону нагрузки и тот же ток с обратным знаком, возвращающийся обратно.

Клещи предназначены только для измерения переменного тока. На постоянном токе попытка их применения приведет к тому, что магнитопровод замкнется с непреодолимой силой. Разжать его руками не получится до тех пор, пока ток не будет отключен.

На протяжении многих столетий человечество пыталось понять, что такое ток. Сегодня же ученые дали конкретное определение этому физическому явлению. Так что на самом деле является током, а так же в чем измеряются его показатели?

Еще из школьного курса физики нам известно, что электрическим током принято считать ни что иное, как движение частиц, имеющих заряд в определенном направлении, в определенном проводнике. Чтобы такое движение могло возникнуть, требуется наличие электрического поля. В то же время заряженные частицы же могут возникать повсеместно, благодаря тесному контакту, который бывает между различными веществами.

Заряды способны совершать свободные движение между самыми разными частицами в проводниках или же не иметь возможности передвигаться в изоляторах. В качестве проводника выступают металлы, солевые и кислотные растворы. Примером изолятора являются многие газы. Так же не пропускают электрический заряд эбонит, кварц, янтарь, некоторые искусственные материалы: поливинилхлорид, полиэтилен и т.д.

Для измерения тока используются различные параметры, к которым относят: напряжение, силу, сопротивление, мощность, частоту и т.д. Рассмотрим основные из них.

Сила тока

Так называется физическая величина, поддающаяся измерению. Она равна отношению между количеством имеющегося электрического заряда, которое способно пройти сквозь проводник, точнее его поперечное сечение за установленный промежуток времени относительно величины этого временного промежутка. Физики для измерения этой величины используют единицу, которая имеет название Ампер (А).

Мощность тока

Мощностью принято называть работу, которую выполняют частицы тока относительно сопротивлению электричества. В результате такой работы выделяется тепловая энергия. Можно так же сказать, что мощность тока – то количество тепловой энергии, которое выделяется за установленный промежуток времени. В физике принято измерять мощность в единицах, которые имеют название Ватты (Вт).

Напряжение

Это понятие определяет отношение работы тока, которая осуществляется относительно заряда на отдельно взятом участке электроцепи. Так как единицей измерения заряда принято считать Кулон (Кл), а работы – Джоуль (Дж), то для измерения напряжения используют единицу 1Дж/1Кл, которая равна 1 Вольту (В).

Сопротивление электричества

При проведении различных экспериментов с электрическим током, Георг Ом отметил, что в зависимости от используемых электрических цепей, приборы показывают разную силу тока. Так было появилось доказательство того, что каждый проводник имеет свое сопротивление. Для его расчета длину проводника нужно разделить на площадь его сечения. Единицей измерения сопротивления принято считать Ом.

Уже из названия становится понятно, что постоянным током называют тот, который независимо от внешних факторов не меняет направления и частоты. Так как у постоянного тока нет частоты, поэтому принятой считать ее нулевой.

Соответственно, переменный ток – ток способный изменять свою величину и направление за обозначенную единицу времени. Его частотой называют число циклов изменения за определенный промежуток времени. Эта величина измеряется в Герцах (Гц).

Электрический ток

Электрическим током называется упорядоченное направленное движение электрически заряженных частиц.

Мы с вами знаем, что заряда без частицы не может быть. Поэтому, направленное упорядоченное движение и будет у нас представлять не что иное, как электрический ток.

Стоит отметить, что электрический ток - это не просто движение направленное и упорядоченное, надо себе достаточно точно представлять, что же это такое. И в таком случае можно сказать следующее, что движение зарядов, конечно же может быть хаотично, беспорядочно, но на это хаотично и беспорядочное движение, накладывается еще одно движение, которое определяет смещение всех частиц по определенному направлению.

Вот такое движение и надо себе представлять, как электрический ток. То есть заряженные частицы движутся беспорядочно, но в этом движении есть смещение частиц в конкретном направлении. И как раз такое движение и будет не чем иным, как электрическим током.

Разумеется, нужно отметить тот факт, что частицы могут быть заряжены по-разному. Это могут быть и отрицательно заряженные частицы. Чаще, конечно, это электроны, а могут быть и положительно заряженные частицы - ионы. Но, конечно же, бывают и отрицательно заряженные ионы, которые тоже способны определять электрический ток.

Кроме этого следует сказать еще о том, что когда мы с вами какое-либо тело зарядим, то есть сообщим заряд этому телу, и это тело будет двигаться у нас в пространстве, то и такое движение можно назвать электрическим током.

Другими словами, если например, движется заряженный шарик, то этот шарик, конечно же, обладает зарядом, и соответственно он будет определять электрический ток.

