Измерение напряжения и тока мультиметром — как делать нельзя.
Портативный цифровой комбинированный измерительный прибор или коротко – мультиметр, на сегодняшний день имеется практически в каждом доме.
Благо цена на простейшие модели (350р-1000р), которых за глаза хватает для бытового использования, позволяет приобрести его без серьезного урезания семейного бюджета.
При этом вовсе не обязательно быть радиолюбителем, чтобы научиться пользоваться данной коробочкой.
Однако любители в отличие от радиомастеров зачастую совершают такие глупые ошибки, которые могут привести не только к выходу из строя девайса, но и закончиться возгоранием этой маленькой штучки.
Как избежать этого, давайте разбираться в данной статье.
Как измерить силу тока в розетке и узнать, действительно ли она соответствует своим заявленным характеристикам (6А или 16А)? Типа воткнул щупы, а прибор тебе Амперы показывает.
Ответ – никак. Единственное, что можно измерить в розетке мультиметром – это переменное напряжение.
Да, иногда мультиметром проверяют в розетке целостность цепи или наличие КЗ в эл.проводке, путем прозвонки и проверки сопротивления приходящего кабеля.
Но для этого в эл.щитке должен быть отключен не только автомат розеток, но и вводной выключатель.
Во всех остальных случаях “сколько тока в розетке” вы не узнаете. Разве что проверите насколько хорошо работает защита в вашей эл.щитовой.
Вот наглядные последствия таких измерений на кончиках щупов, которые были вставлены в розетку для проверки силы тока. Ток оказался сильнее ��
А это последствия внутри самого мультиметра.
Обратите особое внимание — большинство дешевых китайских мультиметров вообще не измеряют переменный ток! Об этом говорят надписи на корпусе.
Возле разъемов для щупов, где написано 200мА и 10А нарисован значок прямой (-) или прерывистой пунктирной (. . .) линии. Он обозначает, что данный мультиметр может измерять только ПОСТОЯННЫЙ ИЛИ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ТОК (от батарейки, аккумулятора, блока питания и т.п.)
О розетках и бытовых приборах здесь и речи быть не может! «Переменка» обозначается волнистой линией (
Все современные мультиметры имеют внутри корпуса элемент питания, не важно какой именно – крону на 9V, пальчиковые батарейки или круглые “таблетки”.
Важно, чтобы вы знали, что если эта самая батарейка будет сильно разряжена, то прибор начнет безбожно врать и его погрешность составит десятки процентов в меньшую или большую сторону.
Поэтому, если показания на табло у вас вызывают сомнения, не нужно грешить на тестер и ругать дешевую китайскую продукцию, попробуйте просто заменить батарейку.
Есть приборы, которые прямо на табло показывают уровень заряда встроенного элемента питания.
Емкость пальчиковых или мизинчиковых батареек без мультиметра можно проверить тестом на прыгучесть.
Круглые таблетки проверяются светодиодами.
А вот для кроны понадобится уже другой мультиметр.
Прежде чем проводить какие-либо замеры мультиметром проверьте, отключили ли вы измеряемое оборудование от сети 220В (за исключением проверки схем в режиме вольтметра).
То же самое относится и к девайсам, питаемым от источника постоянного напряжения 12/24V. Казалось бы, вполне логичное правило и все его исполняют ��
Однако здесь есть один подвох. Обратите внимание, что в этом случае всегда нужно именно вытаскивать вилку из розетки, а не просто щелкать встроенным переключателем на переноске или самом приборе.
Дело в том, что такой выключатель зачастую разрывает не два провода (фаза и ноль), а всего один. Это касается удлинителей с двухполюсными (они более узкие), а не четырехполюсными выключателями.
И тут все будет зависеть, каким образом вы вставили вилку от переноски или сетевого фильтра в розетку. При одном положении будет разрываться фаза, а при другом – ноль!
Как вы понимаете, во втором случае фаза по-прежнему будет присутствовать на приборе, не зависимо от того, щелкнули вы выключателем на удлинителе или нет.
Что будет, если перепутать и замерить мультиметром напряжение в режиме силы тока? Как уже говорилось выше — ничего хорошего.
