Измерение тока и напряжения: Измерение тока, напряжения, мощности | Наладка электроустановок | Архивы

Содержание

Измерение тока, напряжения, сопротивления

Измерение тока
Для измерения тока в цепи служат амперметры, включаемые последовательно в цепь, где производится определение величины тока. Чтобы ток в цепи при включении амперметра не изменился, необходимо сопротивление его обмотки делать очень малым. Для этого обмотку амперметра делают из небольшого числа витков толстой проволоки. Чтобы расширить пределы измерения амперметра, применяют шунты. Шунты представляют собой манганиновые пластины или стержни, впаянные в медные или латунные наконечники. Шунт включается в цепь последовательно. Параллельно ему включается амперметр. Ток I в цепи А разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям обмотки амперметра ra и шунта rш:
Ia/Iш= rш/ra, причем Iш=I- Ia,
откуда сопротивление шунта будет
rш=(Iara)/(I- Ia).
Обозначим отношение тока I к току Ia через n (число n иногда называют коэффициентом шунтирования).
Тогда выражение для rш можно записать так:
rш=rа/(n-1).
На токи до 100 А шунты помещают внутри прибора (внутренние шунты). На большие токи шунты делаются наружными и присоединяются к амперметрам при помощи проводов, сопротивление которых точно выверено, так как иначе распределение токов будет другим и измерение неправильным. Встречаются универсальные шунты на несколько пределов измерений. Приборы, которые постоянно работают со своим индивидуальным шунтом, градуируются с учетом шунта, о чем делается надпись на шкале прибора. Часто применяются также калиброванные шунты. Такой шунт можно включать с любым прибором, рассчитанным на ту же величину падения напряжения, что и данный шунт. Обычно шунты ставятся только к приборам магнитоэлектрической системы для измерений в цепях постоянного тока.
Для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока применяются трансформаторы тока.

Измерение напряжения
Для измерения напряжения употребляются вольтметры. Вольтметры включаются параллельно тому участку цепи, где необходимо измерить напряжение. Чтобы прибор не потреблял большой ток и не влиял на величину напряжения цепи, обмотка его должна иметь большое сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем точнее он будет измерять величину напряжения. Для этого обмотка вольтметра изготовляется из большого числа витков тонкой проволоки.
Для расширения пределов измерения вольтметров употребляются добавочные сопротивления, включаемые последовательно с вольтметрами. В этом случае напряжение сети распределяется между вольтметром и добавочным сопротивлением. Величину добавочного сопротивления необходимо подбирать с таким расчетом, чтобы в цепи с повышенным напряжением по обмотке вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении. Ток, на который рассчитана обмотка прибора,
Iв=U/rв.
В цепи с напряжением в n раз большим ток вольтметра с добавочным сопротивлением r должен остаться прежним:
Iв=nU/(rв+ r) или U/rв=nU/(rв+ r),
отсюда величина добавочного сопротивление равна
r= rв(n-1).
Добавочные сопротивления изготовляют из манганиновой проволоки, намотанной на гетинаксовый или фарфоровый каркас, и помещают внутри прибора или отдельно от него. Для измерения высоких напряжений переменного тока употребляются измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение коэффициента мощности
Значение коэффициента мощности в сетях однофазного переменного тока можно определить по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра согласно формуле
cos φ=P/UI.
Теми же приборами коэффициент мощности в сетях трехфазного тока с равномерной нагрузкой можно определить по формуле
cos φ=P/UI√3,
где U и I – линейные напряжение и ток, а φ – угол сдвига между фазными напряжением и током.

Среднее значение коэффициента мощности cos φср за определенный промежуток времени можно определить по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии за то же время согласно формуле
cos φсра/√(Аа2+ Аp2),
где Аа — активная энергия;
Аp — реактивная энергия.
Мгновенное значение коэффициента мощности на практике определяют при помощи специальных приборов – фазометров.

Измерение сопротивления мегомметром
Мегомметры служат для измерения сопротивления отдельных частей электротехнических установок по отношению к «земле» и друг относительно друга.
Согласно правилам сопротивление изоляции проводов должно быть не менее чем 1000 Ом на каждый вольт рабочего напряжения. Так, например, для сети с рабочим напряжением 220 В сопротивление изоляции должно быть не менее 220 000 Ом, или 0,22 МОм.

