جریان الکتریکی چیست و چگونه اندازه گیری می‌شود؟

در علم الکترونیک دو نوع مختلف جریان الکتریکی وجود دارد که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. جریان مستقیم، به اختصار DC و جریان متناوب که به اختصار AC نامیده می شود. در جریان مستقیم، الکترون ها در یک جهت، جریان می یابند. اما در جریان الکتریکی متناوب جهت جریان دوطرفه است. در این مطلب شرح می دهیم که جریان الکتریکی چیست؟ و شدت جریان الکتریکی را چگونه اندازه گیری می کنند.

جریان الکتریکی چیست؟

به طورکلی دو نوع الکتریسیته ساکن و جاری در طبیعت موجود است. اگر بارهای الکتریکی در طول یک هادی جابه جا شوند، میگوییم در طول هادی جریان الکتریکی برقرار است. همچنین اگر در یک هادی جریانی برقرار شود حتما در آن هادی، کار انجام خواهد شد. تعریف علمی جریان الکتریکی جابه جایی بارهای الکتریکی در واحد زمان است و آن را باحرف I نشان می دهند. حرکت واقعی جریان الکتریکی از منفی به سمت مثبت است اما دانشمندان مطابق با قرارداد، جهت حرکت جریان را از مثبت به منفی فرض کرده اند.

شدت جریان الکتریکی چیست؟

شدت جریان الکتریکی رابطه مستقیم با مقدار ولتاژ و جریان مدار دارد. بدین معنی که، شدت جریان الکتریکی با تغییر هریک از کمیت های ولتاژ و مقاومت مدار تغییر خواهد کرد. شدت جریان الکتریکی با آمپر (A) اندازه گیری می شود که یکی از سه عامل قانون اهم است معادله آن به صورت V = I x R بیان می شود، که در سیستم بین المللی واحدها، V نشان دهنده ولتاژ، I نشان دهنده جریان، و R نشان دهنده مقاومت است.

در مقاله آمپرمتر کلمپی، کاربردهای مولتی متر کلمپی چیست؟ توضیح دادیم ابزار سنجش شدت جریان الکتریکی چیست؟ اما آیا می دانید نحوه اندازه گیری جریان الکتریکی با مولتی متر و آمپرمتر کلمپی چگونه است؟ در واقع وظیفه اصلی دستگاه های اندازه گیری جریان، نمایش مقدار شدت جریان مدار در مقیاس آمپر یا مقادیر کوچکتر آن، مانند میلی آمپر و میکرو آمپر است و انواع مختلفی دارند. در ادامه شرح می دهیم که دستگاه های اندازه گیری چگونه شدت جریان الکتریکی را سنجش می کنند و انواع آن کدامند.

انواع جریان الکتریکی چیست؟

انواع جریان الکتریکی در علم الکترونیک دو نوع است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. جریان مستقیم، به اختصار DC و جریان متناوب که به اختصار AC نامیده می شود. در جریان مستقیم، الکترون ها در یک جهت، جریان می یابند. اما در جریان الکتریکی متناوب جهت جریان دوطرفه است.جریان برق شهری از نوع متناوب و جریان باتری ها از نوع مستقیم است. اساساً تمام دستگاه های الکترونیکی که با ترانزیستورها کار می کنند از جریان مستقیم استفاده می شود.

وجه تشابه و تفاوت انواع جریان الکتریکی

• جریان الکتریکی مستقیم(DC) نوعی جریان است که دارای مقدار و جهت ثابت است، اما جریان متناوب (AC) دارای مقدار و جهت متغیر با زمان است.
• در جریان مستقیم الکترون ها در یک جهت ثابت، از قطب منفی به قطب مثبت ولتاژ اعمال شده جرکت می کنند، اما در جریان متناوب، جهت جریان چندین بار در یک ثانیه تغییر می کند.
• معمولا از انواع جریان متناوب برای برای انتقال توان الکتریکی بالا استفاده می کنند. اما از جریان مستقیم نیز می توان به طور موثر برای انتقال توان الکتریکی در فواصل بسیار زیاد با استفاده از انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) استفاده کرد.
• با کم و زیاد شدن مقاومت بار، شدت جریان مستقیم و متناوب کم و زیاد می شوند.
• کاربرد جریان متناوب بیشتر در دستگاه های توان های بالا است اما کاربری جریان مستقیم علاوه بر جریان های بالا در دستگاه های با مصرف پایین نیز می باشد.