Объясняем физику процесса. Дело в том, что когда вы вставляете щупы в розетку, вы фактически через мультиметр соединяете фазу с нолем.
Чтобы не спровоцировать при этом КЗ, тестер должен иметь большое внутреннее сопротивление. Это как раз и достигается переключением прибора в положение “замер напряжения” и установкой щупов в правильные гнезда.
На практике R-мультиметра в этом положении может составить десятки мегаом. При замерах тока все совсем наоборот. Мультиметр в этом случае подключается последовательно нагрузке.
Ток, который начинает течь через тестер не должен искажаться и остаться таким же, каким он был бы и без мультиметра. Поэтому в режиме замера силы тока внутреннее сопротивление мультиметра очень мало.
Если в таком положении попытаться измерить напряжение, то это все равно что закоротить между собой фазный провод с нулевым.
Когда щупы находятся в разъемах COM и mA, сработает встроенный предохранитель.
А вот при нахождении второго щупа в разъеме 10А, все закончится гораздо печальнее. В самых дешевых китайских моделях, типа DT830B в этом положении у мультиметра вообще нет никакой защиты. Между гнездами COM и 10А стоит шунт!
Также будьте внимательны при измерениях переменного (АСV) и постоянного напряжения (DCV). Очень многие ставят переключатель вроде бы на вольты, но не замечают, что это постоянка (DCV).
После чего суют щупы в розетку.
Поэтому перед любыми измерениями десять раз перепроверяйте положение колесика режимов и куда вставлены сами щупы.
Даже опытные мастера советуют дополнительно маркировать эту риску сразу после покупки прибора.
Именно из-за этого некоторые производители начали делать переключатели с зеркальной шкалой, дабы 100% исключить эту ошибку.
Приборы с автовыбором и минимальным набором кнопок тоже не всегда спасают.
В более дорогих моделях мультиметров гнезда под щупы при неправильном выборе переключателя автоматически закрываются защитными шторками. Например, у HoldPeak HP890CN.
Если щупы уже стоят там, где не нужно, то вы просто не сможете провернуть колесико в неправильные режимы (защита от дурака). Подробнее
Можно ли измерить ток двигателя мультиметром? Можно, но при этом надо знать определенные нюансы.
Во-первых, мультиметр должен поддерживать режим замера переменного тока. Проверяйте это по надписям на корпусе девайса.
Возле значка в Амперах должна быть волнистая линия, а на табло высвечиваться надпись АС.
Во-вторых, любой асинхронный двигатель в момент пуска потребляет ток в 5-7 раз больше своих номинальных значений. Поэтому ориентироваться только по данным бирки двигателя никогда нельзя.
Замеряемый ток в момент пуска окажется гораздо больше, чем максимальный предел мультиметра (обычно max 10А). Хорошо, если прибор покажет значение OL (Over Limit) или 1. (единицу с точкой).
Это означает превышение предела. В худших ситуациях прибор может выйти из строя.
Можете воспользоваться однополюсным автоматическим выключателем, встроенным последовательно в цепь питания по одной из фаз. Мультиметр подключается параллельно ему.
В момент пуска весь ток первоначально пойдет через автомат. Когда двигатель разгонится и выйдет на заданный режим, автомат отключается (производится дешунтирование).
Номинальный ток меняет свой путь и начинает уже течь через мультиметр, на котором и фиксируются истинные показания.
Также можно воспользоваться дополнительными девайсами. Называются они clamp adaptor.
Подключаете через щупы такой внешний разъемчик и превращаете свой мультиметр в полноценные токоизмерительные клещи с возможностью измерения тока до 600А! Подробнее
Какое напряжение измеряет мультиметр действующее или амплитудное
Как вы помните из предыдущей статьи, переменное напряжение — это напряжение, которое меняется со временем. Оно может меняться с каким-то периодом, а может быть хаотичным. Но не стоит также забывать, что и переменное напряжение обладает своими особенными параметрами.
Среднее значение напряжения
Среднее значение переменного напряжения Uср — это, грубо говоря, площадь под осциллограммой относительно нуля за какой-то промежуток времени. Чтобы это понять, давайте рассмотрим вот такую осциллограмму.
