Strommessung

Gleichstrommessung

In der Elektronik ist es häufig erforderlich, Gleichströme zu messen. Aus diesem Grund können viele meist billige Multimeter nur Gleichstrom messen. Der Messbereich des Wechselstroms liegt bei einigen Modellen von Multimetern, die teurer sind. Diesen Angaben kann jedoch nur vertraut werden, wenn der Strom eine sinusförmige Form hat und die Frequenz 50 Hz nicht überschreitet.

Amperemeter-Anforderungen

Jedes Messgerät gilt als gut, wenn es keine Verzerrungen in die Messgröße einführt oder vielmehr so ​​wenig wie möglich einführt. Für ein Voltmeter ist dies eine hohe Eingangsimpedanz, da es parallel zu einem Abschnitt der Schaltung geschaltet ist. An dieser Stelle sei daran erinnert, dass bei einer Parallelschaltung der Gesamtwiderstand des Abschnitts abnimmt.

Amperemeter ist in der Unterbrechung des Stromkreises enthaltenDaher ist für ihn eine positive Qualität im Gegensatz zu einem Voltmeter nur ein niedriger Innenwiderstand. Je kleiner, desto besser, insbesondere bei der Messung niedriger Ströme, die elektronischen Schaltkreisen eigen sind. Der aktuelle Messvorgang ist in Abbildung 1 dargestellt.

Das Diagramm zeigt einen einfachen Stromkreis, der aus einer galvanischen Batterie und zwei Widerständen besteht und nur zur Durchführung von Experimenten zur Strommessung geeignet ist. Zunächst sollten Sie auf die Polarität des Geräts achten, diese muss mit der Stromrichtung übereinstimmen, die durch Pfeile angezeigt wird.

Die Abbildung zeigt ein Zeigergerät, das nicht in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Bei einem Digitalmultimeter spielt die Richtung des Stroms keine Rolle. Wenn es falsch angeschlossen ist, wird einfach ein Minuszeichen angezeigt, und der Konflikt wird daraufhin beigelegt. Mathematiker würden sagen, dass der Modul einer Zahl gemessen wird, es scheint, dass dies der Name der vorzeichenlosen Zahl ist.

Abbildung 1Aktueller Messvorgang

Was das Amperemeter anzeigt

Für eine so einfache Schaltung ist es nicht schwierig, den Strom zu berechnen, er beträgt 0,018 A oder 18 mA. Gleichzeitig zeigt die Abbildung, dass ein Milliamperemeter im selben Stromkreis an drei verschiedenen Punkten angeschlossen ist. Nach den Gesetzen der Physik sind seine Messwerte genau gleich, denn wie viele Elektronen aus dem Plus der Batterie "herausfließen", kehrt dieselbe Zahl zurück, jedoch nach einem "Minus". Und der Weg für all diese Elektronen ist der gleiche: Dies sind Verbindungsdrähte, Widerstände und, falls verbunden, Milliamperemeter.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Zwei-Transistor-Empfängers aus dem Buch von M.M. Rumyantsev "50 Schaltungen von Transistorempfängern" (1966).

Abbildung 2Doppeltransistor-Empfängerschaltung

In jenen Tagen wurden Schaltkreise in Büchern von detaillierten Beschreibungen und Methoden ihrer Anpassung begleitet. Es wurde oft empfohlen, Ströme in bestimmten Abschnitten der Schaltung zu messen, normalerweise die Kollektorströme von Transistoren. Orte zum Messen von Strömen wurden im Diagramm mit einem Kreuz dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt wurde natürlich ein Milliamperemeter an den Spalt des Leiters angeschlossen, und durch Auswahl des Wertes des mit einem Sternchen gekennzeichneten Widerstands wurde der unmittelbar im Diagramm angegebene Strom ausgewählt.

Fallstricke bei der Messung von Strömen

Die Abbildungen 3 und 4 zeigen die einfachste Schaltung, eine Batterie, einen Widerstand und ein Multimeter. Nach dem Ohmschen Gesetz ist es leicht zu berechnen, dass der Strom in dieser Schaltung sein wird

I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15 A oder 150 mA.

Wenn Sie sich beide Abbildungen genau ansehen, stellt sich heraus, dass die Messwerte der Geräte unterschiedlich sind, obwohl sich an den Schemata selbst nichts geändert hat, wenn sie so genannt werden können. In Abbildung 3 stimmen die Messwerte vollständig mit der Ohmschen Berechnung überein.

Abbildung 3. Messungen Strom im Programmsimulator Multisim

In Abbildung 4 wurden sie jedoch etwas niedriger, nämlich 148,515 mA. Die Frage ist, warum? Schließlich hat sich an der Schaltung nichts geändert, die Quelle ist dieselbe und der Widerstand ist nicht mehr oder weniger geworden.

Abbildung 4. Messungen Strom im Programmsimulator Multisim

Tatsache ist, dass alle Eigenschaften des Multimeters geändert werden können, indem Sie auf die Schaltfläche "Optionen" klicken.In diesem Fall wurde der Eingangswiderstand des Amperemeter geändert: In 3 war er 1n & # 8486; und in 4 wurde er auf 100 mΩ oder nur 0,1 Ω erhöht. Dieses Beispiel soll zeigen, wie sich die Eigenschaften eines Messgeräts auf das Ergebnis auswirken. In diesem Fall ein Amperemeter.

