Чем измеряют ток: В чем измеряется сила тока: единица измерения, формула

Содержание

Измерение силы тока и напряжения. Все способы измерения силы электрического тока

Наиболее распространенными видами электрических измерений являются измерения силы тока и напряжения.

В зависимости от вида тока (напряжения), его величины, частоты, формы, требуемой точности измерения, сопротивления цепи, в которой производится измерение, используются различные типы приборов.

При измерении силы тока на участке цепи сопротивлением R последовательно с R в разрыв цепи включается амперметр

(рис 7а). Тогда сила тока, текущего через измерительный прибор и участок с сопротивлением R, будет одинаковой.

Вольтметр

подсоединяется параллельно участку цепи с сопротивлением R, напряжение на котором измеряется (рис 7б). При параллельном подключении напряжение на измерительном приборе и участке цепи R одинаково. Подключение в электрическую цепь измерительного прибора оказывает влияние на режим работы этой цепи, что приводит к ошибкам в измерениях.

Рис. 7. Подключение амперметра (а) и вольтметра (б)

Последовательное подключение амперметра с сопротивлением r
а
увеличивает общее сопротивление участка цепи до значения
R
+
rа
, что больше
R
. В результате ток уменьшится. Чтобы изменение тока было незначительным, необходимо, чтобы выполнялось условие:
rа
R .

При параллельном подключении вольтметра с сопротивлением r
v
общее сопротивление становится равным

,

что меньше R

. Измеренное напряжение будет заниженным. Чтобы вольтметр не вносил больших искажений в режим работы цепи, должно выполняться условие:
rv
>>
R
.

Шунты к амперметру

Ток, вызывающий отклонение подвижной части прибора на всю шкалу, называется током полного отклонения I
0
. Если с помощью амперметра необходимо измерить силу тока
I
больше, чем
I0
, к нему параллельно подключается дополнительное сопротивление
Rш
, называемое шунтом (рис

Рис. 8. Подключение шунта к амперметру.

Измеряемый ток разветвляется и только часть его проходит через измерительный прибор. Так достигается расширение предела измерений амперметра. По первому правилу Кирхгофа величины токов связаны соотношением:

, (12)

где I

– сила измеряемого тока,
Ip
– сила тока, текущего через измерительный механизм (рамку) прибора,
Iш
– сила тока, текущего через шунт.

По второмуправилу Кирхгофа имеем:

, (13)

где r

— сопротивление рамки амперметра,
Rш
– сопротивление шунта. Из (12) и (13) следует, что

. (14)

Выражение (14) позволяет определить R
ш
, при котором отклонение стрелки измерительного прибора на всю шкалу будет соответствовать требуемому пределу измерения силы тока
Iпр
. Иначе говоря, при
I
=
Iпр
ток через амперметр
Iр
будет равен току полного отклонения:
Iр
=
I0
. В таком случае выражение (14) принимает вид:

. (15)

На практике используют коэффициент шунтирования (или коэффициент растяжения предела измерений) n

для данного значения
Iпр
, который равен

(16)

Тогда выражение (15) принимает вид:

. (17)

С данным шунтом цена деления амперметра также возрастет в n

раз.

Измерение силы тока мультиметром в бытовых целях

При использовании прибора в качестве бытового амперметра необходимо:

  • Перекинуть тумблер в положение, соответствующее переменному или постоянному току. Неправильный выбор станет причиной выхода устройства из строя.
  • Выбрать максимальный диапазон.
  • Подсоединить прибор последовательно в цепь.
  • Зафиксировать показания на шкале.

Это обязательно нужно совершать под нагрузкой. Для этой цели понадобится набор кабелей с зажимами. При измерении переменного тока подключаем дополнительный провод от сети на первый контакт бытового оборудования. На втором располагаем щуп тестера. Второй провод тестера, с помощью зажима на дополнительном кабеле размещаем на свободном контакте вилки оборудования. Таким образом получаем общую сеть с мультиметром. При отключенном бытовом оборудовании, тестер будет показывать «0». После включения, на дисплее или шкале отобразятся интересующее показание измерения.

Время измерения силы тока мультиметром, не должно превышать 1-2 с, в противном случае может произойти, перегрев прибора и выход его из строя. Также необходимо ограничить время измерения силы тока при проверке работоспособности маломощных источников питания, например, пальчиковых батарей. Если немного зазеваться, то это приведет к полному разряду и батарейку можно будет выбросить.

Еще одна практическая сторона применения мультиметра в качестве прибора измерения силы тока — диагностика аккумулятора автомобиля и самой машины на наличие токов утечки. Так как измерить силу тока на аккумуляторе невозможно, по причине возникновения неизбежного короткого замыкания, то снятие необходимых данных возможно только при включении прибора в цепь, для этого достаточно отсоединить соответствующую клемму.

Для проверки силы тока утечки в электросети автомобиля мультиметром, необходимо отсоединить «массу» (минусовой провод), выставить на приборе необходимый диапазон измерений (не менее 10 ампер), один провод прибора закрепить на клемме аккумулятора «-», а второй замкнуть на отсоединенный кабель. На шкале мультиметра отразится сила тока утечки, если она присутствует.

И в заключение напомним о таких важных в настоящее время вещах как блоки питания и зарядки портативных компьютеров и мобильных телефонов. От исправности этих устройств зависит работоспособность дорогостоящей техники. До того, как измерить силу тока мультиметром в блоке питания или зарядки, необходимо их включить в сеть и проводами тестера замкнуть цепь.

Сила тока наряду с напряжением и сопротивлением является очень важным понятием в электричестве. Она измеряется в амперах и определяется количеством электрической энергии, проходящей через проводник за определенную единицу времени. Определяют ее величину с помощью измерительных приборов, в домашних условиях это проще всего сделать при помощи мультиметра, или тестера, имеющегося в распоряжении многих хозяев современных квартир. Контроль силы тока очень важен для работы механизмов, зависящих от электропитания, поскольку превышение ею максимально допустимого значения приводит к поломке приборов и возникновению аварийных ситуаций. Тема этой статьи – как измерить силу тока мультиметром.

Добавочные сопротивления к вольтметру

Предел измерения вольтметра зависит от силы тока полного отклонения подвижной части прибора I
о
и его внутреннего сопротивления
r
. Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с измерительным механизмом прибора подключают добавочное сопротивление


(рис 9).

Напряжение на измерительном механизме U
р
меньше измеряемого напряжения
U
и связано с ним соотношением:

,

где


– напряжение на добавочном сопротивлении. По такой цепи течет ток

Из последней формулы следует, что

(18)

Рис. 9. Подключение добавочного сопротивления к вольтметру.

Из (18) можно определить величину , при котором отклонение стрелки на всю шкалу (I

=
I0
) будет соответствовать требуемому пределу измерения напряжения
U
=
Uпр
. (19)

Набор добавочных сопротивлений позволяет создать многопредельный вольтметр. Применяются также и наружные по отношению к прибору добавочные сопротивления.

Многие помнят из школьной физики закон Ома: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

СИЛА ТОКА

является количественной характеристикой электрического тока- это физическая величина, равная количеству электричества, протекающего через сечение проводника за единицу времени.
Измеряется в амперах.
Для электропроводки в квартире сила тока играет огромную роль, потому что исходя из максимально возможного значения для отдельной линии, идущей от электрощита зависит сечение проводника и величина максимального тока автоматического выключателя, защищающего электрический кабель от повреждений в случае возникновения короткого замыкания или токов перегрузки.

Поэтому, если не правильно выбрано сечение и автоматический выключатель- его будет просто выбивать, а заменить его на более мощный просто не получится.

Например, самые распространенные провода и кабеля в электропроводке сечением 1.5 квадратных миллиметра- из меди или 2.5- из алюминия. Они рассчитаны на максимальный ток 16 Ампер или подключение мощности не более 3 с половиной киловатт. Если Вы подключите мощные электропотребители превышающие эти пределы, то просто заменить автомат на 25 А нельзя- не выдержит электропроводка и придется от щита перекладывать медный кабель сечением 2. 5 кв. мм, который рассчитан на максимальный ток 25 А.

§ 2.9. Измерение силы тока, напряжения и сопротивления

Измерение силы тока

Для измерения силы тока в проводнике применяют специальный прибор — амперметр, который включают последовательно с этим проводником (рис. 2.23).
Угол отклонения стрелки амперметра зависит от силы тока в его измерительном механизме. В цепях постоянного тока сила тока измеряется обычно амперметрами магнитоэлектрической системы, устройство и принцип действия которых будут рассмотрены в главе 4.

Включение амперметра не должно вызывать изменения в режиме работы цепи, поэтому сопротивление амперметра должно быть малым по сравнению с сопротивлением соответствующего участка цепи.

Шунты к амперметру

Для измерения силы тока, превышающей силу тока Iа, на которую рассчитан амперметр, можно воспользоваться этим же амперметром. Для этого надо параллельно амперметру подключить резистор так, чтобы сила тока через амперметр была не больше величины Iа. Такой резистор называется шунтом (рис. 2.24).

При шунтировании амперметра измеряемый ток (I) в точке (узле) I делится на две части: часть тока проходит через амперметр (Iа), а остальная часть — через шунт (Iш), т. е. I = Iа + Iш. Разность потенциалов (напряжение) между точками 1 и 2 (см. рис. 2.24) равна:

где Rа — сопротивление амперметра и Rш — сопротивление шунта.

Из последнего выражения находим:

Отношение

(обозначим его буквой n) показывает, во сколько раз (с применением шунта) расширяется предел измерения силы тока амперметром, т. е. возрастает цена его деления. Иначе говоря, при включении шунта чувствительность амперметра уменьшается в n раз: стрелка прибора отклонится на угол, в n раз меньший, чем без шунта.

Из выражения (2.9.1) с учетом того, что

= n, найдем сопротивление шунта:

Сечение шунтов должно быть таким, чтобы была исключена возможность их нагревания, так как в противном случае сопротивление шунта Rш будет изменяться в процессе измерения.

Измерение напряжения

О приборе для измерения напряжения — вольтметре — мы уже говорили в § 2.4 в связи с опытной проверкой закона Ома. Вольтметр присоединяют параллельно участку цепи, напряжение на котором хотят измерить (рис. 2.25).

Напряжение на вольтметре такое же, как и на участке цепи. Однако включение вольтметра в цепь изменяет сопротивление участка, где он включен. Оно теперь равно не R, а

где Rв — сопротивление вольтметра. Из-за этого измеряемое напряжение на участке уменьшается. Для того чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение, его сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлением того участка цепи, параллельно которому он включается. В этом легко убедиться, если выражение для R’ преобразовать так:

Если

Добавочное сопротивление

Любой вольтметр рассчитан на измерение напряжения, не превышающего некоторого предела (номинальное напряжение) Uв. Однако в ряде случаев измеряемое напряжение U может оказаться больше номинального напряжения имеющегося в нашем распоряжении вольтметра. Но если к вольтметру присоединить последовательно с ним дополнительный резистор сопротивлением R (рис. 2.26), то предел измерения напряжения вольтметром расширится.

При включении в цепь вольтметра добавочного сопротивления измеряемое напряжение U делится на две части: одна часть Uв приходится на вольтметр, другая Uд — на добавочный резистор:

Если

Сила тока в цепи вольтметра

Если

Если

Отношение

= n показывает, во сколько раз расширяется предел измерения напряжения вольтметром, т. е. возрастает цена его деления. Иначе говоря, при подсоединении дополнительного резистора чувствительность вольтметра уменьшается в n раз.

Из выражения (2.9.3) с учетом того, что

= n, найдем значение добавочного сопротивления к вольтметру:

Измерение сопротивления амперметром и вольтметром

Включив в цепь постоянного тока приборы, соединенные по схеме, изображенной на рисунке 2.27, и записав их показания, можно по формуле

определить значение сопротивления участка цепи между точками В и С.

Однако R’x больше искомого сопротивления Rx на сопротивление амперметра, так как вольтметр измеряет сумму напряжений на резисторе и на амперметре. Эту схему следует применять при измерении сопротивлений, значительно больших сопротивления амперметра.

Соединив приборы по схеме, изображенной на рисунке 2.28, и записав их показания, можно по аналогичной формуле определить значение сопротивления участка цепи ВС: R»x =

.

Однако R»x теперь оказывается меньше искомого сопротивления R , так как сила тока, измеряемая амперметром, равна сумме сил токов в резисторе и вольтметре. Этой схемой следует пользоваться при измерении сопротивлений, значительно меньших сопротивления вольтметра.

Таким образом, ни одна из приведенных схем не дает возможности точного измерения сопротивления.

Определение сопротивления мостиком Уитстона

С помощью установки, называемой мостиком Уитстона, сопротивление измеряют более точно, чем на основе закона Ома.

В схему мостика Уитстона входит реохорд, состоящий из линейки с делениями, на которой натянута тонкая однородная проволока из никелина или другого сплава, имеющего большое удельное сопротивление (рис. 2.29). Между концами A и В проволоки включены соединенные последовательно: резистор с известным сопротивлением R (между точками А и С) и резистор, сопротивление R которого должно быть измерено (между точками В и С). Точка С соединена с одним из зажимов гальванометра с нулем посередине шкалы. Другой зажим гальванометра гибкой проволокой присоединен к ползунку D, скользящему вдоль проволоки реохорда. Эта часть прибора CD похожа на мостик, перекинутый между двумя ветвями измерительной цепи, и дает название всей установке.

К концам A и В реохорда присоединены провода от зажимов источника тока (аккумулятора или гальванического элемента).

При замыкании цепи ток пойдет по ветвям АСВ и ADB. Ток пройдет также по мостику CD и вызовет отклонение стрелки гальванометра.

Передвигая ползунок D и тем самым меняя сопротивления R1 и R2 частей проволоки, можно добиться того, чтобы стрелка гальванометра установилась на нуле. А это означает, что ток через мостик не идет. Следовательно, потенциалы точек С и D равны между собой:

Обозначим потенциалы точек А и В соответственно через ωA и ωB, а силу тока в ветвях АСВ и ADB через I1 и I2.

Тогда на основании закона Ома для участка цепи имеем:

Разделим почленно первое равенство на второе:

Так как проволока реохорда однородная, то сопротивления ее частей пропорциональны их длинам:

Эта формула позволяет измерить неизвестное сопротивление. Включив резисторы с измеряемым и известным сопротивлениями так, как показано на рисунке 2.29, передвигают ползунок до тех пор, пока стрелка гальванометра не установится на нуле. Затем измеряют «плечи» реохорда l1 и l2 и вычисляют неизвестное сопротивление по формуле (2.9.5).

Единицы измерения мощности электрического тока.

Кроме Амперов, Мы часто сталкиваемся с понятием мощности электрического тока. Эта величина показывает работу тока, совершенную в единицу времени.

Мощность равняется отношению совершенной работы ко времени, в течение которого она была совершена.

Мощность измеряется в Ваттах и обозначается буквой Р. Высчитывается по формуле P = А х B, т. е. для того что бы узнать мощность- необходимо величину напряжения электросети умножить на потребляемый ток, подключенными к ней электроприборами, бытовой техникой, освещением и т. д.

На электропотребителях часто на табличках или в паспорте только указывается потребляемая мощность, зная которую легко можно высчитать ток. Например, потребляемая мощность телевизором 110 Ватт. Что бы узнать величину потребляемого тока- делим мощность на напряжение

220 Вольт и получаем 0. 5 А. Но учтите, что это максимальная величина, в реальности она может быть меньше т. к. телевизор на низкой яркости и при других условиях будет меньше расходовать электроэнергии.