Например,чему равняется среднее значение напряжения за эти два полупериода? В данном случае ноль вольт. Почему так? Площади S1 и S2 равны. Но все дело в том, что площадь S2 берется со знаком «минус». А так как площади равны, то в сумме они дают ноль: S1+(-S2)=S1-S2=0. Для бесконечного по времени синусоидального сигнала среднее значение напряжения также равняется нулю.
То же самое касается и других сигналов, например, двухполярного меандра. Меандр — это прямоугольный сигнал, у которого длительности паузы и импульса равны. В этом случае его среднее напряжение также будет равняться нулю.
Средневыпрямленное значение напряжения
Чаще всего используют средневыпрямленное значение напряжения Uср. выпр. То есть площадь сигнала, которая «пробивает пол» берут не с отрицательным знаком, а с положительным.
средневыпрямленное значение напряжения будет уже равняться не нулю, а S1+S2=2S1=2S2. Здесь мы суммируем площади, независимо от того, с каким они знаком.
На практике средневыпрямленное значение напряжения получить легко, использовав диодный мост. После выпрямления синусоидального сигнала, график будет выглядеть вот так:
Для того, чтобы примерно узнать, чему равняется средневыпрямленное напряжение, достаточно узнать максимальную амплитуду синусоидального сигнала Umax и сосчитать ее по формуле:
Среднеквадратичное значение напряжения
Чаще всего используют среднеквадратичное значение напряжения или его еще по-другому называют действующим. В литературе обозначается просто буквой U. Чтобы его вычислить, тут уже простым графиком не отделаешься. Среднеквадратичное значение — это значение постоянного напряжения, который, проходя через нагрузку (скажем, лампу накаливания), выделяет за тот же промежуток времени такое же количество мощности, какое выделит в этой нагрузке переменное напряжение. В английском языке среднеквадратичное напряжение обозначается так: RMS (rms) — root mean square.
Связь между амплитудным и среднеквадратическим значением устанавливается через коэффициент амплитуды Ka:
Вот некоторые значения коэффициента амплитуды Ka для некоторых сигналов переменного напряжения:
Более точные значения 1,41 и 1,73 — это √2 и √3 соответственно.
Как измерить среднеквадратичное значение напряжения
Для правильного замера среднеквадратического значения напряжения у нас должен быть мультиметр с логотипом T-RMS. RMS — как вы уже знаете — это среднеквадратическое значение. А что за буква «T» впереди? Думаю, вы помните, как раньше была мода на одно словечко: «тру». «Она вся такая тру…», «Ты тру или не тру?» и тд. Тру (true) — с англ. правильный, верный.
Так вот, T-RMS расшифровывается как True RMS — «правильное среднеквадратическое значение». Мои токоизмерительные клещи могут замерять этот параметр без труда, так как на них есть логотип «T-RMS».
мультиметр с True RMS
Проведем небольшой опыт. Давайте соберем вот такую схемку:
Выставим на моем китайском генераторе частоты треугольный сигнал с частотой, ну скажем, 100 Герц
генератор частоты
А вот осциллограмма этого сигнала. Внизу, в красной рамке, можно посмотреть его параметры
треугольный сигнал
И теперь вопрос: чему будет равно среднеквадратическое напряжение этого сигнала?
Так как один квадратик у нас равняется 1 Вольт (мы это видим внизу осциллограммы в красной рамке), то получается, что амплитуда Umax этого треугольного сигнала равняется 4 Вольта. Для того, чтобы рассчитать среднеквадратическое напряжение, мы воспользуемся формулой:
Итак, смотрим нашу табличку и находим интересующий нас сигнал:
.png)
Для нас не важно, пробивает ли сигнал «пол» или нет, главное, чтобы сохранялась форма сигнала. Видим, что наш коэффициент амплитуды Ka= 1,73.
Подставляем его в формулу и вычисляем среднеквадратическое значение нашего треугольного сигнала
Проверяем нашим прибором, так ли оно на самом деле?
Супер! И в правду Тrue RMS.
