Uwaga: Znajomość podstaw teorii elektryki ułatwia rozwiązywanie problemów ze sprzętem elektrycznym. Do diagnozowania usterek w sprzęcie elektrycznym stosuje się różne urządzenia elektryczne. Bez zrozumienia podstaw trudno będzie zrozumieć procedury pomiarowe.
Prąd elektryczny to przepływ elektronów, hipotetycznych cząstek stanowiących podstawę "substancji" elektrycznej. W porównaniu do wody płynącej przez rurę, elektrony byłyby wodą. Ponieważ przepływ wody można zmierzyć (tj. jego cechy charakterystyczne), następnie można zmierzyć charakterystykę przepływu elektronów. Jednostką miary natężenia prądu jest amper (A). Amperomierz mierzy ilość prądu przepływającego w obwodzie w jednostce czasu. Podobnie jak ciśnienie wody, mierzy się go w Pa (paskalach), N/m² (Niuton na metr kwadratowy) tak jak napięcie elektryczne mierzy się w woltach (V), tak samo mierzy się napięcie elektryczne. Gdy dwa przewody woltomierza zostaną podłączone do dwóch punktów w obwodzie elektrycznym o różnych potencjałach elektrycznych, przez woltomierz przepływa prąd, generując odczyt woltomierza, który wskazuje różnicę potencjałów elektrycznych między tymi dwoma punktami w obwodzie, czyli napięcie. Wraz ze wzrostem napięcia w obwodzie wzrośnie również natężenie prądu, które będzie zależało nie tylko od napięcia, ale również od rezystancji obwodu. Jednostką oporu jest om, który mierzy się przy użyciu omomierza. Omomierz jest podobny do amperomierza, ale ma własne źródło napięcia, co oznacza, że zawsze podaje napięcie standardowe. Prawdziwy obwód elektryczny składa się z czterech głównych części: źródła napięcia (generator lub akumulator); przewód pod napięciem, który dostarcza wystarczająco wysokie napięcie elektryczne do odbiorników podłączonych do obwodu; odbiorcy - lampy, silniki elektryczne, rezystory, przekaźniki; oraz przewód uziemiający, który przesyła prąd z powrotem do źródła niskiego napięcia. W takim obwodzie rezystancja występuje między punktem podłączenia przewodu fazowego do odbiornika i punktem uziemienia obciążenia. W samochodach, których nadwozie wykonane jest ze stali, jest on stosowany jako przewód uziemiający dla większości przewodów elektrycznych.
Uwaga: Należy pamiętać, że podczas wykonywania pomiarów elektrycznych woltomierz należy podłączać równolegle do testowanego obwodu (bez odłączania przewodów) a różnica napięć mierzona jest pomiędzy dwoma punktami, w których znajdują się przewody woltomierza; amperomierz jest połączony szeregowo z odbiornikiem (obwód jest przerwany w jednym punkcie i wstawia się tam amperomierz, tak aby stał się częścią obwodu); a omomierz jest zasilany z własnego źródła, więc wszystkie źródła zasilania w obwodzie muszą być wyłączone, a część obwodu, która ma być mierzona, musi być podłączona do jednego z przewodów omomierza.
Aby jakikolwiek układ elektryczny działał, musi być obwodem zamkniętym, tzn. napięcie z akumulatora musi tworzyć zamknięty okrąg. Kiedy odbiorniki elektryczne pracują, napięcie dociera do nich z akumulatora i przepływa przez odbiorniki, powodując ich pracę (na przykład pampa świeci) a następnie powraca do akumulatora poprzez obwód uziemiający. Uziemienie to zazwyczaj metalowa część samochodu, do której podłączone są odbiorniki prądu.
Być może najłatwiejszym sposobem zademonstrowania tego jest podłączenie żarówki dwoma przewodami do zacisków akumulatora. Akumulator ma dwa styki – ujemny i dodatni. Jeżeli jeden z przewodów prowadzących do żarówki zostanie podłączony do ujemnego bieguna akumulatora, a drugi przewód do dodatniego bieguna, powstanie obwód zamknięty. Prąd z akumulatora płynie do zacisku, od zacisku przewodem idzie do żarówki, przechodzi przez żarówkę, kolejny przewód i wraca do drugiego zacisku akumulatora.
Normalny schemat instalacji elektrycznej samochodu różni się od tego przykładu na dwa sposoby. Po pierwsze, zamiast przewodu przesyłającego prąd z żarówki do akumulatora, samochód wykorzystuje nadwozie. Ponieważ przewód ujemny akumulatora jest podłączony do nadwozia samochodu, które jest wykonane z metalu przewodzącego prąd elektryczny, nadwozie samochodu może pełnić funkcję przewodu uziemiającego, zamykając obwód. Po drugie, większość obwodów samochodowych zawiera przełączniki służące do podłączania i odłączania odbiorników.