Понятие силы тока

Силой тока называют заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, в единицу времени.

В проводнике много свободных электронов, которые свободно перемещаются в пространстве кристаллической решетки. При создании электрического поля, относительно проводника, электроны начинают двигаться, проходя через его сечение. Чем больше походит электронов через сечение, тем больше сила тока. И чем меньше проходит электронов через сечение проводника, тем сила тока меньше.

Приборы для измерения электрического тока.

Для того что бы узнать реальный расход электроэнергии с учетом работы в разных режимах для электроприборов, бытовой техники и т. п. — нам понадобятся электроизмерительные приборы:

  1. Амперметр
    — хорошо всем знакомый с практических уроков физики в школе (рисунок 1). Но в быту и профессионалами они не используются из-за непрактичности.
  2. Мультиметр
    — это электронное устройство выполняет многоразличных замеров, в том числе и силы тока (рисунок 2). Очень широко распространен, как среди электриков так и в быту. Как с его помощью измерять силу тока Я уже рассказывал в этой статье.
  3. Тестер
    — то же самое практически, что и мультиметр, но без использования электронники со стрелкой, которая указывает величину измерения по делениям на экране. Сегодня редко можно встретить, но они широко использовались в советское время.
  4. Измерительные клещи
    электрика (рисунок 3), именно ими Я пользуюсь в своей работе, потому что они не требуют разрыва проводника для измерения, нет необходимости лезть под напряжение и отключать нагрузку. Ими измерять одно удовольствие- быстро и легко.

Отличие напряжения от силы тока

Электричество, как и любая другая материя, имеет собственные характеристики, используемые для определения эффективности работы и контроля заданных параметров. В физике существуют такие понятия как «напряжение» и «сила тока». Они описывают одно и тоже явление, но сами по себе как показатели они отличаются друг от друга.

Такие различия заключены в принципе действия электричества. Под силой тока понимают объем потока электронов, способных пройти на расстояние одного метра за установленный интервал времени. Напряжение наоборот выражено в количестве потенциальной энергии. Оба понятия тесно связаны между собой. К внешним факторам влияния на них относят:

  • материал, из которого изготовлен проводник;
  • температура;
  • магнитное поле;
  • условия окружающей среды.

Отличия также заключаются в способах получения этих параметров. Когда на заряды проводника воздействует внешнее магнитное поле, формируется напряжение, которое генерирует поток между точками цепи. Так же специалисты выделяют отличия в энергопотреблении, называемым мощностью. Если напряжение характеризует параметры потенциальной энергии, то ток — кинетической.

Как правильно измерять силу тока.

Для того что бы измерить силу для потребителей постоянного тока, необходимо один зажим от амперметра, тестера или мультиметра присоединить к плюсовой клемме аккумулятора или проводу от блока питания или трансформатора, а второй зажим- к проводу идущему к потребителю и после включения режима измерения постоянного тока с запасом по верхнему максимальному пределу- делать замеры.

Будьте аккуратны при размыкании работающей цепи возникает дуга, величина которой возрастает вместе с силой тока.

Для того что бы измерить ток для потребителей подключаемых напрямую в розетку или к электрическому кабелю от домашней электросети, измерительное устройство переводится в режим измерения переменного тока с запасом по верхнему пределу. Далее тестер или мультиметр включаются в разрыв фазного провода. Что такое фаза читаем в этой статье.

Все работы необходимо проводить только после снятия напряжения.

После того как все готово, включаем и проверяем силу тока. Только следите, что бы Вы не касались оголенных контактов или проводов.

Согласитесь, что выше описанные методы очень не удобны и да же опасны!

Я уже давно в своей профессиональной деятельности электрика пользуюсь для измерения силы тока токоизмерительными клещами

(на картинке справа). Они не редко идут в одном корпусе с мультиметром.

Мерить ими просто- включаем и переводим в режим измерения переменного тока, затем разводим находящиеся сверху усы и пропускаем во внутрь фазный провод, после этого следим что бы они плотно прилегли к друг другу и производим измерения.

Как видите- быстро, просто и можно измерять силу тока под напряжением данным способом, только будьте аккуратны не закоротите в электрощите случайно соседние провода.

Только помните, что для правильного замера- нужно делать обхват только одного фазного провода,

а если обхватить цельный кабель, в котором вместе идут фаза и ноль- измерения провести будет не возможно!

Цель лекции:

изучить основные методы и средства измерения силы тока и напряжения в радиотехнических цепях

Вопросы:

    Общие сведения. Классификация вольтметров и амперметров.

    Общие сведения об электромеханических приборах

    Общие сведения об электронных вольтметрах

Литература по дисциплине:

Основная: 1. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов./.И. Нефедов, В.И. Хахин, В.К. Битюков и др./ Под ред. проф. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2006. – 526с.

Литература по теме лекции: , с. 176-214

Единицы силы тока

На международной конференции по мерам и весам в 1848 г. было решено. Что в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. Рассмотрим опыт: взяли два гибких прямых проводника, расположенных параллельно друг другу. Оба проводника подсоединили к источнику тока. При замыкании цепи, по проводникам протекает ток. Вследствие чего они взаимодействуют. То есть притягиваются или отталкиваются. В зависимости от направления токов в них. Если токи направлены одинаково в проводниках (вверх). То они друг к другу притягивались. Если ток направлен в проводниках в противоположные стороны. То они друг от друга отталкивались. Расстояние между проводниками было установлено 1 метр и находились в вакууме. За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной в 1 метр взаимодействуют силой 2*10-7 Н. Эту единицу силы тока называют Ампером (А). Так она называется в честь французского учёного Андре Ампера. Применяют также дольные и кратные единицы силы тока: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (КА).

1 мА = 0,001 А, 1 мкА = 0.000001 А, 1 КА = 1000 А

Понятие тока и напряжения. Электрические величины и единицы их измерения. Измерение постоянного напряжения

Нагрузка в электрической цепи характеризуется силой тока, измерение тока в амперах. Силу тока иногда приходится измерять для проверки допустимой величины нагрузки на кабель. Для прокладки электрической линии применяются кабели разного сечения. Если кабель работает с нагрузкой выше допустимой величины, то он нагревается, а изоляция постепенно разрушается. В результате это приводит к и замене кабеля.

  • После прокладки нового кабеля необходимо измерить проходящий через него ток при всех работающих электрических устройствах.
  • Если к старой электропроводке подключена дополнительная нагрузка, то также следует проверить величину тока, которая не должна превышать допустимые пределы.
  • При нагрузке, равной верхнему допустимому пределу, проверяется соответствие тока, протекающего через . Его величина не должна превышать номинальное значение рабочего тока автоматов. В противном случае автоматический выключатель обесточит сеть из-за перегрузки.
  • Измерение тока также необходимо для определения режимов эксплуатации электрических устройств. Измерение токовой нагрузки электродвигателей выполняется не только для проверки их работоспособности, но и для выявления превышения нагрузки выше допустимой, которая может возникнуть из-за большого механического усилия при работе устройства.
  • Если измерить ток в цепи работающего , то он покажет исправность .
  • Работоспособность в квартире также проверяется измерением тока.
Мощность тока

Кроме силы тока, существует понятие мощности тока. Этот параметр определяет работу тока, выполненную в единицу времени. Мощность тока равна отношению выполненной работы к промежутку времени, за которое эта работа была выполнена. Обозначают буквой «Р» и измеряют в ваттах.

Мощность рассчитывается путем перемножения напряжения сети на силу тока, потребляемого подключенными электрическими устройствами: Р = U х I. Обычно на электроприборах указывают потребляемую мощность, с помощью которой можно определить ток. Если ваш телевизор имеет мощность 140 Вт, то для определения тока делим эту величину на 220 В, в результате получаем 0,64 ампера. Это значение максимального тока, на практике ток может быть меньше при снижении яркости экрана или других изменениях настроек.

Измерение тока приборами

Для определения потребления электрической энергии с учетом эксплуатации потребителей в разных режимах, необходимы электрические измерительные приборы, способные выполнить измерение параметров тока.

  • . Для измерения величины тока в цепи используют специальные приборы, называемые амперметрами. Они включаются в измеряемую цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметра очень мало, поэтому он не влияет на параметры работы цепи.Шкала амперметра может быть размечена в амперах или других долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т.д. Существует несколько видов амперметров: электронные, механические и т.д.
  • является электронным измерительным прибором, способным измерить различные параметры электрической цепи (сопротивление, напряжение, обрыв проводника, пригодность батарейки и т.д.), в том числе и силу тока. Существуют два вида мультиметров: цифровой и аналоговый. В мультиметре имеются различные настройки измерений.

Порядок измерения силы тока мультиметром:
  • Выяснить, какой интервал измерения вашего мультиметра. Каждый прибор рассчитан на измерение тока в некотором интервале, который должен соответствовать измеряемой электрической цепи. Наибольший допустимый ток измерения должен быть указан в инструкции.
  • Выбрать соответствующий режим измерений. Многие мультиметры способны работать в разных режимах, и измерять разные величины. Для замеров силы тока нужно переключиться на соответствующий режим, учитывая вид тока (постоянный или переменный).
  • Установить на приборе необходимый интервал измерений. Лучше установить верхний предел силы тока несколько выше предполагаемой величины. Снизить этот предел можно в любое время. Зато будет гарантия, что вы не выведете прибор из строя.
  • Вставить измерительные штекеры проводов в гнезда. В комплекте прибора имеются два провода со щупами и разъемами. Гнезда должны быть отмечены на приборе или изображены в паспорте.

  • Для начала измерения необходимо подключить мультиметр в цепь. При этом следует соблюдать правила безопасности и не касаться токоведущих частей незащищенными частями тела. Нельзя проводить измерения во влажной среде, так как влага проводит электрический ток. На руки следует надеть резиновые перчатки. Чтобы разорвать цепь для проведения измерений, следует разрезать проводник и зачистить изоляцию на обоих концах. Затем подсоединить щупы мультиметра к зачищенным концам провода и убедиться в хорошем контакте.
  • Включить питание цепи и зафиксировать показания прибора. В случае необходимости откорректировать верхний предел измерений.
  • Отключить питание цепи и отсоединить мультиметр.
  • . Если необходимо произвести измерение тока без разрыва электрической цепи, то измерительные клещи будут отличным вариантом для выполнения этой задачи. Этот прибор выпускают нескольких видов, и разной конструкции. Некоторые модели могут измерять и другие параметры цепи. Пользоваться измерительными токовыми клещами очень удобно.

Способы измерения тока

Для измерения силы тока в электрической цепи, необходимо один вывод амперметра или другого прибора, способного измерять силу тока, подключить к положительной клемме источника тока или , а другой вывод к проводу потребителя. После этого можно измерять силу тока.

При измерениях необходимо соблюдать аккуратность, так как при размыкании действующей электрической цепи может возникнуть электрическая дуга.

Для измерения силы тока электрических устройств, подключаемых непосредственно к розетке или кабелю бытовой сети, измерительный прибор настраивается на режим переменного тока с завышенной верхней границей. Затем измерительный прибор подключают в разрыв провода фазы.

Все работы по подключению и отключению допускается производить только в обесточенной цепи. После всех подключений можно подавать питание и измерять силу тока. При этом нельзя касаться оголенных токоведущих частей, во избежание поражения электрическим током. Такие методы измерения неудобны и создают определенную опасность.

Значительно удобнее проводить измерения токоизмерительными клещами, которые могут выполнять все функции мультиметра, в зависимости от исполнения прибора. Работать такими клещами очень просто. Необходимо настроить режим измерения постоянного или переменного тока, развести усы и охватить ими фазный провод. Затем нужно проконтролировать плотность прилегания усов между собой и измерить ток. Для правильных показаний необходимо охватывать усами только фазный провод. Если охватить сразу два провода, то измерения не получится.

Токоизмерительные клещи служат только для замеров параметров переменного тока. Если их использовать для измерения постоянного тока, то усы сожмутся с большой силой, и раздвинуть их можно будет только, отключив питание.

Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

Как возникает напряжение?

Все вещества состоят из атомов, представляющих собой положительно заряженное ядро, вокруг которого с большой скоростью кружатся более мелкие отрицательные электроны. В общем случае атомы нейтральны, так как количество электронов совпадает с числом протонов в ядре.

Однако если некоторое количество электронов отнять из атомов, то они будут стремиться притянуть такое же их количество, формируя вокруг себя плюсовое поле. Если же добавить электронов, то возникнет их избыток, и отрицательное поле. Формируются потенциалы – положительный и отрицательный.

При их взаимодействии возникнет взаимное притяжение.

Чем больше будет величина различия – разность потенциалов – тем сильнее электроны из материала с их избыточным содержанием будут перетягиваться к материалу с их недостатком. Тем сильнее будет электрическое поле и его напряжение.

Если соединить потенциалы с различными зарядами проводников, то возникнет электрический – направленное движение носителей заряда, стремящееся устранить разницу потенциалов. Для перемещения по проводнику зарядов силы электрического поля совершают работу, которая и характеризуется понятием электрического напряжения.

В чем измеряется

Температуры;

Виды напряжения


Постоянное напряжение

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки. Применяют сети , когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.


Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Состоит из четырех проводов – трех фазных и одного нулевого. напряжение между проводами нулевым и фазным равно 220 В и называется фазным. Между фазными напряжение также существует, называется линейным и равно 380 В (разность потенциалов между двумя фазными проводами). В зависимости от вида подключения в трехфазной сети можно получить или фазное напряжение, или линейное.

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.

В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.

Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.

Рис. 336. Схема для измерения мощности

Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения . Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.

Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.

Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).

Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.

Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.

При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами I в1 и I в2 , индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).

В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) — параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается

Рис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергии

Рис. 338. Индукционный счетчик электрической энергии

помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.

Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.

Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.

При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.

Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,- буквами Г.

Измерение тока. Для измерения тока в цепи амперметр 2 (рис. 332, а) или миллиамперметр включают в электрическую цепь последовательно с приемником 3 электрической энергии.

Для того чтобы включение амперметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, амперметры выполняют с малым внутренним сопротивлением. Поэтому практически сопротивление его можно считать равным нулю и пренебрегать вызываемым им падением напряжения. Амперметр можно включать в цепь только последовательно с нагрузкой. Если амперметр подключить непосредственно к источнику 1, то через катушку прибора пойдет очень большой ток (сопротивление амперметра мало) и она сгорит.

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, их включают в цепь параллельно шунту 4 (рис. 332,б). При этом через прибор проходит только часть I А измеряемого тока I, обратно пропорциональная его сопротивлению R А. Бо льшая часть I ш этого тока проходит через шунт. Прибор измеряет падение напряжения на шунте, зависящее от проходящего через шунт тока, т. е. используется в качестве милливольтметра. Шкала прибора градуируется в амперах. Зная сопротивления прибора R A и шунта R ш можно по току I А, фиксируемому прибором, определить измеряемый ток:

I = I А (R А +R ш)/R ш = I А n (105)

где n = I/I А = (R A + R ш)/R ш — коэффициент шунтирования. Его обычно выбирают равным или кратным 10. Сопротивление шунта, необходимое для измерения тока I, в n раз большего, чем ток прибора I А,

R ш = R A /(n-1) (106)

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (шунты на токи до 50 А), либо устанавливают вне его и соединяют с прибором проводами. Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется. В случае применения наружных (отдельных от приборов) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номинальное напряжение на зажимах (калиброванные шунты). Согласно стандартам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ. Шунты подбирают к приборам так, чтобы при номинальном напряжении на зажимах шунта стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Следовательно, номинальные напряжения прибора и шунта должны быть одинаковыми. Имеются также индивидуальные шунты, предназначенные для работы с определенным прибором. Шунты делят на пять классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Для того чтобы повышение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало влияния на показания прибора, шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.). Для уменьшения влияния температуры на показания амперметра последовательно с катушкой прибора в некоторых случаях включают добавочный резистор из констан-тана или другого подобного материала.