Замеряем это же самое напряжение с помощью моего китайского мультиметра
Он меня обманул :-(. Он умеет измерять только среднеквадратическое значение синусоидального сигнала, а у нас сигнал треугольный.
Самый интересный сигнал в плане расчетов — это двуполярный меандр, ну тот есть тот, который «пробивает пол».
Его амплитудное Umax, средневыпрямленное Uср.выпр. и среднеквадратичное напряжение U равняется одному и тому же значению. В данном случае это 1 Вольт.
Вот вам небольшая картинка, чтобы не путаться
среднее, среднеквадратичное и пиковое значения напряжения
- Сред. — средневыпрямленное значение сигнала. Это и есть площадь под кривой
- СКЗ — среднеквадратичное напряжение. Как мы видим, для синусоидальных сигналов, оно будет больше, чем средневыпрямленное.
- Пик. — амплитудное значение сигнала
- Пик-пик. — размах или двойная амплитаду. Или иначе, амплитуда от пика до пика.
Так что же все-таки показывает мультиметр при измерении переменного напряжения? Показывает он НЕ амплитудное, НЕ среднее и НЕ среднее выпрямленное напряжение, а среднее квадратическое, то есть действующее напряжение! Об этом всегда помним.
Действующее напряжение и амплитудное напряжение — что это, и в чем отличие
Все знают, что действующее напряжение в розетке 220 Вольт (230 по новым нормам, но для данной темы это не имеет особого значения). Это легко проверить при помощи мультиметра, который измерит разность потенциалов между фазой и рабочим нулевым проводником. То есть, при идеальных условиях, потенциал на нулевом проводе 0, а на фазном 220 Вольт. На самом деле все немного не так — переменный ток имеет синусоидальную форму с потенциалом на пиках 310 и -310 Вольт (амплитудное напряжение). Для того чтобы это увидеть, необходимо воспользоваться осциллографом.
Синусоида действующего и амплитудного напряжения
Понятно, что данный материал в большей степени ориентирован на простую аудиторию, у которой не то, что осциллографа нет, даже мультиметр наверняка не у каждого есть. Поэтому все примеры будут браться из среды программы Electronics Workbench, доступной каждому.
И первое, что нам нужно посмотреть — это синусоиду напряжения фазы из розетки. Для этого в программе отрисуем трехфазную сеть и подключим осциллограф к одной из фаз:
Как видно при показании вольтметра 219,4 Вольт между одной из фаз и PEN проводником, осциллограф показал синусоиду с амплитудой 309,1 Вольт. Это значение напряжения называется максимальным (амплитудным). А 219,4 Вольт, которые показывает вольтметр — это действующее напряжение. Его также называют среднеквадратичным или эффективным. И прежде чем перейти к рассмотрению данной особенности, кратко, простыми словами пройдемся по отрисованной схеме трехфазной сети и разберемся в природе синусоиды.
Начнем со схемы:
- Слева на право — три источника переменного напряжения с фазовыми углами 0, 120, 240 градусов и соединенными звездой.
- Резистор 4 Ом — это заземление нейтрали трансформатора.
- Резисторы по 0,8 Ом — условное сопротивление проводов, зависящее от сечения провода и длины линии.
- Резисторы 15, 10 и 20 Ом — нагрузка потребителей по трем фазам.
- К одной из фаз подключен осциллограф, показывающий амплитуду 309,1 Вольт.
Теперь рассмотрим синусоиду. Переменное напряжение в отличие от постоянного, график которого прямая на осциллографе, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. Причем изменения эти происходят периодически, то есть точно повторяются через равные промежутки времени.
Переменное напряжение генерируется на электростанциях и посредством повышающих и понижающих распределительных трансформаторов попадает к конечному потребителю. При этом трансформация по пути никак не сказывается на синусоиде напряжения.