Versuchen wir, den Strom in dieser Schaltung zehnmal zu erhöhen. Um dies zu tun, reicht es aus, den Wert des Widerstands ebenfalls um das 10-fache zu reduzieren. Dann ist es einfach zu berechnen, dass das Amperemeter eineinhalb Ampere anzeigt. Wenn die Eingangsimpedanz wie in Abbildung 3 mit 1 nΩ angenommen wird, beträgt das Ergebnis 1,5 A, was voll und ganz mit der Ohmschen Berechnung übereinstimmt.

Wenn Sie die erwähnte Taste „Parameter“ verwenden, um den Widerstand des Amperemeter auf 0,1 Ω zu bringen, sehen Sie auf der Skala des Geräts 1.364A. Natürlich ist 0,1 Ω für ein echtes Amperemeter etwas zu groß, und 1 nΩ kommt wahrscheinlich nur im Programm vor - der Simulator kann immer noch sehen, wie sich der Innenwiderstand des Geräts auf das Messergebnis auswirkt. Im Allgemeinen muss man bei solchen Messungen sofort „im Kopf“ zumindest die Reihenfolge des Ergebnisses herausfinden. Sie sollten jedoch mit einer offensichtlich größeren Reichweite des Geräts beginnen.

Dies ist der Fall, wenn Ströme in einem Simulatorprogramm gemessen werden, in dem alles bewusst eingestellt wird, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Alle Teile mit minimalen Toleranzen, die Eingangsimpedanzen der Geräte sind ebenfalls ideal, die Umgebungstemperatur beträgt 25 Grad. Wie gerade gezeigt wurde, können die Parameter von Geräten, Teilen und sogar die Temperatur auf Wunsch des Benutzers eingestellt werden.

Messungen mit diesem Instrument

Im wirklichen Leben ist nicht alles so glatt. Breite Widerstände kann Toleranzen von in der Regel ± 5, 10 und 20 Prozent haben. Natürlich gibt es Widerstände mit Toleranzen von einem Zehntel Prozent, aber sie werden nur dort verwendet, wo es wirklich notwendig ist, und überhaupt nicht in weit verbreiteten Geräten in der Nähe jedes Transistors und in der Nähe jeder Mikroschaltung.

Es wird angenommen, dass Versuche zur Messung von Strömen mit Widerständen mit einer Toleranz von 5% durchgeführt werden. Dann kann beim Nennwert (was auf dem Widerstandsgehäuse steht), beispielsweise 10 kΩ, ein Widerstand mit einem Widerstand im Bereich von 9,5 ... 10,5 kΩ unter den Arm fallen. Wenn ein solcher Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, z. B. 10 V, können Sie beim Messen von Strömen Werte im Bereich von 1,053 ... 0,952 mA anstelle der erwarteten 1 mA erhalten. Bei Verwendung von Widerständen mit einer Toleranz von 10 oder 20 Prozent wird eine noch größere Streuung erzielt.

Und absolut erstaunliche Ergebnisse können erzielt werden, wenn diese Experimente mit Batteriestrom durchgeführt werden. Die Schaltung ist genau die gleiche wie in den Abbildungen 3 und 4. Sie ist so einfach, dass Sie vollständig auf Löt- und Leiterplatten verzichten, alles einfach mit Drehungen ausführen oder einfach in Ihren Händen halten können.

Lassen Sie uns abschätzen, was sich herausstellen soll, was das Gerät anzeigen soll. Es ist bekannt, dass die Batteriespannung 1,5 V beträgt, Widerstand 10Ω. Dann ist nach dem Ohmschen Gesetz I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15 A oder 150 mA.

Bei tatsächlichen Messungen zeigte das Gerät anstelle der erwarteten 150 mA 98,3 mA. Selbst wenn wir annehmen, dass der Widerstand mit einer Toleranz von 20 Prozent abgefangen wird, ist I = U / R = 1,5 / 12 = 0,125 A oder 125 mA.

Es wird nicht genug sein! Wo ist das alles geblieben? In unserem Fall stellte sich heraus, dass die „leere“ Batterie schuld war. Während der Operation verlor sie einen Teil der Ladung und ihr innerer Widerstand nahm zu. Zusätzlich zum Widerstand des externen Widerstands leistete der interne Widerstand seinen "Beitrag" zur Verzerrung des Messergebnisses. Es waren diese Umstände, die dazu führten, dass die Messwerte des Geräts, gelinde gesagt, sehr weit von den erwarteten Werten entfernt waren.

Daher muss man bei Messungen in elektronischen Schaltkreisen äußerst vorsichtig sein, auch die Genauigkeit ist nicht überflüssig. Qualitäten, die den eben genannten direkt entgegengesetzt sind, führen zu katastrophalen Ergebnissen. Messinstrumente können verbrannt werden, Geräte, die gerade entwickelt oder repariert werden, und in einigen Fällen sogar einen elektrischen Schlag bekommen. Um Enttäuschungen durch solche Fälle zu vermeiden, können wir erneut einen Rückruf empfehlen Sicherheitsvorkehrungen.

Boris Aladyshkin