Измерение сопротивления изоляции должно производиться напряжением, по возможности равным рабочему, и во всяком случае напряжением, не меньшим 100 В.
Мегомметры, показания которых зависят от напряжения, состоят из источника напряжения и измерителя. Если последовательно в цепь включить регулируемое сопротивление r, то показания измерителя (вольтметра) будут зависеть от величины этого сопротивления (при постоянном напряжении цепи). При r=0 показание вольтметра будет небольшим, при r=∞ вольтметр покажет нуль. Включая различные сопротивления, можно отградуировать шкалу измерителя непосредственно в омах (килоомах, мегаомах). В дальнейшем таким прибором можно воспользоваться для измерения сопротивлений, если применить источник энергии с напряжением, равным напряжению при градуировке.

Измерение напряжения, тока, споротивления, емкости, индуктивности, мощности в электрических цепях

Методика измерений в электрических цепях


Измерение постоянного и переменного напряжения

Измерение как постоянного, так и переменного напряжения может производиться непосредственно вольтметрами, рассчитанными для работы соответствующего типа напряжения. В тех случаях, когда необходимо измерить напряжение больше того, на которое рассчитан вольтметр, необходимо последовательно с ним включить добавочный резистор. Тогда часть измеряемого напряжения будет падать на добавочный резистор, а часть — на прибор. Подбирая величину сопротивления добавочного резистора, можно в широких пределах расширять возможности измерения больших напряжений. Известно сопротивление вольтметра R

пp и выбран коэффициент расширения пределов расширения:

n = Ux/Uпp

где Ux — максимальное напряжение на входе схемы, подлежащее измерению; Uпp — максимальные пределы измерения непосредственно вольтметром.

Величина сопротивления добавочного резистора может быть найдена по следующей формуле:

Rдоб = Rпр(n-1)

Обычно для удобства производства отсчетов коэффициент п выбирают кратным 2, 5 или 10.

Для измерения высоких значений переменных напряжений могут быть использованы так называемые измерительные трансформаторы напряжения.

Они представляют собой понижающие трансформаторы, т. е. такие, у которых число витков вторичной обмотки W2, к которой подключается вольтметр, меньше числа витков W1 первичной обмотки. Коэффициент расширения пределов измерения n = W1/W2. Схемы подключения вольтметров для измерения напряжения приведены на рис. 1.



Рис. 1. Схемы измерения напряжения


Измерение электродвижущей силы (ЭДС)

Измерение Е имеет свои особенности. При подключении вольтметра к источнику ЭДС для ее измерения через него всегда будет проходить ток, а так как любой источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением Rвн, то напряжение на таком источнике и вольтметр будет измерять величину меньшую, чем ЭДС Е.

U = E – IRвн

Если нет требований к высокой точности измерения ЭДС, то для уменьшения тока можно воспользоваться вольтметром с большим внутренним сопротивлением, например электронным. В этом случае можно считать, что измеренное напряжение U ~ Е. Более точные методы измерения ЭДС связаны с использованием компенсационных схем (рис. 2).



Рис. 2. Схемы измерения ЭДС

В них напряжение, измеряемое вольтметром PV, снимаемое с переменного резистора R, сравнивается с напряжением на источнике ЭДС.

Изменяя напряжение на выходе переменного резистора (потенциометра), можно добиться такого условия, когда измерительный прибор Р покажет отсутствие тока через источник ЭДС. В этом случае показания вольтметра будут точно соответствовать величине ЭДС источника, т. е. U = Е .


Измерение тока

Можно производить измерение тока непосредственно амперметром, включенным в разрыв измеряемой цепи (рис. 3, а).



Рис. 3. Схемы измерения силы тока

При необходимости расширить пределы измерения амперметра необходимо параллельно амперметру включить резистор (рис. 3, б), который чаще всего называют шунтом. Тогда через амперметр будет проходить только часть тока, а остальная — через шунт. Так как сопротивление амперметров обычно небольшое, то для существенного расширения пределов измерения сопротивление шунта должно быть очень небольшим. Существуют формулы для расчета сопротивления шунта, но обычно на практике приходится вручную подгонять его сопротивление, контролируя ток эталонным амперметром.