Давайте рассмотрим простейший случай электрического тока. Этот электрический ток мы называем постоянным, то есть, когда электрические заряды не меняют свое направление движения и передвигаются с постоянной скоростью и при этом ток своего значения не изменяет, то, следовательно, этот ток является постоянным.

Сила тока

Для характеристики электрического тока применяют такую величину, как сила тока. Обозначают эту силу большой латинской буквой – I, а измеряют силу тока в амперах.

Однако для определения понятия "сила тока", нам нужно рассмотреть действия силы тока. Но, сам электрический ток мы с вами видеть не имеем возможности, а можем говорить о нем, когда наблюдаем его в действии.

Тепловое действие

В первую очередь, понятное дело, это действие тепловое. Вот тепловое действие тока и стоит на первом месте, потому что встречается чаще других. Что же это за такое действие? Выясняется, что если электрический ток проходит по проводнику, то проводники нагреваются. Вот это тепловое действие лежит в основе очень многих электронагревательных приборов.

Химические действия

На втором месте стоит, так называемое химическое действие. Оказывается, если ток протекает по некоторым проводникам, то меняется их химический состав и такое действие называют химическим действием.

Магнитное действие

И наконец-то третье действие, которое очень часто нам встречается – это магнитное действие электрического тока. Вот именно магнитное действие и положено в основу измерения определения того, что же такое сила тока.

Конечно же, силу тока определяют заряды, которые проходят или протекают через поперечное сечение проводника за единицу времени. Следовательно, сила тока будет определяться отношением количества электричества, которое прошло через поперечное сечение за единицу времени или за интервал времени.

Сила тока, как мы уже говорили, обозначается латинской буквой I и определяется она следующим образом, как отношение количества электричества, которое прошло через поперечное сечение проводника к промежутку времени, за которое этот заряд прошел через сечение проводника.

А сила тока измеряется в амперах. Обозначение Ампера появилось в честь физика Андре Мари Ампера из Франции, который достаточно много посвятил в своих работах изучению вопросов об электрическом токе. И еще важно знать, что 1 ампер является отношением количества электричества в один Кулон, прошедшего через сечение данного проводника за одну секунду.

Следует понимать, что электрический ток в таком случае может характеризоваться скоростью движения электрического заряда. Сила тока как раз и будет той самой характеристикой, которая определяет быстроту прохождения заряда через поперечное сечение данного проводника.

Прибор для измерения тока

Прибор для измерения силы тока называется амперметр. На данном приборе всегда ставится символ в виде буквы «А», которая говорит нам о том, что назначение этого прибора - измерение силы тока. На схеме амперметр, обозначается кружочком, в котором внутри ставится буква «А». А вот данные две черты обозначают соединительные провода, при помощи которых амперметр подключают в электрическую цепь. Амперметр подключается в цепь последовательно, так чтобы весь электрический ток прошел через этот прибор.

Электрический ток можно сравнить с движением воды по трубе. А вот амперметр в таком случае, будет прибором, который измеряет скорость течения этой воды по трубе.

Каждый из нас не единожды наблюдал за птицами, беззаботно сидящими на электрических проводах. А знаете, почему сидящие на проводах пернатые не гибнут? Оказывается, что по их телу проходит ничтожно малый ток. Но если, же она коснется какого-либо заземленного предмета, то ее моментально убьет током.

А известно ли вам, что многие животные имеют такую способность, как вырабатывать электрический ток. Обороняясь от врагов, электрический угорь способен выработать электрический ток, который имеет напряжение до 500В.

Между прочим, тело человека также способно вырабатывать электроэнергию, в частности на такой подвиг способна сердечная мышца. Благодаря таким сердечным способностям, с помощью электрокардиограммы, можно измерить ритм биения сердца.

Также интересным явлением из области электричества, является то, что при попадании в человека разряда молнии, у него на теле появляется довольно таки особенный рисунок, который еще называют фигурой Лихтенберга.

А вот в период, когда человек только начинал заниматься исследованиями электрических явлений, но при этом еще даже не знал о существовании специальных приборов, он ради науки приносил в жертву свое здоровье, а иногда и жизнь. Так однажды ученый-физик В. Петров, который исследовал явление электрической дуги, пошел на такую жертву и срезал слой кожи на пальцах, чтобы была возможность лучше чувствовать слабые токи.

Знаете ли вы, что древние римляне додумались лечить болезни с помощью электричества. Они нашли выход, как можно избавиться от головной боли. Для этих целей, на голову больного накладывали электрического угря. Конечно, сказать об эффективности такого лечения очень трудно, так как больной после такой процедуры уверял, что все прошло, или же боялся признаться, что у него болит голова.