معرفی چند مدل دستگاه مهم برای اندازه گیری شدت جریان الکتریکی

در حال حاضر انواع مختلف وسایل اندازه‌گیری جریان الکتریکی وجود دارد. در ادامه این مطلب، به معرفی نمونه های پرکاربرد وسایل اندازه گیری جریان الکتریکی می‌پردازیم.

• آمپرمتر

یکی از انواع دستگاه‌هایی که میزان جریان موثر در داخل مدار را می‌سنجد، آمپرمتر است. نحوه قرار گرفتن این دستگاه در مدار به شکل سری نسبت به مصرف‌کننده است، در اصل اگر تصمیم داشته باشید مقدار جریان عبوری از بار را به وسیله آمپرمتر اندازه بگیرید باید آن را به شکل سری نسبت به مصرف‌کننده قرار دهید. همچنین برای گسترش در اندازه‌گیری میزان جریان‌ها از نوع متناوب و مستقیم توان پایین لازم است که از مقاومت‌های موازی یا شنت آمپر استفاده شود. چنانچه قصد اندازه‌گیری آمپر در تابلو‌های برق سه فاز را داشته باشید می‌توان به ازای هر مصرف‌کننده از یک آمپرسنج استفاده کرد. برای سنجش جریان کل نیز بایستی یک آمپرمتر جداگانه به کار برد.

لازم به ذکر است که برای اندازه گیری جریان سه فاز در شرایطی که میزان بار متعادل باشد میتوان به وسیله آمپرمتر جریان یک فاز را سنجید و برای اندازه‌گیری سایر فازها نیز از آن استفاده کنید. اما به دلیل اینکه روی هر یک از شینه‌های اصلی تابلو بارها به شکل متعادل نیستند، ضروری است که به ازای هر شین از یک آمپرمتر جدا استفاده شود. در مجموع به سه عدد آمپرسنج نیاز دارید. جهت اندازه گیری جریان الکتریکی از دو نوع آمپرمتر مدل AC و DC استفاده می‌کنند. موقع کار با این دستگاه باید میزان شدت جریان داخل مدار در مقایسه با جریان نامی بیشتر باشد. به طور مثال آمپرمترهای مدل صفر تا 10 آمپر فقط جریان الکتریکی که در این دامنه قرار داشته باشد را می‌سنجند.

• ترانس جریان یا CT، مبدل برای سنجش شدت جریان الکتریکی

بعضی مواقع میزان جریان زیاد است و یا شرایط اتصال شین به آمپرمتر وجود ندارد، در این حالت برای سنجش جریان الکتریکی باید از ترانسفورماتور (مبدل) در کنار آمپرمتر استفاده کرد. برخی اوقات نیز که میزان جریان مصرف کننده خیلی زیاد باشد می‌توان با بکارگیری از چند شیوه قدرت اندازه گیری آمپرسنج را افزایش داد. یکی از این روش‌های اندازه گیری جریان الکتریکی، استفاده از ترانس جریان یا CT است. این نوع ترانس از یک شین و سیم پیچ ساخته شده است.

یکی از نکاتی که در زمان استفاده از ترانس جریان باید به ذهن بسپارید این است که باید میزان ضریب تبدیل را در عددی که از آمپرمتر می‌خوانید لحاظ کنید. شایان ذکر است که در بیشتر دستگاه آمپرمتر ضریب CT برای آن به شکل پیش فرض تعریف شده است. این بدین معنی است که عددی که از روی آمپرمتر می‌خوانید در واقع همان میزان جریان اصلی است و لزومی ندارد از ضریب تبدیل استفاده کنید.