Для измерения больших переменных токов часто используют измерительные трансформаторы токов (рис. 3, в). У них первичная обмотка, включаемая в разрыв измеряемой цепи, имеет число витков W1 меньшее, чем число витков W2 вторичной обмотки, т. е. трансформатор является повышающим по напряжению, но по току он понижающий. Амперметр подключается к выходу вторичной обмотки трансформатора тока. Часто лабораторные трансформаторы тока вообще не имеют изготовленной заранее первичной обмотки, а в их корпусе имеется широкое сквозное отверстие, через которое сам экспериментатор наматывает необходимое число витков (рис. 3, г). Зная число витков вторичной обмотки (оно обычно указано на корпусе трансформатора тока), можно выбрать коэффициент трансформации n = W

1/W2 и определить измеряемый ток Iх по показаниям амперметра Iпр по следующей формуле:

Iх = Iпр/n

Совершенно по-иному производят измерение токов в электронных схемах, которые обычно спаяны, изготовлены на печатных платах; произвести какой-либо разрыв в них практически невозможно. Для измерения токов в этих случаях используют вольтметры (обычно электронные с большим внутренним сопротивлением для устранения влияния прибора на работу электронной схемы), подключая их к резисторам схемы, величины которых либо известны, либо могут быть предварительно измерены. Воспользовавшись законом Ома, можно определить силу тока:

I = U/R


Измерение сопротивлений

Часто при работе с электрическими установками или при наладке электронных схем необходимо производить измерение различных сопротивлений. Простейший способ измерения сопротивлений заключается в использовании двух измерительных приборов: амперметра и вольтметра. С их помощью измеряют напряжение и ток в сопротивлении R, подключенном к источнику питания, и по закону Ома находят величину искомого сопротивления:

R = U/I

Однако этот способ измерения сопротивлений не позволяет получить результаты измерения с высокой точностью, так как на результаты измерения оказывают влияние собственные внутренние сопротивления амперметра и вольтметра. Так, на изображенной на рис. 4, а схеме амперметр измеряет не только ток, проходящий через сопротивление, но и ток, проходящий через вольтметр, чем вносится методическая погрешность измерений.



Рис. 4. Схема для измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра (а) и схема омметра (б)

 

Этим способом производят измерение обычно в тех случаях, когда нет специальных приборов — омметров. Одна из возможных схем омметра (рис. 4, б) — последовательная. Она состоит из автономного источника питания Е, переменного резистора R и миллиамперметра магнитоэлектрического типа РА. В качестве источника питания обычно используют сухие элементы или батареи напряжением 1,4…4,5 В. Если к выводам прибора подключить сопротивление R

x, величину которого необходимо определить, то по цепи пойдет ток, величина которого будет зависеть от величины сопротивления. Так как миллиамперметр измеряет этот ток, то его шкала может быть непосредственно отградуирована в омах. Шкала у такого омметра обратная, т. е. нуль находится в правой части шкалы, так как при сопротивлении на входе, равном нулю (режим короткого замыкания), через амперметр будет протекать максимальный ток. Если внешняя цепь разорвана, что соответствует бесконечно большому сопротивлению на входе, то стрелка миллиамперметра будет находиться в самой левой части шкалы, где стоит знак х . Шкала такого омметра резко нелинейная, что в какой-то мере затрудняет считывание результатов. Переменный резистор омметра служит для установки прибора на нуль перед началом работы с ним. Для этого замыкают выводы омметра накоротко и, вращая ручку переменного резистора, добиваются нулевых показаний прибора. Так как ЭДС элемента питания с течением времени за счет разряда уменьшается, такую установку нуля необходимо периодически контролировать. С помощью подобных омметров можно измерять сопротивления от нескольких омов до сотен килоомов.



Рис. 5. Схемы мегометра (а) и электрического моста (б)