Рис. 332. Схемы для измерения тока (а, б) и напряжения (в, г)

Измерение напряжения. Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо двумя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 332, в) присоединяют к этим точкам, т. е. параллельно источнику 1 электрической энергии или приемнику 3.

Для того чтобы включение вольтметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, вольтметры выполняют с большим сопротивлением. Поэтому практически можно пренебрегать проходящим по вольтметру током.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой прибора включают добавочный резистор 4 (R д) (рис. 332,г). При этом на прибор приходится лишь часть U v измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора R v .

Зная сопротивление добавочного резистора и вольтметра, можно по значению напряжения U v , фиксируемого вольтметром, определить напряжение, действующее в цепи:

U = (R v +R д )/R v * U v = nU v (107)

Величина n = U/U v =(R v +R д)/R v показывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения U v , приходящегося на прибор, т. е. во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения вольтметром при применении добавочного резистора.

Сопротивление добавочного резистора, необходимое для измерения напряжения U, в п раз большего напряжения прибора Uv, определяется по формуле R д =(n- 1) R v .

Добавочный резистор может встраиваться в прибор и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора. Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры. По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты.

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения вольтметров применяют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале). Отношение входного напряжения делителя U 1 к выходному U 2 (рис. 333, а) называетсякоэффициентом деления . При холостом ходе U 1 /U 2 = (R 1 +R 2)/R2 = 1 + R 1 /R 2 . В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким

Рис. 333. Схемы включения делителей напряжения

выводам делителя подключен вольтметр (рис. 333,б). Делитель напряжения вносит малую погрешность в измерения только в том случае, если сопротивление вольтметра R v достаточно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, мало.

Измерительные трансформаторы. Для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения. Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позволяют измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.

Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформатор напряжения 1 (рис. 334, а) служит для подключения вольтметров и других приборов, которые должны реагировать на напряжение. Его выполняют, как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми требуется измерить напряжение, а вторичную — к вольтметру 2.

На схемах измерительный трансформатор напряжения изображают как обычный трансформатор (на рис. 334, а показано в круге).

Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор практически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U 1 и U 2 на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков? 1 и? 2 обеих обмоток трансформатора, т. е.

U 1 /U 2 = ? 1 /? 2 = n (108)

Таким образом, подобрав соответствующее число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять высокие напряжения, подавая на электроизмерительный прибор небольшие напряжения.

Напряжение U 1 может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U 2 на коэффициент трансформации трансформатора n.

Вольтметры, предназначенные для постоянной работы с трансформаторами напряжения, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого напряжения могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один выэод его вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора должны быть заземлены.

Трансформатор тока 3 (рис. 334,б) служит для подключения амперметров и других приборов, которые должны реагировать на протекающий по цепи переменный ток. Его выполняют в виде

Рис. 334. Включение электроизмерительных приборов посредством измерительных трансформаторов напряжения (а) и тока (б)

обычного двухобмоточного повышающего трансформатора; первичную обмотку включают последовательно в цепь измеряемого тока, к вторичной обмотке подключают амперметр 4.

Схемное обозначение измерительных трансформаторов тока показано на рис. 334, б в круге.

Так как сопротивление обмотки амперметра, подключаемого к трансформатору тока, обычно мало, трансформатор практически работает в режиме короткого замыкания, и с достаточной степенью точности можно считать, что токи I 1 и I 2 , проходящие по его обмоткам, будут обратно пропорциональны числу витков? 1 и? 2 этих обмоток, т.е.

I 1 /I 2 = ? 1 /? 2 = n (109)

Следовательно, подобрав соответствующим образом число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять большие токи I 1 , пропуская через электроизмерительный прибор малые токи I 2 . Ток I 1 может быть при этом определен умножением измеренного вторичного тока I 2 на величину n.

Амперметры, предназначенные для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I 1 могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.

На э. п. с. применяют так называемые проходные трансформаторы тока (рис. 335). В таком трансформаторе магнитопровод 3 и вторичная обмотка 2 смонтированы на проходном изоляторе 4, служащем для ввода высокого напряжения в кузов, а роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень 1, проходящий внутри изолятора.

Условия работы трансформаторов тока отличаются от обычных. Например, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке недопустимо, так как это вызовет значительное увеличение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя. Кроме того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, опасная для персонала, производящего измерения.

При включении приборов посредством измерительных трансформаторов возникают погрешности двух видов: погрешность в коэффициенте трансформации и угловая погрешность (при изменениях напряжения или тока отношенияU 1 /U 2 и I 1 /I 2 несколько изменяются и угол сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями и токами отклоняется от 180°). Эти погрешности возрастают при нагрузке трансформатора свыше номинальной. Угловая погрешность оказывает влияние на результаты измере-

Рис. 335. Проходной измерительный трансформатор тока

ний приборами, показания которых зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током (например, ваттметров, счетчиков электрической энергии и пр.). В зависимости от допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы подразделяют по классам точности. Класс точности (0,2; 0,5; 1 и т. д.) соответствует наибольшей допускаемой погрешности в коэффициенте трансформации в процентах от его номинального значения.

Измерение методом амперметра и вольтметра. Сопротивление какой-либо электрической установки или участка электрической цепи можно определить с помощью амперметра и вольтметра, пользуясь законом Ома. При включении приборов по схеме рис. 339, а через амперметр проходит не только измеряемый ток I x , но и ток I v , протекающий через вольтметр. Поэтому сопротивление

R x = U / (I – U/R v ) (110)

где R v — сопротивление вольтметра.

При включении приборов по схеме рис. 339, б вольтметр будет измерять не только падение напряжения Ux на определенном сопротивлении, но и падение напряжения в обмотке амперметра U A = IR А. Поэтому

R x = U/I – R А (111)

где R А — сопротивление амперметра.

В тех случаях, когда сопротивления приборов неизвестны и, следовательно, не могут быть учтены, нужно при измерении малых сопротивлений пользоваться схемой рис. 339,а, а при измерении больших сопротивлений — схемой рис. 339, б. При этом погрешность измерений, определяемая в первой схеме током I v , а во второй — падением напряжения UА, будет невелика по сравнению с током I x и напряжением U x .

Измерение сопротивлений электрическими мостами. Мостовая схема (рис. 340,а) состоит из источника питания, чувствительного прибора (гальванометра Г) и четырех резисторов, включаемых в плечи моста: с неизвестным сопротивлением R x (R4) и известными сопротивлениями R1, R2, R3, которые могут при измерениях изменяться. Прибор включают в одну из диагоналей моста (измерительную), а источник питания — в другую (питающую).

Сопротивления R1 R2 и R3 можно подобрать такими, что при замыкании контакта В показания прибора будут равны нулю (в та-

Рис. 339. Схемы для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра

Рис. 340. Мостовые схемы постоянного тока, применяемые для измерения сопротивлений

ком случае принято говорить, что мост уравновешен). При этом неизвестное сопротивление

R x = (R 1 /R 2)R 3 (112)

В некоторых мостах отношение плеч R1/R2 установлено постоянным, а равновесие моста достигается только подбором сопротивления R3. В других, наоборот, сопротивление R3 постоянно, а равновесие достигается подбором сопротивлений R1 и R2.

Измерение сопротивления мостом постоянного тока осуществляется следующим образом. К зажимам 1 и 2 присоединяют неизвестное сопротивление R x (например, обмотку электрической машины или аппарата), к зажимам 3 и 4 — гальванометр, а к зажимам 5 и 6 — источник питания (сухой гальванический элемент или аккумулятор). Затем, изменяя сопротивления R1, R2 и R3 (в качестве которых используют магазины сопротивлений, переключаемые соответствующими контактами), добиваются равновесия моста, которое определяется по нулевому показанию гальванометра (при замкнутом контакте В).

Существуют различные конструкции мостов постоянного тока, при использовании которых не требуется выполнять вычисления, так как неизвестное сопротивление R x отсчитывают по шкале прибора. Смонтированные в них магазины сопротивлений позволяют измерять сопротивления от 10 до 100 000 Ом.

При измерении малых сопротивлений обычными мостами сопротивления соединительных проводов и контактных соединений вносят большие погрешности в результаты измерения. Для их устранения применяют двойные мосты постоянного тока (рис. 340,б). В этих мостах провода, соединяющие резистор с измеряемым сопротивлением R x и некоторый образцовый резистор с сопротивлением R0 с другими резисторами моста, и их контактные соединения оказываются включенными последовательно с резисторами соответствующих плеч, сопротивление которых устанавливается не менее 10 Ом. Поэтому они практически не влияют на результаты измерений. Провода же, соединяющие резисторы с сопротивлениями R x и R0, входят в цепь питания и не влияют на условия равновесия моста. Поэтому точность измерения малых сопротивлений довольно высокая. Мост выполняют так, чтобы при регулировках его соблюдались следующие условия: R1 = R2 и R3 = R4. В этом случае

R x = R 0 R 1 /R 4 (113)

Двойные мосты позволяют измерить сопротивления от 10 до 0,000001 Ом.

Если мост не уравновешен, то стрелка в гальванометре будет отклоняться от нулевого положения, так как ток измерительной диагонали при неизменных значениях сопротивлений R1, R2, R3 и э. д. с. источника тока будет зависеть только от изменения сопротивления R x . Это позволяет проградуировать шкалу гальванометра в единицах сопротивления R x или каких-либо других единицах (температура, давление и пр.), от которых зависит это сопротивление. Поэтому неуравновешенный мост постоянного тока широко используют в различных устройствах для измерения неэлектрических величин электрическими методами.

Применяют также различные мосты переменного тока, которые дают возможность измерить с большой точностью индуктивности и емкости.

Измерение омметром. Омметр представляет собой миллиамперметр 1 с магнитоэлектрическим измерительным механизмом и включается последовательно с измеряемым сопротивлением R x (рис. 341) и добавочным резистором R Д в цепь постоянного тока. При неизменных э. д. с. источника и сопротивления резистора R Д ток в цепи зависит только от сопротивления R x . Это позволяет отградуировать шкалу прибора непосредственно в омах. Если выходные зажимы прибора 2 и 3 замкнуты накоротко (см. штриховую линию), то ток I в цепи максимален и стрелка прибора отклоняется вправо на наибольший угол; на шкале этому соответствует сопротивление, равное нулю. Если цепь прибора разомкнута, то I = 0 и стрелка находится в начале шкалы; этому положению соответствует сопротивление, равное бесконечности.

Питание прибора осуществляется от сухого гальванического элемента 4, который устанавливается в корпусе прибора. Прибор будет давать правильные показания только в том случае, если источник тока имеет неизменную э. д. с. (такую же, как и при градуировке шкалы прибора). В некоторых омметрах имеются два или несколько пределов измерения, например от 0 до 100 Ом и от 0 до 10 000 Ом. В зависимости от этого резистор с измеряемым сопротивлением R x подключают к различным зажимам.

Измерение больших сопротивлений мегаомметрами. Для измерения сопротивления изоляции чаще всего применяют мегаомметры магнитоэлектрической системы. В качестве измерительного механизма в них использован логометр 2 (рис. 342), показания кото-

Рис. 341. Схема включения омметра

Рис. 342. Устройство мегаомметра

рого не зависят от напряжения источника тока, питающего измерительные цепи. Катушки 1 и 3 прибора находятся в магнитном поле постоянного магнита и подключены к общему источнику питания 4.

Последовательно с одной катушкой включают добавочный резистор R д, в цепь другой катушки — резистор сопротивлением R x .

В качестве источника тока обычно используют небольшой генератор 4 постоянного тока, называемый индуктором; якорь генератора приводят во вращение рукояткой, соединенной с ним через редуктор. Индукторы имеют значительные напряжения от 250 до 2500 В, благодаря чему мегаомметром можно измерять большие сопротивления.

При взаимодействии протекающих по катушкам токов I1 и I2 с магнитным полем постоянного магнита создаются два противоположно направленных момента М1 и М2, под влиянием которых подвижная часть прибора и стрелка будут занимать определенное положение. Как было показано в § 100, положение подвижной

Рис. 343. Общий вид мегаомметра (а) и его упрощенная схема (б)

части логометра зависит от отношения I1/I2. Следовательно, при изменении R x будет изменяться угол? отклонения стрелки. Шкала мегаомметра градуируется непосредственно в килоомах или мегаомах (рис. 343, а).

Чтобы измерить сопротивление изоляции между проводами, необходимо отключить их от источника тока (от сети) и присоединить один провод к зажиму Л (линия) (рис. 343,б), а другой — к зажиму 3 (земля). Затем, вращая рукоятку индуктора 1 мегаомметра, определяют по шкале логометра 2 сопротивление изоляции. Имеющийся в приборе переключатель 3 позволяет изменять пределы измерения. Напряжение индуктора, а следовательно, частота вращения его рукоятки теоретически не оказывают влияние на результаты измерений, но практически рекомендуется вращать ее более или менее равномерно.

При измерении сопротивления изоляции между обмотками электрической машины отсоединяют их друг от друга и соединяют одну из них с зажимом Л, а другую с зажимом 3, после чего, вращая рукоятку индуктора, определяют сопротивление изоляции. При измерении сопротивления изоляции обмотки относительно корпуса его соединяют с зажимом 3, а обмотку — с зажимом Л.

Заряженные частицы, попадая в электрическое поле, начинают двигаться упорядоченно в определенном направлении. Частицы приобретают определенную энергию, то есть совершается работа. Для определения величины работы по перемещению электрических зарядов в электрическом поле с напряженностью Е потребовалось введение еще одной физической величины — электрического напряжения U .

Чему равна работа электрического поля

Отношение работы А , совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к величине заряда q называется электрическим напряжением U между этими точками:

$$ U = { А \over q } $$

Можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по перемещению заряда величиной в 1 кулон из одной точки электрического поля в другую.

Тогда для определения величины совершенной полем работы, можно получить следующее выражение:

$$ А = { q * U } $$

Рис. 1. Электроны в электрическом поле.

Единицы измерения

В международной системе единиц (системе СИ) единица измерения напряжения (В) названа в честь итальянского исследователя Алессандро Вольта (1745-1827г.г.), внесшего огромный вклад в понимание природы электричества. Поскольку работа измеряется в джоулях (Дж), а заряд в кулонах (К), то:

$$ ={ \over } $$

Напряжение может изменяться в широчайших пределах, поэтому для расчетов часто используются такие внесистемные единицы, как:

  • 1 микровольт (мкВ) = 0,0000001 В;
  • 1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
  • 1 киловольт (кВ) = 1000 В;
  • 1 МВ (мегавольт) = 1000000 В.

Постоянное и переменное напряжения

Различают два вида напряжений — постоянное и переменное. Примером источников постоянного напряжения могут служить обычные батарейки, используемые в бытовой технике: пультах, телефонах и т.д. На поверхности батареек всегда присутствуют обозначения “−” и “+”.

Это означает, что направление электрического поля, создаваемое батареей будет все время постоянным. Источники переменного напряжения были изобретены позднее и получили огромное распространение ввиду того, что переменный ток легче поддается преобразованиям (усилению, ослаблению) и передаче на дальние расстояния.

