Как измерить ток (теория)

Для тех, кто часто сталкивается на практике с измерением тока в электрических цепях, этот вопрос не вызывает напряжения нейронов головного мозга. Что делать, если Вы начинающий радиолюбитель или очень не опытный молодой электрик, и в тщетных попытках угадать методику данного загадочного процесса уже спалили пару тестеров, и ой как не хочется жечь третий? Эта статья поможет Вам научиться правильно понять методы измерения электрического тока в электрических цепях, и понять, почему иногда горят измерительные приборы.

Для того, что бы знать, как измерить ток, нужно хорошо представлять, что это за параметр и какими свойствами обладает. О том, что такое электрический ток, мы уже рассматривали здесь.

На самом деле (открою Вам секрет), прибора, способного измерить электрический ток напрямую не существует. Как же люди тогда измеряют электрический ток? спросите Вы. Очень просто - косвенно. Что же это значит? Рассмотрим простую схемку, рис.1.

Рисунок 1.

На схеме мы видим всего один элемент - резистор, подключенный к источнику питания GB1. Как мы уже знаем, источник питания создаёт электрическую разность потенциалов, благодаря чему, в любом проводнике, подключенном к клеммам источника питания, будет протекать электрический ток. Резистор R1 в нашем случае представляет из себя проводник электрического тока, который имеет свойство оказывать значительное сопротивление движению электронов через себя. Понаблюдав это свойство сопротивления проводников, в 1826 году учёный Ом Георг Симон заметил очень важную линейную закономерность между параметрами, влияющими на процессы в электрических цепях и сформулировал закон, который в последствии и по сих пор носит его имя - закон Ома. Этот закон говорит о том, что сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка. Закон Ома можно представить выражением:

Открою Вам ещё один небольшой секрет - закон Ома справедлив не только в электрических цепях, но так же с успехом используется в гидравлике.

Так вот, пользуясь этой закономерностью, зная величину сопротивления и напряжения на нашем резисторе, мы с лёгкостью можем рассчитать величину тока, протекающего через него. С вольтметром мы уже знакомы. Подключаем его параллельно резистору R1, и измеряем на нём напряжение. Предположим, что оно будет равно напряжению источника питания - 12В. В этом случае, зная величину сопротивления резистора - 100 Ом, мы вычисляем величину тока, протекающего через него - I=12/100=0,12 Ампера (А).

Вот это и есть тот самый косвенный метод измерения электрического тока. Т.е. мы косвенно оцениваем величину тока по величине падения напряжения. Измеряя напряжение на сопротивлении, и путём не хитрого вычисления определяем, какой ток соответствует этому напряжению.

Но как быть, когда мы не знаем, какую величину сопротивления имеет наш резистор? Ведь, даже зная напряжение на нём, мы не сможем вычислить ток. Просто! Давайте в цепь нашей схемы включим ещё один резистор с неизвестным сопротивлением - рисунок 2.

Рисунок 2.

Сопротивлением вольтметра PV1 пренебрегаем, поскольку оно очень велико по сравнению с сопротивлением резистора R1 и не окажет заметного влияния на наши измерения. И тогда, в данном случае через последовательно включенные резисторы R2 и R1 будет течь один и тот же электрический ток. Т.е. теперь, вычислив величину тока на резисторе R1 мы точно можем сказать, что через резистор R2 протекает тот же самый ток. Предположим, что вольтметр показал значение 2В. Вычисляем ток - I=2/100=0,02 A.

Мы научились измерять ток в электрической цепи, но наш способ не удобен тем, что при каждом измерении нам приходится производить вычисление. Сейчас эту задачу легко решает цыфровая электроника. Раньше это было решено ещё проще - градуировкой шкалы вольтметра. Представьте, что у Вас есть вольтметр и есть резистор с каким-то сопротивлением. Включаем их по схеме как в нашем случае PV1 и R1. По тому же закону Ома вычисляем, какое напряжение должно быть на резисторе при токе, например, 0,1А - U=I*R=0,1*100=10В; 0,2А - U=I*R=0,2*100=20В; 0,3А - U=I*R=0,3*100=30В и т.д. На шкале вольтметра на соответствующих рисках рисуем метки 0,1; 0,2; 0,3 и т.д. И теперь, мы сразу можем ориентироваться, какая величина тока у нас получилась при измерении, не прибегая к вычислениям. Единственным недостатком такого прибора является то, что он имеет своё сопротивление, и включение его в цепь последовательно с другим элементом вносит некоторые изменения в результат измерения, который может отличаться от реальной величины. Для этого на практике используют резисторы с очень малым сопротивлением, которые называют шунтами. Такой шунт имеет столь малое сопротивление, что его влиянием на измеряемые электрические цепи пренебрегают, поскольку оно не заметно.

На самом деле, описанный выше прибор можно смело назвать Амперметром, но это тема уже отдельного разговора.

О практике измерения электрического тока мы поговорим уже в другой раз.

Google