. Ток или силу тока определяют количеством электронов, проходящих через точку или элемент схемы в течение одной секунды. Так, например, через нить накала горящей лампы накаливания карманного фонаря ежесекундно проходит около 2 000 000 000 000 000 000 (два триллиона) электронов. Однако на практике измеряется не количество электронов, а их движение, выраженное в амперах (А).

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

Помимо ампера применяют и более мелкие единицы силы тока: миллиампер (мA), равный 0,001 А, и микроампер (мкA), равный 0,000001 А или 0,001 мА. Следовательно: 1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА .

1. Прибор для измерения силы тока.

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

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

Для измерения тока амперметр включается непосредственно в цепь последовательно с нагрузкой , то есть в разрыв цепи питания нагрузки. Таким образом, на время измерения амперметр становится как бы еще одним элементом электрической цепи, через который протекает ток, но при этом в схему амперметр никаких изменений не вносит. На рисунке ниже изображена схема включения миллиамперметра в цепь питания лампы накаливания.

Также надо помнить, что амперметры выпускаются на разные диапазоны (шкалы), и если при измерении использовать прибор с меньшим диапазоном по отношению к измеряемой величине, то прибор можно повредить. Например. Диапазон измерения миллиамперметра составляет 0…300 мА, значит, силу тока измеряют только в этих пределах, так как при измерении тока свыше 300 мА прибор выйдет из строя.

2. Измерение силы тока мультиметром.

Измерение силы тока мультиметром практически ни чем не отличается от измерения обыкновенным амперметром или миллиамперметром. Разница состоит лишь в том, что у обычного прибора всего один диапазон измерения, рассчитанный на определенную максимальную величину тока, тогда как у мультиметра диапазонов несколько, и перед измерением приходится определять каким из диапазон пользоваться в данный момент.

Обычные мультиметры, не профессиональные, рассчитаны на измерение постоянного тока и имеют четыре поддиапазона, что на бытовом уровне вполне достаточно. У каждого поддиапазона есть свой максимальный предел измерения, который обозначен цифровым значением: 2m , 20m , 200m , 10А . Например. На пределе «20m » можно измерять постоянный ток в диапазоне 0…20 мА.

Для примера измерим ток, потребляемый обычным 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 называют плюсовым , и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых параметров: «VΩmA »;
черный щуп является минусовым или общим и вставляется он в гнездо, напротив которого написано «СОМ ». Относительно этого щупа производятся все измерения.

В секторе измерения постоянного тока выбираем предел «2m », диапазон измерения которого составляет 0…2 мА. Подключаем щупы мультиметра согласно схеме и затем подаем питание. Светодиод загорелся, и его потребление тока составило 1,74 мА. Вот, в принципе, и весь процесс измерения.

Однако этот вариант измерения подходит тогда, когда величина потребления тока известна. На практике же часто возникает ситуация, когда необходимо измерить ток на каком-либо участке цепи, величина которого неизвестна или известна приблизительно. В таком случае измерение начинают с самого высокого предела.

Предположим, что потребление тока светодиодом неизвестно. Тогда переключатель переводим на предел «200m », который соответствует диапазону 0…200 мА, и после этого щупы мультиметра включаем в цепь.

Затем подаем напряжение и смотрим на показания мультиметра. В данном случае показания тока составили «01,8 », что означает 1,8 мА. Однако нолик впереди указывает на то, что можно снизиться на предел «20m ».

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

Часто бывает ситуация, когда при измерении тока или напряжения на индикаторе появляется единица . Единица говорит о том, что выбран низкий предел измерения и он меньше величины измеряемого параметра. В этом случае необходимо перейти на предел выше.

Также может возникнуть момент, когда измеряемый ток выше 200 мА и необходимо перейти на предел измерения «10А ». Однако здесь есть нюанс, который надо запомнить. Помимо того, что переключатель переводится на предел «10А », еще также необходимо переставить плюсовой (красный) щуп в крайнее левое гнездо, напротив которого стоит цифро-буквенное значение «10А», указывающее, что это гнездо предназначено для измерения больших токов.

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

Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать об измерении тока мультиметром. Главное понимать, что при вольтметр подключается параллельно нагрузке или источнику напряжения, тогда как при измерении силы тока амперметр включается непосредственно в цепь и через него протекает ток, которым питаются элементы схемы.

Ну и в качестве закрепления прочитанного предлагаю посмотреть видеоролик, в котором на примере схем рассказывается об измерениях напряжения и силы тока мультиметром.