زمان استفاده از مبدل جریان بسته

نصب ترانسفورماتور جریان بسته برای برای تابلوهای برقی که مقدار آمپر آن‌ها کمتر از 100 آمپر است الزامی است. همچنین از مبدل برای آمپراژهای بالا نیز استفاده می‌شود. باید بدانید که سیم‌پیچی اولیه مبدل جریان بسته تنها دارای شین حمل‌کننده جریان است.

نحوه انتخاب آمپرمتر

به طور کلی این نوع دستگاه اندازه گیری جریان الکتریکی بر طبق میزان شدت جریان که از مدار عبور می‌کند با میزان حدودی 20 درصد جریان اضافه انتخاب خواهد شد. در این شرایط میزان شدت جریان 60 آمپر در درون شبکه‌ای که فشار ضعیفی دارد به طور مستقیم در مسیر جریان مصرفی قرار می‌گیرد. اگر شدت جریان بیشتر از 60 آمپر باشد جهت اندازه‌گیری از CT استفاده می‌شود. CT جریان اندازه‌گیری شده را به آمپرمتر می‌دهد.

نحوه درجه‌بندی آمپرمتر

آمپرمترها بر طبق میزان شدت جریان ابتدایی مدار درجه‌بندی می‌شوند. البته در خصوصیات آمپرمتر نسبت تبدیل CT نیز نوشته شده است. اکثر دستگاه‌هایی که جهت اندازه‌گیری شدت جریان تابلو استفاده می‌شوند دقت 1.5 دارند.

• آمپرمتر کلمپی

آمپرمتر کلمپی که به کلمپ آمپرمتر نیز معروف است یک نوع دستگاه جهت تست جریان الکتریکی است. این دستگاه از یک مولتی متر در قسمت پایه و یک سنسور جهت سنجش جریان ساخته شده است.

بخش سنسور آمپرمتر کلمپی به شکل گیره است که در قسمت پیرامون سیم هدایت‌کننده جریان به شکل حلقه قرار می‌گیرد و قادر است که با استفاده از پراب‌های موجود در دستگاه، ولتاژ و سایر پارامترهای الکتریکی را بسنجد. به قسمت گیره این مدل دستگاه سنجش الکتریکی کلمپ گفته می‌شود. کلمپ از نظر ساختاری از دو فک لولایی ساخته شده است که کاربر را قادر می‌سازد فک‌ها را به راحتی پیرامون سیم دارای جریان الکتریکی قرار دهد. در این حالت جریان الکتریکی بدون اینکه نیاز باشد در مدار و سیم قطع شود به آسانی قابل سنجش خواهد بود.

• مولتی متر

مولتی متر به دستگاهی گفته می‌شود که می‌تواند تعداد زیادی از پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ فازها نسبت به یکدیگر، جریان موجود در مدار، ولتاژ فازها نسبت به نول و در برخی موارد انرژی، توان و حتی فرکانس شبکه را بسنجد. به این دستگاه آوومتر یا مولتی تستر نیز گفته می‌شود. در واقع از این مدل دستگاه اندازه گیری جریان الکتریکی می‎‌توان جهت بررسی سالم بودن اجزای الکتریکی نیز استفاده کرد. همچنین مولتی متر قادر است خصوصیات فنی قطعات الکتریکی را نیز بسنجد. اگر مولتی متر از نوع پیشرفته باشد می‌توان از آن جهت تست تداوم، سنجش دما و تست دیود نیز استفاده کرد. بعضی از انواع دستگاه مولتی متر دارای دماسنج مادون قرمز هستند که برای سنجش دما گزینه مناسبی خواهند بود.