Niektóre urządzenia elektryczne, które do działania wymagają dużego prądu, mają w swoim obwodzie także przekaźnik. Ponieważ urządzenia te pobierają dużo prądu, grubość przewodów dostarczających im napięcie musi być również większa.
Gdyby od obwodu odbiornika poprowadzono grube przewody do przełącznika sterującego na desce rozdzielczej, a następnie podłączono je z powrotem do odbiornika, w obwodzie wystąpiłby spadek napięcia. Aby zapobiec temu potencjalnemu spadkowi napięcia, stosuje się przekaźniki elektromagnetyczne. Grube przewody łączą akumulator z jedną stroną przekaźnika, a drugą stronę przekaźnika z odbiornikiem. W normalnych warunkach przekaźnik jest otwarty (otwarte) i zapobiega przepływowi prądu przez obwód. Dodatkowo od przekaźnika do przełącznika sterującego odbiornika biegną cienkie przewody. Po ustawieniu przełącznika sterującego w pozycji "włączony" cienki przewód przekaźnika zostaje uziemiony, a obwód zostaje zamknięty. Jeśli odłączysz żarówkę z naszego przykładu, podłączoną dwoma przewodami do końców przewodów, a następnie ponownie podłączysz przewody (nie ma potrzeby tego robić), wtedy zobaczysz iskry. Takie sytuacje zdarzają się, gdy przewody doprowadzające napięcie do odbiorników lub same odbiorniki są uziemione inaczej, niż przewiduje schemat układu. Aby zapobiec uszkodzeniom, do obwodu podłącza się bezpieczniki. Ponieważ przypadkowe uziemienie przewodów od źródła napięcia powoduje zamknięcie obwodu, pozbawiając odbiorniki napięcia, zjawisko to nazywa się zwarciem. Do najczęstszych przyczyn zalicza się: uszkodzenie izolacji przewodów lub kontakt odsłoniętych przewodów z metalowymi częściami samochodu, bądź też zwarcie w wyłączniku.
Do wykonywania pomiarów w układach urządzeń elektrycznych w sprzedaży dostępne są tzw. multimetry. W jednym urządzeniu łączą woltomierz do pomiaru napięcia, amperomierz do pomiaru prądu i omomierz do pomiaru rezystancji. Dostępne w handlu przyrządy pomiarowe różnią się od siebie przede wszystkim zakresami i dokładnością pomiaru. Zakres pomiarowy określa obszar, w którym musi znaleźć się wartość napięcia lub rezystancji, aby została zmierzona przez przyrząd pomiarowy.
Miłośnicy motoryzacji mogą skorzystać z wielozakresowych przyrządów pomiarowych, zaprojektowanych specjalnie do przeprowadzania testów elektrycznych w układzie elektrycznym pojazdu. Za pomocą jednego takiego urządzenia można zmierzyć prędkość obrotową silnika, rezystancję uzwojeń i napięcia do 20 V. Zakres pomiaru rezystancji jest zwykle ograniczony do kilku kiloomów, co oznacza, że zmierzone wartości rezystancji powinny mieścić się w przedziale od 1 do 1000 kOhmów.
Ponadto dostępne są specjalistyczne przyrządy pomiarowe służące do testowania elementów elektrycznych i elektronicznych. Urządzenia te umożliwiają pomiar rezystancji w szerokim zakresie, od kilku omów do kilku miliomów. Napięcia można mierzyć bardzo dokładnie, co jest niezbędne podczas testowania podzespołów elektronicznych.
Uwaga: Podczas sprawdzania podzespołów elektronicznych (tranzystory, diody i jednostki sterujące) wymagany jest tester napięcia o wysokiej impedancji (B). Działa on tak samo jak lampa probiercza (A), ale nie uszkadza podzespołów elektronicznych, dzięki czemu nadaje się do wszelkiego rodzaju testów.
Pomiar napięcia
Obecność napięcia można sprawdzić za pomocą prostej lampy kontrolnej lub próbnika napięcia. Owszem, na tej podstawie można jedynie stwierdzić, czy w ogóle występuje napięcie. Aby określić wartość napięcia należy posłużyć się woltomierzem.
Przede wszystkim należy ustawić na woltomierzu odpowiedni zakres pomiarowy, czyli taki, w którym będzie się znajdowała wartość mierzonego napięcia. Napięcie w układzie elektrycznym samochodu zazwyczaj nie przekracza 14 woltów. Wyjątkiem jest układ zapłonowy; napięcie robocze dostarczane do świec zapłonowych może osiągnąć 30 000 V. Tak wysokie napięcie można zmierzyć wyłącznie przy użyciu specjalnych przyrządów.