Рис. 2. Графики постоянного и переменного напряжений.

Из графиков видно, что постоянное напряжение не зависит от времени,

$$U(t) = const $$

Переменное напряжение изменяется, переходя через нулевое значение, меняя знак “+” на “−”. Для формулы электрического напряжения U(t) хорошо подходят тригонометрические функции синуса или косинуса:

$$ U(t) = U_А * sin(ω*t) $$

где U А амплитуда переменного напряжения, то есть максимальное значение напряжения;

ω — частота переменного напряжения, показывающая сколько раз за одну секунду изменяется знак напряжения, то есть “плюс” меняется на “минус”. Величина частоты показывает с какой скоростью (как часто) изменяется полярность напряжения. Например, в электрических розетках наших квартир напряжение изменяется 50 раз в секунду (с частотой 50 Герц).

Действие электрического напряжения, начиная с некоторых значений становится небезопасным для человека. В сухих помещениях безопасным считается напряжение до 36 В. Для помещений с повышенной сыростью эта величина еще меньше — 12 В. Поэтому надо всегда соблюдать технику безопасности при работе и обращении с электрическими приборами.

Как и чем измеряют напряжение

Напряжение измеряют с помощью прибора, который называется вольтметром. Вольтметр подключается параллельно элементу электрической цепи, где хотят измерить падение напряжения. Обозначается на схемах вольтметр в виде кружка, с расположенной внутри него буквой V.

Рис. 3. Различные вольтметры и их обозначение на схемах.

Раньше все вольтметры были стрелочные, и значение напряжения показывала стрелка на шкале прибора с нанесенными цифровыми значениями. Сейчас большинство этих приборов выпускаются с электронной индикацией (светодиодной или жидкокристаллической). Сам вольтметр не должен влиять на результат измерения, поэтому его собственное сопротивление делают очень большим, чтобы через него практически не протекали заряды (электрический ток).

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что электрическое напряжение — это физическая величина, характеризующая работу силы электрического поля по перемещению электрических зарядов. Напряжение может быть постоянным или переменным. Для измерения напряжения используются вольтметры.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.8 . Всего получено оценок: 26.

По сути, этот термин обозначает разность потенциалов, а единица измерения напряжения — это вольт. Вольт — это фамилия ученого, который положил начало всему, что мы сейчас знаем об электричестве. А звали этого человека Алессандро.

Но это то, что касается электрического тока, т.е. того, при помощи которого работают привычные для нас бытовые электроприборы. Но существует и понятие механического параметра. Подобный параметр измеряется в паскалях. Но речь сейчас идет не о нем.

Чему равен вольт

Этот параметр может быть как постоянным, так и переменным. Как раз переменный ток и «течет» в квартиры, здания и сооружения, дома и организации. Электрическое напряжение представляет собой амплитудные волны, обозначаемые на графиках в виде синусоиды.

Переменный ток обозначается в схемах значком «~». А если говорить о том, чему равен один вольт, то можно сказать, что это электрическое действие в цепи, где при протекании заряда, равного одному кулону (Кл), совершается работа, равная одному джоулю (Дж).

Стандартной формулой, по которой можно его рассчитать, является:

U = A:q, где U — это как раз и есть нужная величина; «А» является работой, которую выполняет электрическое поле (в Дж), перенося заряд, ну а «q» как раз и есть сам заряд, в кулонах.

Если же говорить о постоянных величинах, то они практически не отличаются от переменных (за исключением графика построения) и из них же и производятся, посредством выпрямительного диодного моста. Диоды, не пропуская ток в одну из сторон, как бы делят синусоиду, убирая из нее полуволны. В результате, вместо фазы и нуля получается плюс и минус, но исчисление при этом остается в тех же вольтах (В или V).

Измерение напряжения

Раньше для измерения подобного параметра использовался только аналоговый вольтметр. Сейчас на прилавках магазинов электротехники представлен очень широкий ассортимент подобных приборов уже в цифровом исполнении, а также мультиметров, как аналоговых, так и цифровых, при помощи которых и измеряют так называемый вольтаж. Подобным прибором может измеряться не только величина, но и сила тока, сопротивление цепи, и даже появляется возможность проверить емкость конденсатора или замерить температуру.

Конечно, аналоговые вольтметры и мультиметры не дают такой точности, как цифровые, на дисплее которых высвечивается единица напряжения вплоть до сотых или тысячных долей.

При измерении этого параметра вольтметр включается в цепь параллельно, т.е. при необходимости замерить величину между фазой и нулем, щупы прикладываются одним к первому проводу, а другим — ко второму, в отличие от измерения силы тока, где прибор включается в цепь последовательно.

В схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной кругом. Различные типы подобных приборов измеряют, помимо вольта, разные единицы напряжения. Вообще оно измеряется в следующих единицах: милливольт, микровольт, киловольт или мегавольт.

Значение напряжения

Значение этого параметра электрического тока в нашей жизни очень высоко, ведь от того, соответствует ли оно положенному, зависит, насколько ярко будут гореть в квартире лампы накаливания, а если установлены компактные люминесцентные, то уже встает вопрос, будут или нет они вообще гореть. От его скачков зависит долговечность работы всех световых и бытовых электроприборов, а потому наличие дома вольтметра или мультиметра, а также умение им воспользоваться становится необходимостью в наше время.

Как измерить ток, проходящий по электрической цепи • Energy-Systems

 

Измерение тока

Часто, многие люди, желают узнать о том, каким образом осуществляется процесс измерения тока, кратковременно проходящего по электрической цепи. Сразу хочется отметить, что эта процедура является достаточно сложной, и подходить к ней необходимо грамотно и ответственно.

Для того, чтобы можно было измерить ток, нужно воспользоваться специально предусмотренными для этого приборами. Сюда можно отнести амперметр, который способен показать достаточно неплохие результаты, во время проведения работы данного типа.

Такие приборы хороши тем, что в них стрелка-указатель будет постоянно оставаться в положении, в котором ток будет находиться некоторое время, после того как пройдет процесс электрической цепи.

Провести такую процедуру достаточно трудно, так как необходимо быть знакомыми со всеми правилами и рекомендациями, которые применяются для проведения такой работы.

Сегодня существует еще большое количество устройств, которые легки и удобны в использовании, их также часто используют для проведения разных работ данного типа. Так что если вы подойдете к выполнению этой работы грамотно и ответственно, вы сможете достичь желаемых результатов.

Сегодня в продаже имеются и такие приборы, которые помогут моментально увеличить ток до необходимого уровня. И основное преимущество таких устройств в том, что они сами будут регулировать процесс, чтобы устройство не могло перегреться.

Конечно же, не оценить такие преимущества невозможно, это и служит основной причиной того, что такие приборы никогда не переставали пользоваться популярностью и спросом.

Ведь, как правило, провести ту или иную работу трудно и порой вовсе невозможно, если бы не было таких устройств. Также благодаря именно таким устройствам, можно будет без особых проблем измерить изоляцию, проверить проводку, а ведь этот процесс является особенно важным.

Никаких трудностей здесь быть не должно, если вы подойдете к этому процессу работы со знанием дела. Такие проверки и испытания необходимы для того, чтобы можно было выявить те или иные причины и ошибки устройства.

И как показывает статистика, именно такие устройства и помогают провести работу по измерениям достаточно быстро, но самое главное качественно. Так что окончательный выбор будет зависеть только от вас. И если вы подойдете к процессу грамотно, то вы сможете произвести тщательное измерение изоляции.

Обычно такие процессы проводят для того, чтобы можно было не только обнаружить дефекты на сложном электрооборудовании. Но также этот процесс является необходимым в тот момент, когда нужно сравнить результаты испытаний.

Ведь такие измерения тока и испытания проводятся достаточно часто, так что всегда можно сравнить предыдущие результаты, с теми, что получились сейчас. Никаких проблем здесь не будет. Так что если произвести эту процедуру работы качественно и ответственно, то можно достичь желаемых результатов.

Теперь вам не составит особого труда измерить ток, который будет проходить по электрической цепи. Все, что вам нужно, – это правильно и ответственно подойти к этому процессу, также желательно выполнять ее с помощниками.

При помощи такого прибора, как вольтметр, можно измерить мощность в цепи трехфазного переменного тока, вы без особых проблем сможете провести эту процедуру работы, причем сделать это достаточно качественно. И после этого уже можно будет сравнивать полученный результат с теми, которые были получены во всех тех процедурах, которые проводились ранее.

Пример технического отчета

Назад

1из27

Вперед

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Онлайн расчет стоимости проектирования

Как определить силу электрического тока, как узнать, вычислить какой ток в схеме, цепи.

Известно, что электрический ток заряженных частиц лежит в основе работы всей электротехники. Знание его величины дает понимание о режиме работы той или иной цепи, схемы. Если для специалиста электрика, электронщика не составит особого труда определить силу тока, то для новичка это может оказаться проблемой. В этой теме давайте с вами рассмотрим, какими именно способами можно узнать, вычислить, найти электрический ток используя как непосредственные измерения так и формулы.

Основными электрическими величинами являются напряжение, ток, сопротивление, мощность. Пожалуй главной формулой электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (ток равен напряжение деленное на сопротивление). Данную формулу приходится использовать повсеместно. Из нее можно вывести две другие: R=U/I и U=I*R. Зная любые две величины всегда можно вычислить третью. Напомню, что при использовании формул нужно пользоваться основными единицами измерения. Для тока это амперы, для напряжения это вольты и для сопротивления это омы.

К примеру, вам нужно быстро определить силу тока, которую потребляем электрочайник. Напряжение нам известно, это 220 вольт. Берем в руки мультиметр, электронный тестер, меряем сопротивление в омах. Далее мы просто напряжение перемножаем на это сопротивление. В итоге мы получаем искомую силу тока в амперах. Хочу уточнить, что данная форума работает только для цепей с активной нагрузкой (обычные нагреватели, лампы накаливания, светодиоды и т.д.). Для реактивной нагрузки формула имеет иной вид, где уже используется такие величины как индуктивность, емкость, частота.

Силу тока можно определить и по другой формуле, которая в себе содержит напряжение и мощность. Она имеет вид: I=P/U (сила тока равна электрическая мощность деленная на напряжение). То есть, 1 ампер равен 1 ватт деленный на 1 вольт. Две других формулы, выходящие из этой, имеют такой вид: P=U*I и U=P/I. Если вам известны любые две величины из тока, напряжения и мощности, всегда можно вычислить третью.

Помимо формул силу тока можно определить и практическим путем, через обычное измерение тестером, мультиметром. Для новичков сообщаю, что силу тока нужно измерять в разрыв электрической цепи. То есть, к примеру, у нас схема, прибор, с него выходит кабель с двумя проводами питания. Берем измеритель, выставляем на нем нужный диапазон измерения. Далее, один щуп измерителя мы прикладываем к одному из проводов питания устройства, а другой щуп измерителя к одному из контактов самого электропитания. Ну, и оставшийся провод, идущий от устройства мы также подсоединяем ко второму контакту питания. После включения самого устройства на измерителе появится величина тока, которую он потребляет при своей работе.

При измерении силы тока нужно помнить, что имеет значение какой вид тока течет по цепи (переменный или постоянный). Допустим, на большинство электротехники подается переменное напряжение, следовательно и измерять на входе ток нужно переменного типа. Внутри устройств обычно стоят блоки питания, которые снижают сетевое напряжение до меньших величин и делают его постоянным. Значит ту часть электрической цепи, что стоит после выпрямляющего диодного моста (делающая из переменного тока постоянный) уже нужно измерять как постоянный ток. Если вы попытаетесь измерить силу тока не своего типа, то и показания вы получите неверные.

Напряжение измеряют по другому. Измерительные щупы уже прикладываются не в разрыв цепи, как это делается у тока, а параллельно контактам питания. И в этом случае тип напряжения имеет значение (переменное или постоянное). Так что будьте внимательны, когда выставляете тип тока (напряжения) и их предел на тестере.

P.S. Именно сила тока в электротехнике делает всю работу, что мы воспринимаем как свет, тепло, звук, движение и т.д. Для облегчения понимания, что такое ток, а что такое напряжение можно привести аналогию с обычной водой. Так вот давление в воды в водопроводе будет соответствовать примерно электрическому напряжению, а движение самой воды это будет ток.

Высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока

Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам измерения переменного и постоянного тока с использованием цифровой измерительной техники, преимущественно при напряжениях от 10 до 1500 кВ. Сущность: оптоэлектронное устройство для измерения тока содержит датчик тока, аналого-цифровой преобразователь и передатчик, помещенные внутрь токопровода под потенциалом высокого напряжения, и передает информацию о величине измеряемого тока в цифровом виде по оптическому каналу. Технический результат заключается в упрощении конструкции прибора, уменьшении массогабаритных показателей, увеличении точности измерений и увеличении надежности эксплуатации в части высоковольтной изоляции, защиты цифровой измерительной части от импульсных электромагнитных помех и погрешностей, связанных с неравномерным нагревом. 2 ил.

Область техники

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым приборам измерения переменного и постоянного тока, преимущественно при напряжениях от 10 до 1500 кВ.

Технический результат заключается в упрощении конструкции прибора, уменьшении массогабаритных показателей, увеличении точности измерений и увеличении надежности эксплуатации в части высоковольтной изоляции, исключении влияния термических градиентов. Устройство позволяет произвести точное измерение переменного или постоянного тока путем непосредственного замера падения напряжения на шунте под потенциалом высокого или сверхвысокого напряжения с последующей передачей полученной информации на потенциал земли в цифровом виде.

Предшествующий уровень техники

Переменный ток высокого напряжения традиционно измеряется индукционными трансформаторами тока. Эти трансформаторы используются только как датчики, масштабно трансформирующие силу тока. Обычно они имеют первичную обмотку и несколько вторичных обмоток для релейной защиты, измерений и коммерческого учета. Обмотки имеют гальваническую развязку. Первичная обмотка находится под высоким потенциалом измеряемого тока, а один из выводов вторичных обмоток находится под потенциалом земли. О величине тока судят по величине напряжения (обычно до 100 Вольт при токе до 5А) на выводах вторичных обмоток. Замеры на вторичной обмотке проводятся с использованием аппаратуры, установленной на расстоянии от токопровода, обычно в здании станции. Вторичные обмотки изолируются от первичной на величину напряжения, которое может возникнуть при перенапряжениях в результате коммутаций или попадания молнии. Например, для класса напряжения 110 кВ — это напряжение составляет 460 кВ, а для оборудования 220 кВ — более 1 миллиона Вольт. Таким образом, изоляционные расстояния между обмотками измерительных индукционных трансформаторов тока с ростом напряжения для обеспечения изоляции значительно увеличиваются, масса трансформаторов тока при этом увеличивается в квадрате.

Учитывая, что основной рост массы изоляторов связан не с измеряемым током, а с уровнем напряжения в измеряемой цепи, в настоящее время считается перспективным применение устройств измерения тока на основе эффекта Фарадея. Эффект Фарадея заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света в оптически активных веществах под действием магнитного поля. Измеряя угол поворота плоскости поляризации света, можно определить индукцию магнитного поля или силу тока, если преобразователь поместить в магнитном поле измеряемого тока. Как и в других методах, основанных на измерении магнитной индукции поля, создаваемого измеряемым током, при использовании эффекта Фарадея основными составляющими погрешности измерения тока являются погрешность преобразования измеряемого тока в магнитную индукцию и погрешность измерения магнитной индукции. При использовании эффекта Фарадея измерение магнитной индукции сводится к измерению поворота плоскости поляризации света, которое обычно осуществляют методами прямого или уравновешивающего преобразования. На этом эффекте работают следующие устройства: RU 2208798, RU 2223512, RU 2120128, RU 2262709, SU 1337782 и др.