Измерение больших сопротивлений до 100 МОм обычно производят с помощью мегометров (рис. 5, а). В своем классическом виде он представляет собой комбинацию автономного источника питания и измерительного прибора — логометра. Логометр — разновидность магнитоэлектрического прибора, у которого вместо одной рамки имеются две, соединенные жестко между собой под некоторым утлом. Так же, как и в обычном магнитоэлектрическом приборе, с ними связана стрелка прибора и находятся они в магнитном поле постоянного магнита. При пропускании тока через обмотки рамок они создают вращающие моменты противоположных знаков, в результате чего положение стрелки будет зависеть от отношения токов в рамках. В цепь одной из рамок включен резистор R, а в цепь другой — сопротивление Rx, величина которого должна быть определена. Применение логометра объясняется тем, что его показания определяются только отношением токов в рамках и не зависят от изменения питающего напряжения Uпит. В качестве источника напряжения для мегометра используют либо индуктор, приводимый во вращение рукой оператора, либо аккумуляторную батарею с электронным преобразователем напряжения. Такая система питания определяется тем, что для работы прибора требуются большие напряжения — порядка 500 В, так как при меньших напряжениях токи в обмотках прибора были бы слишком малыми для его нормальной работы. Использование автономного источника питания диктуется тем, что мегометром часто измеряют сопротивление изоляции кабелей; при этом, естественно, напряжение в них бывает отключенным. Кроме того, с его помощью часто проводят измерения вне помещений, где нет электрической сети.

Измерение малых сопротивлений (меньше 1 Ом), а также измерения других сопротивлений в широком диапазоне значений с высокой точностью могут проводиться с помощью электрических мостов.

Электрический мост (рис. 5, б) представляет собой четыре сопротивления (одно из них — Rx подлежит измерению), включенные по кольцевой схеме. Каждое из сопротивлений образует плечо моста. В одну диагональ моста подают постоянное напряжение питания Uпит , а к другой подключают измерительный прибор — гальванометр Р. Он представляет собой высокочувствительный магнитоэлектрический прибор с нулем посередине шкалы. Его назначение — фиксировать момент, когда ток будет отсутствовать. Приборы подобного типа часто называются нуль-индикаторами. Одно или два сопротивления в плечах моста делаются переменными, и именно ими добиваются нулевых показаний прибора. Мост при этом считается сбалансированным. Как показывает теория электрических мостов, условие баланса достигается при равенстве произведения сопротивлений противоположных плеч, т. е. при условии R1Rx = R2R3. Следовательно, после балансировки моста можно, зная величины всех сопротивлений, определить значение неизвестного сопротивления



где N = R2/R1 — множитель.

Точность измерения с помощью мостов постоянного тока может быть очень велика. Результирующие значения сопротивлений могут иметь более пяти значащих цифр. В то же время мост не позволяет оперативно производить измерения, так как процесс балансировки требует определенного времени и навыка оператора.


Измерение емкостей

Определение емкости конденсатора или других устройств емкостного характера также может осуществляться различными способами. Простейший из них — метод амперметра-вольтметра (рис. 6, а).



Рис. 6. Схемы измерения емкости

Он во многом аналогичен такому же методу измерения сопротивлений, с той только разницей, что схема питается переменным синусоидальным напряжением от генератора низкой или высокой частоты (или от сети). Емкостное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:



где f — частота переменного напряжения.

Емкостное сопротивление находится по закону Ома по показаниям приборов



Измерение малых по величине емкостей удобнее производить методом резонанса (рис. 6, б). Измеряемый конденсатор Сх подключается к известной индуктивности L, образуя колебательный контур. На контур подается синусоидальное напряжение от генератора. С помощью электронного вольтметра измеряют напряжение на контуре. При резонансе оно достигает максимума.

Известно, что резонансная частота контура может быть выражена следующей формулой:



Следовательно, при известной величине индуктивности в контуре и определенной по максимальным показаниям вольтметра частоте резонанса можно найти искомое значение емкости Сх.

Измерение больших емкостей (например, электролитических конденсаторов) проще всего производить путем разряда конденсатора на известное сопротивление R. Известно, что за время, равное постоянной времени цепи разряда конденсатора, его напряжение уменьшается в е раз, где е = 2,71… — основание натурального логарифма. Постоянная времени цепи разряда конденсатора на резистор определяется соотношением



Схема измерения емкости этим методом (рис. 6, в) состоит из источника постоянного напряжения питания, известного по величине сопротивления резистора R, электронного вольтметра PV, переключателя S и клемм для подключения конденсатора. С помощью переключателя S конденсатор Сх заряжается до напряжения источника питания, а после переключения конденсатора на разряд с помощью секундомера измеряют время t, по истечении которого конденсатор разрядится до напряжения Uпит/е. Емкость конденсатора определяется по формуле



Емкости конденсаторов можно измерять также с помощью мостов переменного тока.