W przypadku urządzeń pomiarowych przeznaczonych do stosowania w pojazdach wystarczy przełączyć urządzenie w tryb pomiaru napięcia. Na multimetrze należy wykonać szereg operacji. Najpierw należy za pomocą przełącznika wybrać tryb pomiaru napięcia stałego. Następnie wybieramy zakres pomiaru. Ponieważ w samochodzie nie stosuje się wysokiego napięcia, poza układem zapłonowym (napięcie stałe nie przekracza 14 V), wówczas górna granica używanego zakresu powinna być nieco wyższa (od 15 do 20 V). Jeśli masz pewność, że zmierzone napięcie będzie znacznie niższe od podanych wartości, na przykład około 2 V, możesz wybrać niższy zakres napięcia, aby uzyskać dokładniejsze wyniki. Jeżeli napięcie podczas pomiarów przekroczy maksymalną dopuszczalną wartość w danym zakresie, urządzenie może ulec awarii.
Podłącz przewody przyrządu pomiarowego równolegle do odbiornika elektrycznego, jak pokazano na rysunku. W tym przypadku czerwony przewód z przyrządu pomiarowego podłączamy do przewodu wychodzącego z dodatniego (dodatniego) bieguna akumulatora, czarny przewód z przyrządu podłączamy do przewodu podłączonego do masy lub do metalowej części, na przykład bloku cylindrów silnika.
Przykład pomiaru: Jeżeli silnik nie uruchamia się, ponieważ rozrusznik kręci się zbyt wolno, zaleca się sprawdzenie napięcia akumulatora podczas pracy rozrusznika. Aby to zrobić, podłącz czerwony przewód woltomierza (+) do dodatniego bieguna akumulatora, a czarny przewód woltomierza (-) do masy samochodu. Następnie asystent powinien włączyć rozrusznik i określić wartość napięcia. Jeżeli napięcie jest niższe niż 10 V (temperatura akumulatora wynosi około 20°C), należy sprawdzić akumulator i naładować go.
Pomiar prądu
W samochodzie rzadko zachodzi potrzeba pomiaru natężenia prądu. Jest to konieczne na przykład wtedy, gdy akumulator zostanie rozładowany przez jakieś urządzenie elektryczne. Do takich pomiarów niezbędny jest amperomierz, który również jest wbudowany w multimetr.
Przed dokonaniem pomiaru prądu konieczne jest przełączenie urządzenia na zakres pomiarowy, w którym będzie się znajdował mierzony prąd. Jeżeli nie znamy aktualnej wartości, należy włączać kolejno różne zakresy pomiarowe, zaczynając od maksymalnego.
Aby zmierzyć natężenie prądu, konieczne jest przerwanie obwodu, w którym płynie prąd, i podłączenie urządzenia pomiarowego (amperomierza) do obwodu otwartego. Do takiej czynności można na przykład odłączyć wtyczkę i podłączyć czerwony (dodatni) przewód amperomierza do przewodu, w którym płynie prąd. Czarny (ujemny) przewód amperomierza należy podłączyć do styku, od którego odłączono przewód. Kontakt z uziemieniem pomiędzy konsumentem i wtyczką należy zapewnić za pomocą przewodu pomocniczego.
Uwaga: Nigdy nie używaj zwykłego amperomierza do pomiaru prądu płynącego do rozrusznika (jest to około 150 A). Przy pomiarze takiego prądu amperomierz natychmiast ulegnie awarii. W warsztatach do pomiaru takich prądów stosuje się metodę bezkontaktową, za pomocą specjalnych cęgów. Podczas pomiaru cęgi umieszcza się na izolacji przewodu, przez który płynie prąd, a natężenie prądu określa się metodą indukcji.
Pomiar rezystancji
Przed dokonaniem pomiaru rezystancji należy sprawdzić, czy w omomierzu jest zainstalowana nowa bateria i czy do części, której rezystancja będzie mierzona, nie jest przyłożone napięcie. Z tego powodu zawsze należy najpierw odłączyć kable od akumulatora. W przeciwnym razie może dojść do uszkodzenia przyrządu pomiarowego.
Omomierz podłącza się do dwóch styków odbiornika energii elektrycznej lub do dwóch końców przewodu elektrycznego. W tym przypadku biegunowość podłączenia omomierza nie ma znaczenia. Wyjątkami są: pomiar rezystancji bloków zawierających diody. Aby sprawdzić działanie diody należy podłączyć do niej omomierz w kierunku przewodzenia bezpośredniego.
Pomiar rezystancji w samochodzie wykonuje się głównie w dwóch przypadkach:
- Sprawdzenie rezystora lub innego elementu wchodzącego w skład obwodu przepływu prądu.
- Sprawdzanie ciągłości przewodu elektrycznego, przełącznika lub żarnika lampy. Pozwala to sprawdzić, czy przewód elektryczny w samochodzie jest uszkodzony, a także ustalić przyczynę, dla której urządzenie elektryczne, do którego podłączony jest ten przewód, nie działa.
Podczas dokonywania pomiarów omomierz podłącza się do końców odpowiedniego przewodu. Jeżeli omomierz wskazuje rezystancję bliską 0 omów, wówczas przewód jest przewodzący, tzn. jest w dobrym stanie. Jeżeli przewód jest przerwany, omomierz wskaże nieskończony opór (∞ Ohm).