При использовании ячеек Фарадея в качестве датчиков тока достаточно просто решается задача высоковольтной изоляции датчика и объекта измерения от потенциала земли и места использования результатов измерения, так как оптическое излучение, несущее информацию об измеряемом токе, не проводит электричество. Но при этом возникает большое количество преобразований измеряемых величин, ведущих к ухудшению точности измерения: величину первичного тока в шине косвенно измеряют по величине магнитного поля вокруг шины; величину магнитного поля измеряют по углу отклонения поляризации света в ячейке Фарадея; угол отклонения поляризации измеряют по величине освещенности после прохождения светом пластинки с перпендикулярным углом поляризации; освещенность измеряют по величине напряжения на выводах фотоэлектрического преобразователя; информация о напряжении на выходе фотоэлектронного преобразователя преобразуется в цифровой код в аналого-цифровом преобразователе и используется для нужд измерения, учета и автоматики. При каждом преобразовании погрешность умножается и в конце может составлять значительную величину. Кроме того, метод очень чувствителен к изменению температуры, вибрации, магнитным шумам и наводкам от близко расположенных шин токопроводов соседних фаз или от работы других механизмов и устройств рядом с местом измерения. Неоспоримым достоинством метода является высокий уровень электрической изоляции, при этом диэлектрическое расстояние между датчиком, находящимся под высоким потенциалом, и регистрирующим блоком может быть сколь угодно большим. Увеличение при необходимости уровня электрической изоляции (диэлектрического расстояния) не требует увеличения затрат и изменения конструкции.

Основное достоинство устройств на основе эффекта Фарадея, связанное с высоковольтной изоляцией, вытекает не из способа регистрации величины тока, а из способа передачи информации о величине тока с высоковольтного потенциала на потенциал земли с помощью светового луча. Это реализовано, в частности, в устройствах а.с. №354353, SU 1437786, SU 1597745, RU 2171996. В этих устройствах измеряемый ток в проводе возбуждает магнитное поле вокруг, которое воспринимается вторичной обмоткой трансформатора тока. Во всех этих устройствах используется электромагнитный способ регистрации величины проходящего тока. Напряжение вторичной обмотки в аналоговом виде поступает на светоизлучающий блок (обычно, светодиод), который передает излучение на фотоэлектронный датчик, при этом мощность излучения пропорциональна величине напряжения на вторичной обмотке. Измеряя напряжение на фотоэлектрическом датчике, получаем информацию о силе измеряемого тока в первичной обмотке (шине). Основным недостатком всех устройств такого рода также остается большое количество трансформаций и, как следствие, высокая результирующая погрешность измерения. При этом не устраняются другие недостатки, связанные с чувствительностью датчиков к вибрации, температуре, к влиянию окружающих магнитных полей и др. Дополнительно появляется погрешность, связанная с изменением пропускной способности оптической системы в результате воздействия времени, погодных условий и самого излучения.

Для компенсации погрешностей, связанных с изменениями температуры, в устройстве SU 1310735 применен делитель с параллельными ветвями цепи: измерительной и шунтовой. Учитывая, что шунт находится внутри токопровода измерительной цепи, он имеет одинаковый с измерительной цепью температурный дрейф проводимости и, соответственно, компенсирует возможную погрешность измерения из-за изменения температуры в широких пределах. Однако в устройстве SU 1310735 применен магнитомодуляционный преобразователь, основанный на магнитной индукции, возникающей вокруг шунтирующего участка цепи при прохождении по нему тока. С помощью магнитомодуляционного преобразователя достигается гальваническая развязка между токопроводом и измерительной цепью. Тем не менее, такое устройство невозможно применить для высоковольтных измерений, так как рабочее напряжение ограничено электрической прочностью изоляции магнитомодуляционного преобразователя.

В других устройствах для устранения погрешности, возникающей в тракте передачи информации по световому лучу, в частности для устранения температурных зависимостей силы излучения, изменения пропускной способности оптического канала и т.д., информационный сигнал необходимо передавать в цифровом кодированном виде. Это реализовано в устройстве RU 2166218, которое является наиболее близким прототипом заявляемого устройства. Устройство по RU 2166218 содержит несколько электромагнитных трансформаторов тока, аналого-цифровой преобразователь и светодиод для передачи информации на потенциал земли в цифровом виде. Использование аналого-цифрового преобразователя (АЦП) позволяет полностью устранить погрешности при передаче информации на потенциал земли. Но в прототипе, как и во всех остальных устройствах и трансформаторах тока для измерения под высоким напряжением, сила тока определяется исходя из косвенных измерений. Устройство имеет первичные обмотки, по которым протекает измеряемый ток, возбуждая магнитное поле, пропорциональное величине тока. Магнитное поле, в свою очередь, генерирует во вторичных обмотках ЭДС, пропорциональную величине магнитного поля. После прохождения схем компенсации возможной погрешности АЦП преобразует информацию о величине ЭДС в цифровой вид, в котором она передается на потенциал земли посредством светодиода.

Основные недостатки прототипа следующие:

— погрешность измерения, вызванная влиянием магнитных и электрических полей от токопроводов соседних фаз, которые обычно находятся на небольшом расстоянии друг от друга;

— чувствительность электронных устройств и компонентов к электрическим и магнитным полям от токопровода с измеряемым током;

— возможность выхода из строя радиоаппаратуры при воздействии больших внутренних электрических потенциалов, наведенных в радиоаппаратуре токами короткого замыкания или коммутационными перенапряжениями;

— прекращение измерения и передачи измеряемого сигнала при протекании токов короткого замыкания в первичной обмотке трансформаторов напряжения вследствие прекращения питания. При коротком замыкании ток в первичной обмотке приближается по форме к постоянному, а во вторичной обмотке трансформатора тока, ответственного за питание всего устройства, перестает индуцироваться ЭДС, питание пропадает в самый необходимый момент.

Если поместить электронное измерительное устройство под высокое напряжение, неизбежно произойдет выход оборудования из строя. Это связано с большими напряжениями, наведенными на частях, проводах, соединителях оборудования при нахождении вблизи высоковольтных токопроводов и шин. При этом в случае переменного тока промышленной частоты идеальной формы устройство может работать. На самом деле общий потенциал прибора будет «плавать» с частотой 50 Гц. Но в реальных электрических сетях есть не только гармонические составляющие. При коммутации высоковольтных устройств происходит резкое возрастание напряжения и частоты. Например, при отключении вакуумного выключателя на линии 35 кВ коммутационное перенапряжение может достигать 190 кВ, а частота — до нескольких мегагерц. При наличии в приборе участков проводников больше длины волны мегагерцевого диапазона возможен внутренний пробой между компонентами или между электропроводящими участками прибора. В диапазоне частот порядка 50 Гц длина волны много больше размеров проводников и самого прибора. Размерами прибора можно пренебречь, рассматривая его как точку, медленно «качающуюся» на электромагнитной волне. При коммутационных перенапряжениях длина волны становится меньше размеров прибора, а амплитуда больше, разные части прибора оказываются под разными потенциалами. Внутри прибора могут происходить частичные разряды и полные перекрытия разрядом изоляционных промежутков. Если прибор поместить в экранированный корпус, остается возможность электрического пробоя через подключенные провода питания, измерения, выхода. До 90 % всех выходов из строя оборудования в электроэнергетике происходит вследствие процессов, происходящих при коммутациях или грозовых перенапряжениях. Именно с этим связано отсутствие радиоаппаратуры в непосредственном контакте с высоковольтными линиями на подстанциях. В качестве датчиков тока используются трансформаторы тока с изоляцией, рассчитанной на воздействие коммутационных и грозовых перенапряжений. В частности, многочисленные исследования выхода из строя большого количества трансформаторов тока на напряжение 500 кВ выявили основную причину — воздействие коммутационных перенапряжений высокой частоты. Таким образом, измерение тока наилучшим образом можно произвести, поместив датчик и АЦП под потенциал высокого напряжения, и передавать информацию о силе тока на «землю» по оптическому каналу. Но электронную цифровую аппаратуру нельзя использовать из-за сильных электромагнитных импульсов, свойственных работе высоковольтного оборудования. Также нежелательно использование индукционных трансформаторов тока с «плавающим» нулем в качестве датчиков, так как они не рассчитаны на большие перенапряжения и при высокочастотном воздействии выходят из строя.

Данное противоречие решается в предлагаемом устройстве.

Цели изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является простое надежное устройство для измерения величины переменного и постоянного тока высокого напряжения, у которого отсутствуют ошибки измерения при коротких замыканиях, уменьшена погрешность измерения, повышена надежность работы.

Описание

Решение поставленной цели достигается тем, что устройство для измерения силы тока под высоким потенциалом содержит шунт, включенный параллельно и имеющий непосредственный контакт с токопроводом, на котором производится измерение, аналого-цифровой преобразователь и блок, передающий цифровую информацию о силе тока с помощью электромагнитных волн (радио- или оптического диапазона) приемнику, находящемуся под потенциалом низкого напряжения (земли). Так как гальваническая развязка между высоковольтным потенциалом измеряемого токопровода и устройствами, использующими информацию о силе тока в нем, осуществляется посредством передачи информации по электромагнитным волнам, нет необходимости в дополнительной гальванической развязке через магнитную индукцию, используемую в бесконтактных индукционных датчиках (измерительных индукционных трансформаторах тока).

Все устройство в рабочем состоянии находится под потенциалом высокого напряжения. При постоянном токе этот потенциал постоянен во времени, при переменном токе потенциал изменяется (плавает) с амплитудой, равной фазному напряжению в токопроводе, и может достигать 1500 кВ. Все элементы устройства являются низковольтными, внутри устройства разность потенциалов не превышает 100 Вольт. Это достигается подбором сопротивления участка токопровода, шунта, входного сопротивления АЦП. В соответствии с законами Кирхгофа, если считать активное сопротивление АЦП бесконечно большим, при измеряемом токе Jизм=1010 А, ток JAB равен 1000 А, ток Jотв=10 А, падение напряжения на шунте для измерения АЦП=10 В,

Таким образом, максимальная разность потенциалов внутри устройства, находящегося под напряжением до 1500 кВ, может составлять не более 10 В при условии идеальных гармонических колебаний промышленной частоты и отсутствии неблагоприятных внешних воздействий.

Для исключения влияния на электронную аппаратуру электрических и магнитных полей полностью все измерительное устройство помещается внутрь токопровода с измеряемым током. Внутри полностью закрытой электропроводящей области пространства сумма электрических и магнитных полей равна нулю. Таким образом, цифровая аппаратура, помещенная внутрь токопровода, не будет испытывать воздействия электромагнитных полей, какими бы они большими ни были. Также токопровод будет защищать аппаратуру от возможных коммутационных или грозовых перенапряжений. Температурный градиент между шунтирующей и измерительной частью цепи также будет минимальным. Благодаря этому будет соблюдено одинаковое изменение проводимости материала шунтирующей и измеряемой цепи токопровода. В этом случае в делителе температурные изменения окружающей среды будут компенсированы. Питание измерительного устройства производится от делителя напряжения, также расположенного внутри токопровода. Конструкция измерительного устройства позволяет поместить его полностью внутрь токопровода. Отсутствие необходимости во внешних устройствах позволяет полость токопровода с измерительным устройством сделать герметичной. Так как электрический ток распространяется по поверхности проводника и с ростом частоты тока толщина околоповерхностного слоя, по которому распространяется ток, уменьшается, устройству не угрожают грозовые и коммутационные перенапряжения большой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Падение напряжения на шунте фиксируется аналого-цифровым преобразователем. Далее в нем происходит преобразование величины напряжения в цифровой код. Цифровой код далее поступает на передатчик электромагнитных волн. В простейшем случае это может быть светодиод, зажигающийся при поступлении на вход «1», и отсутствие свечения при поступлении на вход «0». Обычно в цифровой технике «1» соответствует наличие напряжения, а «0» — отсутствие. При необходимости могут быть реализованы более сложные схемы, использующие предварительное усиление цифрового сигнала перед передачей. Передача может осуществляться посредством электромагнитных волн оптического или инфракрасного диапазона. При использовании для передачи цифрового кода электромагнитных волн оптического или инфракрасного диапазона возможно применение оптических волокон, стеклянного или полимерного оптоволокна (Фиг.1). В этом случае передающее и принимающее устройства должны иметь соединители для оптоволокна. Само оптоволокно должно иметь как можно большую длину и быть защищено от токов утечки. Оптическое волокно лучше всего помещать внутрь опорного изолятора. Приемник и передатчик могут иметь любую конструкцию, способную передать цифровой код и получить его без изменения.

Реализация изобретения

На предприятии-заявителе были изготовлены макеты предлагаемого устройства для измерения тока. Устройство было смонтировано на опорном высоковольтном стержневом изоляторе. Одно устройство смонтировано на изоляторе с рабочим напряжением 35 кВ, второе — на изоляторе с рабочим напряжением 110 кВ, третье — на изоляторе с рабочим напряжением 220 кВ. Все устройства были рассчитаны на измерение токов от 10 до 100 Ампер. Класс точности соответствовал классу точности АЦП. Расчетный класс точности соответствовал классу 0.2S (IEC Class 0.2) традиционных трансформаторов тока.

По результатам испытаний получены осциллограммы 1440-а замеров мгновенных значений (10 периодов по 144 точки за период) на каждом устройстве по 3-м сериям испытаний. Анализ результатов испытаний показал высокую повторяемость измерений, высокую точность и воспроизводимость результатов, отсутствие искажений при токах короткого замыкания, правильные результаты и команды для релейной автоматики даже после 7-8-ого периода короткого замыкания, отсутствие искажений в результате воздействия вибрации, отсутствие искажений при изменении магнитного поля в месте замеров, отсутствие искажений результатов при прохождении электрических разрядов по воздуху (имитация удара молнии) на расстоянии 3 метров.

Все устройства работали одинаково и выдавали одинаковые результаты несмотря на разное рабочее напряжение, под потенциалом которого находились устройства.

Конструкция устройства поясняется чертежами

На всех фигурах следующие обозначения:

1 — токопровод измеряемой цепи;

2 — шунт, включенный параллельно измеряемой цепи;

3 — аналого-цифровой преобразователь;

4 — оптический передатчик цифрового кода;

5 — разъем для присоединения оптического волокна;

6 — опорный высоковольтный изолятор;

7 — оптическое волокно.

Фиг.1 — Электрическая схема устройства для измерения переменного и постоянного тока.

Фиг.2 — Вид устройства, смонтированного внутри токопровода, установленного на опорный изолятор.

Амперметр. Измерение силы тока в цепи. 8-й класс

Цели урока:

  • Образовательная: повторить понятия: электрический ток; правила определения цены деления измерительного прибора, составления электрических цепей; ознакомить школьников с методом измерения силы тока, изучить принцип действия амперметра.
  • Развивающая: формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать результаты экспериментов; активизировать мышление школьников, умение самостоятельно делать выводы, развивать речь; продолжить развитие умения работать с физическими приборами.
  • Воспитательная: развитие познавательного интереса к предмету, расширение кругозора учащихся

1. Организационный момент

Здравствуйте, ребята. Прежде чем начать урок, я хочу процитировать вам слова знаменитого поэта Персии

Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.
Фирдоуси, персидский поэт,
940-1030 гг.