Видео — действующее напряжение и амплитудное
С полным и наглядным изложением рассматриваемого вопроса вы можете ознакомиться в следующем видео:
Работа генератора трехфазного переменного тока
Рассмотрим упрощенно работу генератора трехфазного переменного тока. Обмотки статора (фазы А, В и С) генератора расположены под углом 120 градусов относительно друг друга. Ротор с магнитом вращаясь индуцирует в обмотках статора периодически изменяющиеся ЭДС. Выглядит это следующим образом:
Такое вращение происходит с частотой 50 оборотов в секунду, то есть с частотой 50 Герц. Это значит, что электроны движутся в течение 1 секунды 50 раз в одном направлении (положительный полупериод синусоиды), и 50 — в обратном (отрицательный полупериод), 100 раз проходя чрез нулевое значение. Получается, что к примеру обычная лама накаливания, включенная в сеть с такой частотой, будет затухать и вспыхивать примерно 100 раз за секунду, однако мы этого не замечаем в силу особенностей своего зрения.
Определение действующего напряжения
Теперь непосредственно о том, почему произошел переход от максимального, амплитудного значения напряжения 310 Вольт к действующему 220 Вольт. Ответ можно найти в самом определении.
Действующее (эффективное или среднеквадратичное) значение напряжения — это такое напряжение постоянного тока, которое на такой же резистивной нагрузке выделит такую же мощность, как измеряемое переменное напряжение. Соответственно, действующее значение силы тока — такое значение силы постоянного тока, при прохождении которого через резистивную нагрузку выделится такая же мощность, что и при прохождении измеряемого тока.
Можно сформулировать и немного иначе. Действующее значение переменного тока равно величине такого постоянного тока, который за время, равное одному периоду переменного тока, произведет такую же работу (тепловой или электродинамический эффект), что и рассматриваемый переменный ток.
Общая формула расчета действующего напряжения произвольной формы следующая:
Объяснение действующего напряжения
Определение и формула — это хорошо. Но лучше все понять на наглядном примере. Объяснить все можно через мощность. Причем есть сложный для восприятия способ и более простой, который мы и рассмотрим далее.
Нам нужно взять один период синусоиды переменного напряжения, на этом промежутке построить синусоиду переменного тока и проанализировать мощность. Начнем с периода синусоиды переменного напряжения. Здесь же построим синусоиду переменного тока с учетом условной резистивной нагрузки (например, лампочки). По закону Ома сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление.
Точные значения в конкретный момент при данном объяснении не принципиальны, поэтому все построения приблизительные. Естественно нужно понимать, что деля напряжение на сопротивление, мы получим синусоиду переменного тока с амплитудой в R раз меньшей, чем у напряжения. R – это значение сопротивления.
Теперь по двум синусоидам строим график мощности по формуле мощность равна силе тока умноженной на напряжение (P = I × U). Так как напряжение и ток имеют общие нулевые точки, то график мощности не будет заходить в отрицательную область. То есть сила тока со знаком «+» и напряжение со знаком «+» дадут мощность со знаком «+», так же как и сила тока со знаком «-» и напряжение со знаком «-» дадут мощность со знаком «+».
Анализируя полученный график можно отметить, что мощность пульсирующая. Она поднимается до максимального значения и падает до нуля, потом опять поднимается и снова падает. Как на эти колебания мощности реагируют электроприборы? Никак. Поскольку частота переменного тока 50 Герц, то эти колебания происходят очень быстро. Электроприборы откликаются не на максимальные и минимальные значения мощности, а на усредненные. То есть берется максимальное значение мощности и делится на два. Это значение называется действующим и находится по следующей формуле:
Pд = (Imax × Umax) / 2, где Pд — мощность действующая, Imax — сила тока максимальная, Umax — напряжение максимальное.
Двойку можно представить в виде корень из двух умножить на корень из двух. Получаем Действующее значение мощности = сила тока максимальная деленная на корень из двух умноженная на напряжение максимальное деленное на корень из двух (Pд = (Imax/√2) × (Umax/√2)).
Соответственно сила тока максимальная деленная на корень из двух — это действующее значение силы переменного тока, а напряжение максимальное деленное на корень из двух – это действующее значение переменного напряжения.
И действительно, если мы возьмем максимальное напряжение из предыдущего примера 309,1 Вольт и разделим на корень из двух, то получим действующее напряжение (то, которое показывает вольтметр) 219,4 Вольт.