جهت اطلاعات بیشتر مقاله “مولتی متر چیست؟ راهنمای خرید انواع مولتی متر و روش استفاده از آن” را مطالعه کنید.

نحوه اندازه گیری شدت جریان الکتریکی با مولتی متر و آمپرمتر کلمپی

اندازه گیری جریان الکتریکی با ابزارهای مختلفی انجام می گردد.  ساده ترین ابزار، استفاده از آمپرمتر است، با قرار دادن آمپرمتر بصورت سری در مدار، میتوان مقدار جریان بار الکتریکی سنجید. علاوه بر آمپرسنج، به کمک مولتی متر نیز میتوان جریان مدار را اندازه گیری کرد. کافی است مولتی متر را بصورت سری مطابق شکل زیر در مدار قرار داده و آزمایش را انجام دهید. مولتی مترها اندازه گیری جریان الکتریکی پایین را با دقت خوبی انجام می دهند اما برای سنجش جریان بیش از  10 آمپر، محدودیت دارند. برای اندازه گیری جریان الکتریکی بالا (بیش از 10 آمپر) از مولتی متر کلمپی استفاده کنید.

در ادامه به نحوه اندازه گیری جریان الکتریکی با مولتی متر و آمپرمتر کلمپی می پردازیم.

1- ابتدا مدار خود را خاموش و از نقطه ای مناسب (مانند جامپرها) آن را قطع کنید.

2- سپس مولتی متر دیجیتال خود را روی حالت ماکزیمم آمپر (10 آمپر) تنظیم کنید. این مرحله خیلی مهمی است، درصورت انتخاب رنج آمپر کمتر از ماکزیمم جریان مدار، فیوز مولتی متر می سوزد و یا به مولتی متر آسیب جدی وارد می شود..

3- سپس سیم های تست مولتی متر دیجیتال را به دونقطه قطع شده با رعایت پلاریته جریان متصل کنید.

4- کلید مدار یا دستگاه را روشن کنید و پروب ها را به مدت چند ثانیه روی مدار خود نگه دارید. مولتی متر دیجیتال شما باید جریان مدار را روی صفحه نمایش نشان دهد.

5- برای اندازه گیری جریان های میلی آمپر و میکرو آمپر، مولتی متر دیجیتال خود را روی حالت میلی آمپر تنظیم کنید. مراحل 1 تا 4 را مجددا تکرار نمایید.

6- برای اندازه گیری جریان الکتریکی بالا (بیش از 10 آمپر) از مولتی متر کلمپی استفاده کنید. مولتی مترهای کلمپی یا همان کلمپ متر ها، قادرند بدون تماس مستقیم یا قطع مدار، جریان الکتریکی را سنجش کنند. مولتی مترهای کلمپی همچنین توانایی اندازه گیری ولتاژ، مقاومت و در برخی مدل ها فرکانس را دارند. توجه داشته باشید حلقه مولتی متر کلمپی را باید فقط دور سیم مثبت مدار قرار داد. در ادامه تصاویر اندازه گیری جریان الکتریکی با مولتی متر و مولتی متر کلمپی نمایش داده شده است.

جمع‌بندی:

در این مقاله توضیح دادیم جریان الکتریکی چیست و چگونه اندازه گیری می‌شود؟ در ادامه مطلب به بررسی انواع مختلف دستگاه های اندازه‌گیری جریان الکتریکی پرداختیم. توضیح دادیم که آمپرمتر، آمپرمتر کلمپی و مولتی متر از جمله دستگاه‌های رایج سنجش جریان الکتریکی هستند. به بیان ساده، به طور کلی از دو مدل آمپرمتر AC و DC جهت سنجش جریان الکتریکی استفاده می‌شود. در شرایطی که میزان جریان زیاد باشد باید از ترانس جریان کمک گرفت. اگر هم تصمیم دارید از سالم بودن قطعات الکتریکی مطمئن شوید دستگاه مولتی متر بهترین گزینه خواهد بود.