2. Фронтальный опрос

Давайте вспомним материал, который вы проходили на предыдущих уроках:

  • Что такое электрический ток?
  • Какие условия необходимы для возникновения электрического ток?
  • Какие действия может оказывать электрический ток?
  • Какой физической величиной характеризуется действие электрического тока?
  • В каких единицах она измеряется?

3. Объяснение нового материала

Раз сил тока – физическая величина, то ее можно измерить. Значит, должен существовать прибор, позволяющий измерить силу тока. Сегодня на уроке мы познакомимся с прибором, который измеряет силу тока, узнаем, как правильно включать это прибор в цепь и научимся им пользоваться.

Давайте попробуем вместе выяснить, как данный прибор называется… (амперметр)

А теперь вместе сформулируем тему урока: Амперметр. Измерение силы тока в цепи.

Перед вами на столе находятся демонстрационный и лабораторный амперметры.

Принцип действия амперметра схож с ГАЛЬВАНОМЕТРОМ. Давайте вспомним, какое действие электрического тока положено в основу действия гальванометра… Совершенно верно – действие магнитного поля на рамку с током. Но гальванометр рассчитан на измерение очень малых токов – 0,00001 А и, при его включении, нет разницы в какую сторону течет ток. А вот амперметры могут измерять десятки и сотни ампер. Амперметр устроен так, что его включение практически не влияет на измеряемую величину. По его шкале, всегда можно определить, на какую наибольшую силу тока он рассчитан.

Можно ли включать амперметр в цепь с силой тока превышающей его максимальное значение? (Нет).

Для того чтобы уметь им пользоваться, необходимо знать следующие правила:

  • Включается амперметр в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.
  • Включение амперметра производится с помощью двух клемм, или двух зажимов:

(+) и (-). Посмотрите на амперметры на ваших столах. Клемму со знаком (+) нужно обязательно соединять с проводом, идущим от (+) полюса источника.

в случае «зашкаливания» — выхода стрелки за пределы шкалы — немедленно разомкните цепь!

  • Беречь прибор от резких ударов и тряски, пыли.
  • На электрических схемах обозначается:

Прежде чем приступить к измерению силы тока, нужно определить цену деления амперметра. Вспомните, как определить цену деления прибора…берем два ближайших штриха, отмеченных числами, из большего числа вычитаем меньшее, и полученный результат делим на число штрихов между цифрами. Потренируемся определять цену деления и показания амперметра.

Давайте теперь попробуем измерить силу тока в цепи. Как вы думаете, куда именно нужно подключить амперметр, что бы измерить силу тока в лампочке?

Будут ли отличаться показания амперметра, если включить его до лампочки и после лампочки? На эти вопрос вы ответите сами после выполнения экспериментального задания. У вас на столах лежат приборы: Источник тока(батарейка), лампочка на подставке, ключ, два амперметра, соединительные провода. Соберите электрическую цепь по схеме, которая перед вами на экране. Не забудьте, что клемму со знаком (+) нужно обязательно соединять с проводом, идущим от (+) полюса источника.

Ученики выполняют работу: собирают цепь, измеряют силу тока, делают вывод.

Показания амперметра не зависят от места включения амперметра в цепь. Это видно из опыта, т.к. оба амперметра показывают одно и тоже.

Сила тока на всех участках электрической цепи карманного фонарика одинакова.

4. Рефлексия.

Что же нового вы узнали сегодня на уроке, чему научились?

Ученики: мы узнали, каким прибором можно измерить силу тока, как правильно включать его в цепь и измерили силу тока на лампочке карманного фонарика.

Теперь нам осталось провести небольшой тест, что бы выяснить, как вы усвоили новый материал .

(Тест выводится на экран и раздается ученика на парты. Ученики выполняют тест на отдельных листочках, которые в конце урока сдают учителю.)

Вариант № 1.

1. Как называется прибор, для измерения силы тока:

  • Гальвнометр
  • Гальванический элемент
  • Амперметр
  • электрометр

2. Какое действие тока используют в амперметрах?

  1. Тепловое
  2. Химическое
  3. Механическое
  4. Магнитное

3. На рисунке 1 изображены схемы электрической цепи. Какой из амперметров включен в цепь правильно?

4. Определите цену деления амперметра

  1. 2 А
  2. 0,5 А
  3. 1 А
  4. 0,5 мА

5. На каком участке цепи, в которой работают электролампа и звонок, надо включить амперметр, чтобы узнать силу тока в звонке?

  1. До звонка (по направлению электрического тока)
  2. После звонка
  3. Возле положительного полюса источника тока
  4. На любом участке электрической цепи

Вариант №2

1. Амперметр – прибор для …

  1. Измерения электрического заряда
  2. Измерения силы тока
  3. Обнаружения электрического заряда

2. Силу тока в какой лампе показывает включенный в эту цепь амперметр?

  1. В №1
  2. В №2
  3. В №3
  4. В каждой из них

3. По показанию амперметра №2 сила тока в цепи равна 0,5мА. Какую силу тока зарегистрируют амперметры №1 и №3?

  1. №1 – меньше 0,5мА, №3 – больше 0,5 мА
  2. №1 – больше 0,5мА, №3 – меньше 0,5 мА
  3. №1 и №3, как и №2, — 0,5 мА

4. Определите цену деления амперметра:

  1. 0,5А
  2. 0,2А

5. Как амперметр включается в цепь?

  1. Рядом с тем потребителем тока, в котором надо измерить силу тока, соединяя его клемму, отмеченную “+”, с проводником, идущим от положительного полюса источника тока
  2. Последовательно с элементом цепи, где измеряется сила тока, следя за тем, чтобы его клемма, отмеченная знаком “+”, была соединена с положительным полюсом источника тока
  3. Последовательно с тем участком цепи, в котором измеряется сила тока, соединяя его клемму “+” с отрицательным полюсом источника тока
  4. Без каких либо правил.

Теперь давайте проверим, как вы ответили на вопросы теста

Ответы 1 варианта Ответы 2 варианта
№ вопроса № ответа № вопроса № ответа
1 3 1 2
2 4 2 4
3 1 3 3
4 2 4 4
5 4 5 2

А теперь сами поставьте себе оценку.

5. Домашнее задание. Параграф 38, упр. 15 (3)

6. Постановка проблемы следующего урока.

У меня на доске собрана электрическая цепь, состоящая из источника тока, двух лампочек и ключа. Мы только что убедились, что при таком соединении сила тока в любом участке цепи одинакова, следовательно, тепловое действие тока одинаково. Но при замыкании цепи лампы горят по-разному. Почему это происходит, вы узнаете на следующем уроке.

Спасибо за урок. Мне было приятно с вами работать. Не забудьте при выходе из класса положить ко мне на стол листок с вашим тестом.

Как измерить ток с помощью амперметра

Согласно определению в Интернете, ток представляет собой поток носителей электрического заряда, обычно электронов или электронно-дефицитных атомов. Заглавная буква «I» используется как универсальный символ тока со стандартной единицей измерения в амперах, которая обозначается буквой A. Для измерения тока в цепи можно использовать амперметр.

Что такое амперметр?

Название «амперметр» произошло от сочетания слов «ампер» и «метр», потому что это прибор, используемый для измерения силы электрического тока в амперах.В некоторых случаях шунты амперметра встроены внутрь прибора, а в других случаях они подключаются к цепи снаружи. Наиболее распространенным способом измерения тока в цепи является размыкание цепи и включение амперметра последовательно или в линию с цепью, таким образом, все электроны, протекающие по цепи, также должны пройти через измеритель. Если вы установите амперметр параллельно, он создаст короткое замыкание и не будет правильно измерять ток.

Правильный способ использования амперметра

При измерении тока с помощью амперметра вы должны сначала установить диапазон вашего амперметра.Начните с выбора максимального диапазона тока, чтобы предотвратить перегорание внутреннего предохранителя. Затем переместите селекторный переключатель в положение нижнего диапазона до тех пор, пока на дисплее счетчика не появится наиболее надежный показатель. В зависимости от ваших потребностей установите тип тока на DC или AC.

Следующим шагом является соединение клемм амперметра последовательно с сопротивлением или нагрузкой. Благодаря этому амперметр будет иметь эквивалентную величину тока, протекающего в цепи. Для наглядности возьмем пример простой схемы.Представьте себе лампочку, подключенную к батарее. Попробуйте снять любой из выводов лампочки таким образом, чтобы один щуп амперметра был подключен к лампе, а другой щуп к аккумулятору. Оттуда вы уже можете прочитать на амперметре величину тока, протекающего в вашей цепи. После того, как вы определите, какой ток присутствует, вы уже можете отключить амперметр и вернуть схему в исходное состояние.

Однако при измерении электрического тока появляется предупреждение.Избегайте подключения щупов амперметра напрямую к батарее, поскольку это вызовет короткое замыкание в амперметре. Если вы хотите узнать расход батареи, необходимо подключить сопротивление к батарее, а затем подключить серию амперметров для точного считывания.

Два других метода широко используются для измерения тока, помимо использования амперметра, такого как магнитный метод, который способен измерять большие токи. Другой способ — использование гальванометра. Это устройство, которое используется только для обнаружения наличия тока в цепи.В чем разница между амперметром и гальванометром? Гальванометр показывает как направление, так и величину тока, а амперметр показывает только величину тока.

Независимо от метода, который вы хотите использовать; измерения тока необходимо производить, чтобы выяснить, правильно ли работает цепь, или обнаружить другие факты, связанные с ее потреблением тока.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Измерение тока — простая задача. Все, что вам нужно сделать, это подключить мультиметр к цепи, которую вы хотите измерить, и прибор выдаст вам точное значение для использования.Иногда вы не можете действительно «разомкнуть» цепь, чтобы включить мультиметр последовательно с тем, что вы хотите измерить. Это тоже решается довольно просто — вам просто нужно измерить напряжение на известном сопротивлении в цепи — тогда ток — это просто напряжение, деленное на сопротивление (из закона Ома).

 

Все становится немного сложнее, когда вы хотите измерить изменяющиеся сигналы . Это зависит от частоты обновления (количества выборок в секунду) мультиметра, и средний человек может понять только определенное количество изменений на дисплее в секунду.Измерение переменного тока становится немного проще, если ваш мультиметр имеет функцию измерения среднеквадратичного напряжения (среднеквадратичное напряжение — это напряжение сигнала переменного тока, который передает такое же количество энергии, какое может производить источник постоянного тока с таким напряжением). Это строго ограничено периодическими сигналами (прямоугольные волны и тому подобное строго исключены, если среднеквадратичное значение измерения не является «истинным», даже в этом случае нет никаких гарантий точности измерения). Большинство мультиметров также имеют фильтр нижних частот, что предотвращает измерение переменного тока выше нескольких сотен герц.

 

Как использовать осциллограф для измерения тока

Осциллограф заполняет пробел между человеческим восприятием и постоянными значениями мультиметра – он отображает своего рода «график» сигнала «напряжение-время», который позволяет лучше визуализировать изменяющиеся сигналы по сравнению с набором изменяющихся чисел на мультиметр.

Также возможно измерение сигналов с частотой до нескольких гигагерц при наличии соответствующего оборудования. Однако осциллограф является высокоимпедансным прибором для измерения напряжения — он не может измерять токи как таковые.Использование осциллографа для измерения токов требует преобразования тока в напряжение , и это можно сделать несколькими способами.

 

1. Использование шунтирующего резистора

Это, пожалуй, самый простой способ измерения тока, и здесь он будет подробно рассмотрен.

Преобразователь тока в напряжение здесь скромный резистор.

Базовые знания говорят нам, что напряжение на резисторе пропорционально току, протекающему через него.Это можно резюмировать законом Ома :

  В = ИК  

 

Где V — напряжение на резисторе, I — ток через резистор, а R — сопротивление резистора, все в соответствующих единицах измерения.

Хитрость заключается в том, чтобы использовать номинал резистора, который не влияет на измеряемую цепь в целом, поскольку падение напряжения на шунтирующем резисторе приводит к меньшему падению напряжения на цепи, в которую он помещен.Общее эмпирическое правило состоит в том, чтобы использовать резистор, который намного меньше, чем сопротивление/импеданс измеряемой цепи (в десять раз меньше в хорошей начальной точке), чтобы предотвратить влияние шунта на ток в измеряемой цепи. .

Например, трансформатор и полевой МОП-транзистор в преобразователе постоянного тока могут иметь общее (по постоянному току) сопротивление в десятки миллиом, размещение большого резистора (скажем) 1 Ом приведет к падению большей части напряжения на шунте (помните, что для последовательно соединенных резисторов отношение падения напряжения на резисторах равно отношению их сопротивлений) и, следовательно, большая потеря мощности.Резистор просто преобразует ток в напряжение для измерения, поэтому мощность не выполняет никакой полезной работы. В то же время, небольшой резистор (1 мОм) сбросит на него только небольшое (но измеримое) напряжение, оставив остальную часть напряжения для выполнения полезной работы.

Теперь, выбрав номинал резистора, можно подключить землю щупа к земле цепи, а наконечник щупа к шунтирующему сопротивлению, как показано на рисунке ниже.

 

 

Здесь можно использовать несколько изящных трюков.

Предположим, что ваш шунт имеет сопротивление 100 мОм, тогда ток 1 А приведет к падению напряжения на 100 мВ, что дает нам «чувствительность» 100 мВ на ампер. Это не должно вызвать проблем, если вы будете осторожны, но часто 100 мВ воспринимаются буквально — другими словами, их путают со 100 мА.

Эту проблему можно решить, установив настройку входа на 100X — пробник уже ослабляет в 10 раз, поэтому добавление еще 10X к сигналу возвращает его обратно к 1 В на ампер, т. е. вход «умножается» на 10.Большинство осциллографов имеют эту функцию, позволяющую выбирать затухание на входе. Однако могут быть прицелы, поддерживающие только 1X и 10X.

Еще одна полезная небольшая функция — возможность установить единицы измерения по вертикали, отображаемые на экране — букву V можно изменить на A, W и U, среди прочего.

Все усложняется, когда вы не можете разместить шунт на нижней стороне. Заземление прицела напрямую подключено к заземлению, поэтому, если ваш источник питания также заземлен, подключение зажима заземления пробника к любой случайной точке цепи приведет к короткому замыканию этой точки на землю.

Этого можно избежать, выполнив так называемое дифференциальное измерение .

Большинство осциллографов имеют математическую функцию, которую можно использовать для выполнения математических операций с отображаемыми сигналами. Обратите внимание, что это никак не меняет фактический сигнал!

Здесь мы будем использовать функцию вычитания, которая отображает разницу двух выбранных сигналов.

Поскольку напряжение — это просто разность потенциалов в двух точках, мы можем подключить по одному щупу к каждой точке и соединить зажимы заземления с землей цепи, как показано на рисунке.

 

Отображая разницу между двумя сигналами, мы можем определить ток.

Тот же прием «затухания», что и выше, применим и здесь, только не забудьте изменить оба канала.

 

Недостатки использования шунтирующего резистора: 

Использование шунтирующего резистора имеет несколько недостатков. Во-первых, это допуск , который может достигать 5%. Это то, что приходится учитывать с некоторым трудом.

Второй температурный коэффициент . Сопротивление резисторов увеличивается с температурой, что приводит к большему падению напряжения для данного тока. Это особенно плохо с сильноточными шунтирующими резисторами.

