欧姆定律-它是什么，仪器技术人员应该知道什么

在这篇文章中，我想和你谈谈欧姆定律。为什么?因为它在许多实际的日常情况下是有帮助的，特别是如果你是一个仪器技术员。我们经常会遇到一些问题，这些问题的答案可以从欧姆定律中推导出来。

2018年11月1日更新:图片已被替换为包括工程单位而不是数量。

虽然它被称为“欧姆定律”-别担心，这不会是任何无聊的法律东西…;-)

首先，我想谈谈它的理论方面，然后举一些实用的仪器示例，在这些示例中您会发现它很有用。

那么，让我们来看看这条定律……

背景

让我们从必修事实开始:

早在1827年，德国物理学家格奥尔格·欧姆就发表了这一定律。他发现，当电流通过电阻时，电流与电阻上的压降成正比，与电阻的电阻成反比。的电流、电阻和电压之间的关系是欧姆定律．

欧姆定律通常表现为一个三角形(下面的三角形显示了工程单位):

从三角形中，你可以计算出每个分量，你会得到这三个公式:

电阻(欧姆)=电压(V) /电流(A)
电流=电压/电阻
电压=电流*电阻

注:在下面的例子中，作为电压量的符号，我将使用符号“U”，根据国际SI系统。我知道有时候在不同的地区使用不同的符号表示电压，例如E或v。这篇文章的目的不是试图标准化符号，而是对欧姆定律的使用进行实际教育。所以如果你不喜欢“U”，请不要生气。

请注意，计算时必须将毫安电流转换为安培电流。

请注意，为了保持公式的简单和易于阅读，我并不总是使用数学上正确的有效数字。这篇文章更适合技术人员，而不是数学家……

简化示例

让我们看看最简单的电路:

在上面的例子中，我们有一个24 VDC的电源电压，我们已经连接了一个1200欧姆的电阻。有一个20 mA (0.02 a)的电流通过电路。

如果我们在24v电源中添加一个1200欧姆的电阻，我们想知道电路中的电流是多少，我们可以很容易地用欧姆定律计算出来:

I = U / R = 24v / 1200欧姆= 0.02 A (= 20 mA)

如果我们知道电压是24V，我们想要一个20ma的电流，我们可以计算出需要什么电阻:

R = U / I = 24v / 0.02 A = 1200欧姆

或者，如果我们有一个1200欧姆的电阻，我们想要得到20 mA的电流，我们需要施加多少电压:

U = I * R = 1200欧姆* 0.02 A = 24v

地点:

U =电压[V]

I = Current [A]

R =电阻[欧姆]

因此，如果我们有24 V回路电源，我们想要得到4 mA电流，我们需要添加一个更大的电阻:

R = U / I = 24 / 0.004 A = 6000欧姆。

因此，我们需要添加一个6000欧姆(6科姆)的电阻来获得4 mA的电流。

实际的例子

例1 - 250欧姆HART电阻

我们有一个正常的电路，其中发射机提供了一个24 V的电源，我们有一个250欧姆的电阻与发射机串联，以便使用HART通信:

当电流通过250欧姆的电阻时，在这个电阻上有一个压降，所以有一些电压损失了。当电流为20ma时，发射机的供电电压是多少?

当电流为20 mA时，我们可以计算出超过250欧姆电阻将有电压降:

U = I * R = 0.02 A * 250欧姆= 5 V

这意味着在250欧姆电阻上有5伏的电压降，所以我们有19伏的电压留给发射机，这当然足以让发射机工作。但是，如果我们有一个更低的回路供电电压，比如17伏，开始时，发射机将只剩下12伏，这是它工作的极限。

用电阻串联测量变送器电流

如果你不想打破回路或打开变送器的盖子来测量电流，你可以在变送器上安装一个精密电阻，然后测量电阻上的压降来计算电流。

电阻上的电压降取决于电阻值和通过电阻的电流。例如，如果您在变送器上安装一个100欧姆的电阻，其电压降将为:

在4ma => 0.004 A * 100欧姆= 0.4 V

在20ma =>时0.02 A * 100欧姆= 2.0 V

当然，电阻需要非常精确和稳定，因为电阻值的任何误差都会在计算电流中给出类似的误差。

电阻越大，得到的电压就越大。最好记住，如果电阻很大，那么你将在电阻上损失大量的电源电压。

ex3 mA仪表电阻与发射机的测试二极管连接

这是我在之前的博客中讨论过的主题。在那个例子中，理解欧姆定律也需要理解这个问题。你可以在下面的链接中找到这篇博客文章:

使用变送器的测试连接测量电流-不要犯这个错误!

ex4 -用于高电阻电路

你可能有一个电路，仪器有很高的内阻。让我们假设一个旧的I/P转换器有800欧姆的电阻。你需要产生一个4到20 mA的信号来控制转换器。你需要多大的电源电压才能做到这一点?

好吧，为了在800欧姆电路上产生20 mA的电流，你需要:

U = I * R = 0.02 A * 800欧姆= 16伏。

所以，你需要一个至少有16伏电压的回路电源。

补给线的阻力太大了

如果馈线对发射机的电阻太大，发射机的回路电源可能会处于太小的边缘，可能会发生发射机在低mA信号下工作得很好，但当它需要输送大电流(例如超过18 mA)时，电压降得太低，发射机将自行关闭。这仅仅是因为当电流变大时，连接电阻中的压降变大。可能发生的情况是，小电流电压是可以接受的，发射机得到足够的电源电压，但大电流有太多的电压下降在连接和发射机没有得到足够高的电压，并关闭。

当变送器熄灭时，电流下降，供电电压再次跳升，变送器重新开始正常工作。这种间歇性的故障是很难发现的。

ex6 - mA表/伏特表

也要记住，在实际应用中，电流表的内阻不是零欧姆，而是有一定的内阻(几欧姆或几十欧姆)。因此，在实际工作中，电流表上会有一些电压降。

同样，电压表没有无限的电阻，但它有一定的内阻(兆欧)。在测量时，这些电阻可能会造成一些不必要的影响。因此，电压表将对被测电路施加一些负载，尽管这是一个仅在某些敏感电路/应用中有效的问题。当您在高电阻电路中测量低电压(数十或数百毫伏)信号，并且对精度有很高的要求(±几微伏)时，这一点尤其重要。如果电压表的电阻太小，一旦连接电压表，测量的电压就会下降，所以不能得到准确的结果。在某些情况下，连接内阻过低的电压表可能会导致电路在连接电压表时跳闸。