  

2. Использование датчика тока

 

Готовые токоизмерительные датчики (называемые «токоизмерительными клещами»; они крепятся к проводам без прерывания цепи) доступны на рынке, но мало кто из любителей использует их из-за непомерно высокой стоимости.

Эти зонды используют один из двух методов .

Первый метод заключается в использовании катушки, намотанной на полукруглый ферритовый сердечник. Ток в проводе, вокруг которого зажат зонд, создает магнитное поле в феррите. Это, в свою очередь, индуцирует напряжение в катушке. Напряжение пропорционально скорости изменения тока. Интегратор «интегрирует» сигнал и выдает выходной сигнал, пропорциональный току. Шкала выходного сигнала обычно составляет от 1 мВ до 1 В на ампер.

Второй метод использует датчик Холла, зажатый между двумя ферритовыми полукольцами. Датчик Холла выдает напряжение, пропорциональное току.

 

3. Быстрый и грязный метод

Этот метод не требует дополнительных компонентов, кроме эндоскопа и зонда.

Этот метод очень похож на использование токового пробника. Оберните провод заземления пробника вокруг провода, по которому проходит измеряемый ток, а затем подсоедините зажим заземления к наконечнику пробника.

 

Производимое напряжение снова пропорционально скорости изменения тока, и вам необходимо выполнить некоторые математические операции с формой сигнала (а именно, интегрирование; у большинства осциллографов это есть в меню «математика»), чтобы интерпретировать его как ток.

С точки зрения электрики, короткозамкнутый зонд в основном образует проволочную петлю, которая действует как трансформатор тока, как показано на рисунке.

 

Заключение

Существует несколько методов измерения изменяющихся форм тока с помощью осциллографа.Самый простой — использовать токовый шунт и измерять напряжение на нем.

[РЕШЕНО] Датчик тока — Измерьте ток с помощью мультиметра — Начало работы

Агуда:

Извините, если мой вопрос абсурден.

Нет, это не абсурд. Чего вы, вероятно, не поняли, так это c.t. является источником тока .

Таким образом, он ведет себя совершенно иначе, чем что-то вроде батареи, сетевого питания или блока питания USB 5 В.Вместо обеспечения постоянного напряжения (1,5 В постоянного тока, 230 В переменного тока, 5 В постоянного тока и т. д.) он обеспечивает ток, пропорциональный (в вашем случае) току лампы. Если он не может обеспечить этот ток (когда ваш цифровой мультиметр находится в диапазоне напряжения — ваш цифровой мультиметр потребляет почти нулевой ток от того, что вы измеряете), то c.t. пытается генерировать любое напряжение, которое может заставить этот ток течь. В случае с YHDC SCT-013-000 (и многими другими маленькими ТТ) есть внутренняя защита, чтобы вы не пострадали.Но с большим промышленным трансформатором тока у вас может быть опасное напряжение, если у вас нет «бремени» для протекания тока. всегда безопасно, когда вы закорачиваете его. Это может быть небезопасно, если вы разомкнете цепь. Это полная противоположность трансформатору напряжения, о котором знает большинство людей.

Агуда:

Но когда я меняю режим на напряжение переменного тока, я получаю около 176 мВ.

К сожалению, это напряжение мало что значит. К.т.пытается генерировать максимально возможное напряжение, чтобы форсировать ток, который он пытается генерировать, через почти бесконечную нагрузку (ваш цифровой мультиметр), поэтому он испытывает большие нагрузки, поскольку току некуда течь.

Какой ток вы собираетесь измерять? Ваша лампа 40 Вт, это около 170 мА. Вы используете трансформатор тока 100 А: 50 мА, поэтому какой ток вы получите во вторичной обмотке? 170 мА ÷ 100 А × 50 мА. Может ли ваш цифровой мультиметр это измерить? Вероятно, поэтому вы измеряете ноль на текущем диапазоне.

Агуда:

Если я подключу цепь Arduino и нагрузочный резистор, то напряжение переменного тока (между наконечником и гильзой или одним концом нагрузочного резистора и землей Arduino) будет равно 0 В.

Ток, который вы только что рассчитали, но не смогли измерить, протекает через нагрузочный резистор. Какое напряжение вы ожидаете на нем? Это ток × 33 Ом. Можете ли вы измерить это напряжение с помощью цифрового мультиметра?

Агуда:

, если я переключу DMM на напряжение постоянного тока и измерю его с одного конца нагрузочного резистора и земли Arduino, я получу около 2.5 напряжение, которое, я думаю, исходит от питания Arduino.

Правильно. Читайте об этом здесь. Это «среднее напряжение», которое вы измеряете на постоянном токе. Диапазон вашего цифрового мультиметра.

Наконец…

Агуда:

Теперь мой вопрос

  1. Как измерить силу тока датчика тока с помощью цифрового мультиметра при включенном индикаторе?

Вы, наверное, уже догадались, в чем ваша проблема. Почти все, что вы делаете, правильно, но одно но — у вас не хватает тока, протекающего в вашей лампе, чтобы его измерить!
Ваш c.т. предназначен для работы до 100 А. Мы знаем, что он работает достаточно хорошо при 1 А, но ниже этого значения он становится неточным. Поэтому, если вы используете что-то вроде нагревателя мощностью 2,5 кВт (10 А или около того), вы увидите что-то с вашим цифровым мультиметром. И еще одна хитрость: Если мотать сетевой провод через т.т. несколько раз, вы умножаете ток лампы или нагревателя на это число. Так что, если провод к нагревателю проходит 4 раза, вы прочтете около 40 А на вашем Arduino.

В разделе «Обучение» для вас есть много полезной информации.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Хотя осциллографы — это устройства, обычно используемые для измерения напряжения, мало кто знает, что вы также можете использовать эти приспособления для измерения тока с помощью осциллографа.

Конечно, первым измерительным инструментом для точных измерений электрического тока, безусловно, будет амперметр, специализированный прибор, который может дать вам точные показания как постоянного, так и переменного тока.

В качестве альтернативы вы также можете использовать мультиметр.

В этой статье мы объясним, как измерить ток с помощью осциллографа.

Есть несколько способов сделать это, и, как вы увидите, все они довольно просты в использовании, поэтому вам не нужно быть инженером-электриком, чтобы сделать это.

Теперь, прежде чем мы более подробно рассмотрим, как измерять ток с помощью осциллографа, мы кратко объясним, что такое осциллографы и как работает закон Ома.( Потому что он понадобится вам для измерения. )

Как измерить ток с помощью осциллографа

Эти устройства, вероятно, являются лучшим вариантом для профессионалов или частных лиц, которым необходимо измерить напряжение, электрический ток и сопротивление определенной электрической цепи или одной или нескольких ее частей.

Тем не менее, если у вас нет этих приспособлений, вы также можете использовать осциллограф, чтобы выяснить, какова величина электрического тока в цепи.Хотя это не является его основной целью, если вы знаете науку о том, как напряжение, ток и сопротивление работают друг с другом, так сказать, вы можете выяснить, что представляет собой каждое из этих значений даже с помощью такого устройства, как осциллограф.

Хотя точность таких показаний может быть не такой высокой, как если бы вы использовали некоторые из более подходящих измерительных инструментов, таких как, например, вышеупомянутый амперметр ( , когда речь идет о токе ), вы все равно можете получить показание вы можете работать, особенно если высокая точность не так важна для измерения, которое вы проводите.

Основное назначение осциллографов

Как мы уже говорили выше, основное назначение осциллографа не в измерении тока.

Скорее, это измерение напряжения между двумя концами, а затем отображение результатов на экране, чтобы вы могли иметь четкое визуальное представление этих значений.

Точнее, осциллографы измеряют напряжение между двумя точками и фиксируют колебания напряжения в течение определенного периода. Вот почему эти измерительные инструменты имеют большие экраны с своего рода сеткой, где вы можете легко физически измерить колебания напряжения.

Таким образом, при использовании осциллографа важно обращать внимание на длину волны. Это визуальное представление напряжения, о котором мы говорим. Как только эта длина волны отобразится на экране, вы также можете получить несколько различных измерений, связанных с напряжением.

Например, глядя на эту длину волны и, возможно, выполняя пару уравнений ( хотя с современными осциллографами в этом нет необходимости, поскольку они поставляются со встроенными программами, которые делают это за вас ), вы можете определить частоту, амплитуда, искажение сигнала, время его нарастания, временные интервалы между высоким и низким сигналами и т.д.

Первоначально сетка экрана, о которой мы упоминали, использовалась, чтобы позволить оператору сравнивать размеры длин волн, чтобы получить необходимые значения с помощью различных уравнений.

Однако в настоящее время, поскольку большинство осциллографов поставляются с интеллектуальными микрочипами с программами, которые выполняют математические вычисления за вас, сетка не нужна, но она все еще существует, чтобы помочь вам, так сказать, визуально понять, что происходит с напряжением.

( Это особенно полезно для изучения того, что такое напряжение и как оно ведет себя между двумя разными точками. )

Закон Ома

Представляя основной закон электроники, закон Ома диктует, как самые основные значения тока, напряжения и сопротивления взаимодействуют в цепи.

Не будет преуменьшением сказать, что все остальные законы электроники, а также различные сложные уравнения, включающие другие компоненты (, такие как конденсаторы, транзисторы, диоды и многие другие ), основаны на законе Ома. .

По сути, закон Ома представляет собой довольно простое уравнение: В = IR

В – напряжение

Р – сопротивление

I – текущий

Из этого уравнения мы можем видеть, что имел в виду Ом, когда утверждал, что: « Для любой цепи электрический ток I прямо пропорционален напряжению В и обратно пропорционален сопротивлению R .

Причина, по которой мы упоминаем здесь закон Ома, заключается в том, что, хотя осциллографы не измеряют ток напрямую, их можно использовать для его, так сказать, косвенного измерения.

Поскольку это уравнение имеет три различных значения, если вы можете вычислить два из трех значений, вы также можете узнать, что такое третье, применяя уравнение V = IR.

Вот, например, как это работает на практике:

Если вы знаете, что V = 10 В, а R = 100 Ом, вы можете изменить приведенное выше уравнение на I = V/R и получить результат:

I=10В/100Ом=0.1 А или 100 мА ( миллиампер )

Это уравнение, которое вы будете использовать для определения текущего значения, когда вы получите показания напряжения и сопротивления с помощью осциллографа.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Как это работает?

Шунтирующие резисторы представляют собой резисторы особого типа, предназначенные для измерения электрического тока путем сравнения падения напряжения, возникающего из-за прохождения тока через сам резистор.

Итак, мы знаем значение сопротивления, потому что знаем, какое сопротивление имеет шунтирующий резистор. Кроме того, мы знаем значение падения напряжения, которое происходит, когда этот резистор помещается в цепь. Теперь, когда у вас есть два значения, определить значение электрического тока так же просто, как использовать приведенное выше уравнение.

Что касается значения сопротивления, шунтирующие резисторы обычно изготавливаются с низким сопротивлением от 0,01 до 0,1 Ом.

( Ω — греческая буква «омега», обозначающая сопротивление в Омах. )

Причина этого в том, что высокое сопротивление приводит к падению значения напряжения. Хотя это нормально, если сопротивление слишком высокое, падение может быть, так сказать, слишком сильным, что может привести к отключению всей цепи.

Конечно, с этими шунтирующими резисторами можно использовать более высокие значения сопротивления, и таким образом вы можете получить более точное измерение, но тогда вы рискуете получить большое падение напряжения, которое в таком случае перевешивает цель измерения.( Это можно сделать, но нужно быть осторожным, чтобы не создавать слишком большое сопротивление в цепи. )

Для этой цели часто используются шунтирующие резисторы

, поскольку они довольно просты в настройке и могут использоваться для измерения как постоянного, так и переменного тока.

Как настроить осциллограф с помощью этого метода?

Теперь, когда мы знаем закон Ома и то, как измерять ток с помощью осциллографа, важно также получить более четкое представление о подключении цепи с шунтирующим резистором с помощью осциллографа.

Хотя на первый взгляд это может показаться достаточно простой процедурой, обычно возникает проблема, когда речь идет о некоторых современных осциллографах. А именно, в большинстве современных осциллографов зажим заземления напрямую соединен с землей, поэтому традиционно нельзя ввести еще один контур.

( Подключение зажима заземления к любой стороне шунтирующего резистора неизбежно приведет к короткому замыканию. )

Итак, что вы можете сделать, чтобы обойти это, так это соединить зажим заземления от осциллографа с землей цепи и переместить шунтирующий резистор на обратную сторону.( Он также известен как шунтирующий резистор нижнего плеча . )

Таким образом, вы можете избежать короткого замыкания, но это вызовет другую проблему, о которой вам также нужно будет позаботиться. А именно, соединение зажима заземления осциллографа с землей измерительной цепи создаст нечто, называемое контуром заземления.

В такой установке цепь циркулирует от земли через всю цепь, осциллограф, а затем обратно к земле.Затем этот процесс повторяется бесконечно, что создает петлю.

Контур заземления не вызовет короткого замыкания; это может в некоторой степени снизить точность ваших измерений.

Конечно, вы можете столкнуться с этой проблемой, только если используете осциллограф, который питается от сетевой розетки. Если вы используете осциллограф с батарейным питанием, вам не придется беспокоиться об этой проблеме.

Недостатки метода шунтирующих резисторов

Несмотря на то, что шунтирующие резисторы довольно просты в использовании и настройке, у измерения тока есть несколько недостатков.Точнее, есть две потенциальные проблемы, которые необходимо принять во внимание, прежде чем выбрать этот метод измерения тока:

1) Во-первых, шунтирующие резисторы, как правило, имеют довольно большой диапазон допуска до 5%.

Так что, если вам нужно сделать несколько простых измерений для школьного проекта, этот допуск не будет большой проблемой.

С другой стороны, если вы работаете над более серьезным проектом или по какой-либо другой причине вам необходимо точное измерение, вам может понадобиться использовать какой-либо другой метод для определения значения тока.

( Лучше всего использовать мультиметр или амперметр. )

2) Второй недостаток связан с неизбежным нагревом резистора. Практически все резисторы со временем нагреваются.

Хотя это совершенно естественное явление, проблема связана с тем, что повышенный нагрев означает, что сопротивление резистора будет даже больше, чем его первоначальное значение. Это может не только привести к неточным показаниям, но и разрушить резистор и разорвать цепь.

Измерение тока с помощью пробника

Второй способ измерения тока с помощью осциллографа довольно прост, но для выполнения этой работы вам потребуются специальные токоизмерительные датчики.

Эти пробники просты в использовании, так как их нужно подключить к осциллографу, и они готовы к работе. Большинство современных токовых пробников имеют способ «присоединения» к цепи, которую вы пытаетесь измерить, с помощью клещей, поэтому, если у вас более новая модель этих пробников, вам не придется иметь дело с оголенными проводами.

Все, что вам нужно сделать, это «зажать» конец щупа вокруг провода, в котором вы хотите проверить ток, и результаты сразу же будут доступны вам на экране вашего осциллографа.

Самое замечательное в этом методе то, что вам не нужно делать никаких уравнений ( хотя их не так сложно вычислить, как вы видели выше ), так как вы получите точное измерение на экране, как как только вы закрепите конец щупа на проводе цепи.

Существует два основных типа токовых пробников:

1) С полукруглым ферритовым сердечником и

2) В которых используется специальный датчик Холла, который помещается между двумя ферритовыми полукольцами.

Обе эти системы работают примерно по одному принципу.

Ферритовый сердечник внутри зажима создает магнитное поле, когда он приближается к проводу, вокруг которого он был зажат. Затем это магнитное поле создает напряжение в катушке вокруг ферритового сердечника.

Хитрость в том, что значение напряжения пропорционально значению тока, который его «вызывает».

Для справки: может показаться очевидным, что измерение тока с помощью осциллографа является более простым способом получения измерений, но многие люди отказываются от этого подхода, поскольку эти пробники обычно довольно дороги.

Заключение

В общем, независимо от того, хотите ли вы использовать токоизмерительный щуп для измерения, или вы готовы немного собрать схему, чтобы сделать это старомодным способом, измерение тока с помощью осциллографа не только выполнимо, но и справедливо. легкий.Надеемся, вы нашли, как измерить ток с помощью осциллографа; эта статья помогла вам понять, как это сделать, и мы желаем вам никаких коротких замыканий и больших успехов в этих измерениях.

Как измерить ток

…ток всегда измеряется косвенно от внешнего датчика, который выдает выходное напряжение, пропорциональное току. Поскольку единственная разница между измерением напряжения и тока заключается в масштабировании, которое вы применяете к результату, приборы для измерения напряжения почти всегда используются для измерения тока.

Регистратор данных модели CL601 представляет собой редкий пример прибора со встроенным датчиком тока (нажмите для подробностей.)

 

 

Мы часто сталкиваемся с приложениями, требующими измерения переменного или постоянного тока общего назначения. Во многих случаях клиенты с удивлением узнают, что специальные возможности измерения тока кажутся ограниченными. Проще говоря, это связано с тем, что ток всегда измеряется косвенно от внешнего датчика, который выдает выходное напряжение, пропорциональное току.Поскольку единственная разница между измерением напряжения и тока заключается в масштабировании, которое вы применяете к результату, приборы для измерения напряжения почти всегда используются для измерения тока.

Единственным исключением из вышеизложенного являются приборы, в которые встроен датчик тока, что очень необычно. Примером может служить регистратор данных переменного тока модели CL601 от DATAQ Instruments (см. сопроводительное изображение), который оснащен встроенным токоизмерительным клещом для измерения переменного тока.

Некоторые примеры приведены для того, чтобы уяснить гораздо более распространенную концепцию использования приборов измерения напряжения для измерения тока, и их лучше всего классифицировать на основе наиболее распространенных типов датчиков тока.

Измерение тока с использованием шунтов

 

Типовой токовый шунт

Токовый шунт представляет собой прецизионный резистор очень малого номинала, который устанавливается последовательно с проводником, в котором будет измеряться ток. Поскольку его выход масштабируется для получения обычно 50 или 100 мВ при полном токе, используется устройство измерения напряжения с результатом, масштабированным в единицах тока.

Частота дискретизации прибора играет роль при измерении переменного тока, поскольку шунт пропускает неограниченную форму волны тока. В таких случаях вы можете подключить усилитель среднеквадратичного напряжения к выходу шунта, чтобы генерировать выход постоянного тока, который пропорционален среднеквадратичному току, сводя к минимуму как частоту дискретизации, так и размер записываемых файлов.

Обратите внимание, что прибор, используемый для измерения текущего напряжения шунта, часто должен быть изолирован.

Измерение тока с помощью датчиков

Пример пробника переменного/постоянного тока, продаваемого DATAQ Instruments.Пробник питается от батареи 9 В и выдает постоянное напряжение, пропорциональное приложенному постоянному и переменному среднеквадратичному току (щелкните для получения дополнительной информации)

Токоизмерительные датчики

удобно подвешивать или оборачивать вокруг проводника. В отличие от текущих шунтов, они не требуют последовательной установки, и все они обеспечивают внутреннюю изоляцию. Однако эти удобства достигаются ценой точности и цены по сравнению с существующими шунтами.

Некоторые датчики тока измеряют переменный и постоянный ток, а другие измеряют только переменный ток.Кроме того, некоторые пробники имеют встроенные усилители, которые выдают среднеквадратичное значение выходного сигнала для измерения переменного тока. Те, которые не дают текущей формы сигнала. Таким образом, следует соблюдать осторожность при согласовании пробника с прибором, особенно при измерении переменного тока. Было бы бессмысленно использовать пробник без усилителя среднеквадратичного значения для измерения линейного тока с частотой 60 Гц с помощью прибора, который может производить выборку только с частотой 10 Гц.

Измерение тока с использованием трансформаторов тока

Последним методом, обычно используемым для измерения тока, является трансформатор тока (ТТ).Некоторые трансформаторы тока можно использовать для измерения переменного и постоянного тока, но большинство из них измеряют только

Типовой трансформатор тока. Через отверстие пропускают проводник, и предусмотрен выход для косвенного измерения тока прибором для измерения напряжения.

Переменный ток. ТТ обычно имеют отверстие, через которое пропускается проводник, и выход для подключения к измерительному прибору. Выход на самом деле является токовым выходом и должен быть шунтирован известным сопротивлением для создания напряжения.Невыполнение этого требования приводит к чрезвычайно высокому и, возможно, смертельному напряжению на вторичной обмотке, поэтому обязательно внимательно прочитайте и следуйте инструкциям производителя по эксплуатации.

Сопоставьте датчик тока с прибором

Независимо от того, выбираете ли вы токовый шунт, пробник, трансформатор или какой-либо другой датчик тока, основной вывод из этой статьи заключается в том, что измерение тока всегда является измерением напряжения под любым другим названием. Из этого следует, что те же меры предосторожности, что и при измерении напряжения, применимы и к измерению тока:

  1. Убедитесь, что ожидаемый диапазон выходного напряжения датчика тока находится в пределах диапазона измерений прибора.
  2. Убедитесь, что прибор имеет гибкую частоту дискретизации для предоставления значимых результатов, если датчик передает истинную форму волны тока.
  3. Убедитесь, что вы понимаете требования к изоляции измерения, и при необходимости используйте надлежащим образом изолированный прибор.

 Дополнительное чтение:

Изолированные усилители истинного среднеквадратичного значения

Изолированные мВ усилители, подходящие для использования с шунтами

Использование программного обеспечения WinDaq для расчета истинного среднеквадратичного значения

Узнайте о важности изоляции из четырех простых уроков

 

Следуйте за нами

Как подключить мультиметр для измерения тока

Измерение тока, также называемого силой тока, является важной процедурой, поскольку электрический ток является основным электрическим параметром, который при измерении дает ценную информацию о цепи.Это может быть сделано, чтобы выяснить, правильно ли работает электрическая цепь, или для наблюдения за любыми другими показаниями, связанными с потреблением тока.

Существует два типа тока: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Постоянный ток течет только в одном направлении от источника постоянного тока, такого как автомобильный аккумулятор, в то время как переменный ток течет от источника в одном направлении, меняет направление и течет в другом. направление. Это происходит несколько раз в секунду, где скорость определяется частотой. Хорошим примером источника переменного тока является электросеть вашего дома.

Измерение тока не так распространено, как измерение напряжения и сопротивления. Однако это можно сделать с помощью самых разных контрольно-измерительных приборов; мы собираемся посмотреть, как это сделать с помощью цифрового мультиметра. Цифровые мультиметры лучше и продвинутее, чем аналоговые мультиметры, что делает их идеальными для более эффективного снятия точных показаний. Кроме того, они широко доступны, а также очень доступны по цене. Измерение электрического тока — важная способность, которой должен обладать каждый, поэтому мы написали для вас это руководство о том, как подключить мультиметр и измерить ток.

Оборудование и инструменты, необходимые для измерения силы тока.

Для этого проекта вам понадобится следующее оборудование и инструменты.

  • Цифровой мультиметр
  • Защитные рабочие перчатки

Основы измерения тока для понимания в первую очередь

Ниже приведены некоторые основы, которые должен понять каждый перед выполнением текущих измерений.

Поскольку поток тока достигается постоянным потоком электронов, в цепи проведение измерений намного сложнее, чем измерение напряжения и сопротивления.В простой схеме основным способом наблюдения за движением электронов является соединение батареи, лампочки и управляющего переключателя, образующих электрическую цепь.

Лампа показывает силу тока, протекающего в цепи, благодаря своей яркости. Теперь, чтобы использовать мультиметр для измерения тока, вы должны разорвать цепь, чтобы ток прошел через мультиметр и были сняты показания. Это не просто, но это лучший способ сделать это. В цепях современного оборудования, которые требуют время от времени контроля тока, есть клеммы, которые влекут за собой короткое замыкание, чтобы помочь в этом.

Еще следует отметить, что мультиметр никоим образом не влияет на нормальную работу схемы, если он добавлен в схему. Однако, чтобы проводить точные измерения тока с помощью мультиметра, отвращение вашего мультиметра должно быть минимальным. На самом деле, для измерения усилителя отклонение вашего мультиметра должно быть ниже 1 Ом. Вот почему мультиметры, используемые профессионалами-электриками, имеют очень низкое сопротивление

.

Этапы измерения тока с помощью мультиметра
#1 Отключите питание в цепи, с которой вы работаете.

Это мера предосторожности, помогающая избежать риска поражения электрическим током при настройке и подготовке оборудования. Носите изолированные рабочие перчатки в качестве дополнительной меры безопасности.

#2 Включите мультиметр.

Включите устройство и настройте его на выполнение текущих измерений. Сделайте это, повернув циферблат мультиметра на измерителе до самого высокого диапазона тока. Если это розетка на 10 А, установите диапазон датчика на 10 А. Максимальный диапазон должен быть выше ожидаемого показания, чтобы предотвратить перегрузку мультиметра, которая может привести к перегоранию предохранителя.Если вы используете мультиметр с автоматическим выбором диапазона, установите для него значение «А» или мА.

Если вы хотите более точно определить тип потребляемого тока, вы можете настроить мультиметр на переменный или постоянный ток.

№3 Вставьте щупы мультиметра в соответствующие разъемы.

Вставьте черный щуп в соединение с маркировкой «общий» (гнездо COM). Красный щуп должен быть подключен к розетке мА или к сильноточной розетке, которая обычно имеет маркировку 10А.Гнездо мА помечено максимальным током.

#4 Подключение мультиметра к цепи

Теперь разомкните цепь, по которой вы снимаете показания, и подключите мультиметр. Мультиметр должен быть включен последовательно в цепь.

Используйте зажимы типа «крокодил», а не стандартные заостренные измерительные провода, чтобы завершить цепь. Щупы мультиметра имеют небольшую площадь поверхности, и когда питание включено, большая часть тока цепи сразу же протекает через крошечный наконечник щупа, что может привести к их быстрому нагреву и микросварке в то, что вы тестируете. .Так как провода типа «крокодил» имеют большую площадь поверхности, они помогают распределить электрическую нагрузку, предотвращая нагрев.

Совет по безопасности: При последовательном подключении счетчика помните, что выводы его щупов находятся под напряжением так же, как и любой другой провод в цепи.

№5 Включение питания цепи

Восстановить питание в цепи, чтобы появился ток.

#6 Наблюдайте за показаниями мультиметра.

При снятии показаний требуется внимательное наблюдение, чтобы получить правильные цифры.Наклоните мультиметр на нужный угол, обеспечив точное считывание цифр, предварительно записав ток, изображенный на цепи.

Совет по безопасности: После снятия показаний поместите щупы мультиметра в гнезда, используемые для измерения напряжения, и наклоните их до упора. Это мера предосторожности, которая помогает предотвратить повреждение мультиметра, если используемый диапазон не принимается во внимание.

Различные способы измерения токов

Разрыв цепи и размещение мультиметра в цепи — не единственный способ измерения тока.Существует еще один альтернативный метод, при котором не важно не изменять схему. Как бы хорошо это ни звучало, этот метод имеет некоторые дополнительные требования, такие как

.
  • Требуется наличие некоторых специальных компонентов.
  • Может также потребоваться использование различных типов датчиков.
  • Примечание. Возможно, он не такой точный, как первый метод
Резистор серии А

Этот метод используется в цепях, в которых время от времени необходимо измерять ток.Это предполагает и требует следующего.

Поместите относительно небольшой резистор в цепь

Убедитесь, что один конец резистора плотно прилегает к земле. Это помогает устранить опасность высокого напряжения или незапланированных коротких замыканий при проведении токовых испытаний в цепи.

Настройте мультиметр на снятие показаний напряжения и измерение напряжения. Недостатком этого метода является то, что значение резистора должно быть точным для правильных измерений тока, отображаемых на резисторе.По показаниям напряжения вы можете использовать закон Ома для расчета тока.

электрических измерений | Простые электродвигатели

Вам понадобятся специальные инструменты для измерения напряжения, тока и сопротивления вашего двигателя. Лучшее простое и недорогое устройство, которое может выполнять все эти задачи и даже больше, — это цифровой мультиметр. Возможно, он у вас уже есть, или вы можете купить базовый или расширенный цифровой мультиметр на этом сайте.

Вот как можно измерить напряжение (показан базовый мультиметр):

Убедитесь, что измерительные провода подключены к общим клеммам (отмечены как «COM») и «V».Поверните переключатель так, чтобы он указывал на 20 Вольт постоянного тока (только если ваше напряжение не превышает этого; в этом диапазоне вы можете измерять 0-20 Вольт). Включите его и сделайте измерения.

Если вы используете усовершенствованный мультиметр с нашего сайта, вам необходимо подключить измерительные провода к «COM» и «V» и повернуть главный переключатель в положение «V=». Это мультиметр с автоматическим выбором диапазона, поэтому он автоматически выбирает лучший диапазон для наиболее точных измерений.

Как вы могли заметить, для измерения напряжения не нужно отсоединять какие-либо провода в двигателе – мультиметр подключается параллельно измеряемой цепи.В этом режиме через мультиметр проходит очень небольшой ток, так как его сопротивление очень велико.

Для измерения тока необходимо отключить цепь и подключить мультиметр последовательно, чтобы ток проходил через мультиметр. На мультиметре очень низкое падение напряжения, так как его сопротивление в режиме измерения тока мало и им можно пренебречь.

Типичное подключение для измерения потребляемого тока (показан базовый мультиметр):

Для измерения потребляемого тока рекомендуется использовать максимальный диапазон тока (10 А).Пиковый ток для наших двигателей может легко превысить 1 А, хотя при оптимальной скорости средний ток может быть ниже 100 мА (0,1 А).

Убедитесь, что ваши тестовые провода подключены к «COM» и «10A»; поверните переключатель на «10A» для базового мультиметра или на «A» для расширенного.

Если вам нужно измерить сопротивление (например, вашего электромагнита), просто подключите мультиметр к концам катушки. Обратите внимание, что хотя бы один конец катушки должен быть отключен от цепи в двигателе!

Для измерения сопротивления измерительные провода мультиметра должны быть подключены к «COM» и «Ω».Поверните главный переключатель в положение «Ω» для расширенного мультиметра; для базовой модели мы рекомендуем измерять сопротивление катушки при самой низкой настройке (0-200 Ом).

Перед измерением сопротивления соедините измерительные провода вместе – мультиметр должен показывать сопротивление 0,0. Если он показывает небольшое сопротивление (базовый мультиметр может показывать 0,1-0,4 Ом), то, вероятно, это сопротивление щупов. Технически вам нужно вычесть это число из ваших показаний, но в большинстве случаев вы можете просто проигнорировать его.Усовершенствованный мультиметр обычно автоматически компенсирует сопротивление измерительных проводов.

См. раздел «Расчеты» для получения полезных формул, которые помогут вам рассчитать параметры двигателя на основе ваших измерений.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.