Измерение индуктивностей

Измерение индуктивностей несколько сложнее. Это связано с тем, что любая катушка (обмотка трансформатора и т. п.) имеет кроме индуктивности еще и резистивное сопротивление. Поэтому во многих случаях измеряют предварительно полное сопротивление катушки индуктивности:



Оно может быть определено методом амперметра и вольтметра путем измерения напряжения и тока измерительными приборами схемы на переменном напряжении (рис. 7, a) z = U/I. При подаче на схему постоянного напряжения (рис. 7, б), как уже рассматривалось выше, можно определить резистивное сопротивление катушки R.



Рис. 7. Схемы измерения индуктивностей

Тогда



В свою очередь, индуктивное сопротивление



При известном значении частоты / напряжения питания легко найти величину искомого значения индуктивности



При малых значениях индуктивности (например, контурных катушек радиоэлектронных устройств) можно воспользоваться резонансной схемой, аналогичной схеме определения емкости резонансным методом.

Для измерения индуктивности можно использовать также мосты переменного тока, специальные измерительные приборы — ку- метры, позволяющие определять не только величину индуктивности, но и такую характеристику, как добротность катушки, характеризующие качество работы катушки в электронных схемах.


Измерение мощности

В электрических цепях измерение мощности удобнее рассматривать отдельно для цепей постоянного и переменного тока.

На постоянном токе основные формулы для определения мощности следующие:



В соответствии с приведенными формулами мощность в каком-то сопротивлении нагрузки R можно измерить тремя способами: с помощью вольтметра и амперметра (рис. 8, а), только вольтметром (рис. 8, б) и только амперметром (рис. 8, в). Во всех случаях после снятия показаний с приборов необходимо провести математические расчеты для определения собственно мощности.



Рис. 8. Схемы измерения мощности в цепях постоянного тока

Этого можно избежать, если для измерения мощности воспользоваться специальным прибором ваттметром (рис. 8, г). Как правило, выпускаемые промышленностью ваттметры изготавливаются на базе ферродинамического прибора (см. рис. 2.105). У ваттметров имеются две обмотки и соответственно четыре вывода. Одна из обмоток является токовой, через нее проходит ток к нагрузке, расходуемая мощность в которой подлежит измерению, а вторая — обмоткой напряжения. Она подключается непосредственно к источнику питания.

Измерение мощности на переменном токе имеет свои особенности. Во-первых, здесь существуют три различные мощности:

полная мощность, В * А,

S= UI,

активная мощность, Вт,

Р = UIcosφ;

реактивная мощность, вар,

Q = UIsinφ.

В этих формулах (φ — угол сдвига по фазе между током и напряжением.

Чаще всего интересуются полной и активной мощностями. Знание полной мощности необходимо для расчета токов в нагрузке, выбора сечения проводов и предохранителей. Активная мощность важна потому, что именно она характеризует ту мощность, которая в нагрузке преобразуется в теплоту, свет, звук и т.д.

Измерение полной мощности обычно производят, измеряя напряжение и ток вольтметром и амперметром и перемножая полученные значения. Активную мощность чаще всего измеряют с помощью ферродинамических ваттметров, которые кроме напряжения и тока учитывают и так называемый коэффициент мощности cosφ.

При подключении обмоток ваттметра к нагрузке, так же как и при постоянном напряжении, ваттметр непосредственно произведет измерение активной мощности.

На переменном токе достаточно часто приходится решать задачу измерения активной мощности в трехфазных цепях. Трехфазные цепи могут быть двух типов: трехпроводные и четырехпроводные. В трехпроводных цепях к нагрузке подходят три провода, обозначаемые буквами А, В, С. Для измерения активной мощности в такой цепи при любом варианте подключения элементов нагрузки к проводам достаточно подключить только два ваттметра так, как это показано на рис. 9.



Рис. 9. Схемы измерения мощности на переменном токе: а — трехпроводная система; б — четырехпроводная система

При этом необходимо соблюсти определенные правила подключения ваттметров. Выводы обмоток ваттметра, обозначенные на его корпусе звездочками, должны быть обращены в сторону источника энергии. Поэтому эти выводы получили название генераторные (подключаются к проводам, идущим от генератора). Суммарная активная мощность такой трехфазной системы находится как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров. При этом возможен вариант, когда показания одного из ваттметров могут быть отрицательными, т. е. его стрелка уйдет влево. Для снятия показаний с такого ваттметра необходимо поменять местами провода, подходящие к любой из обмоток, прочесть результат измерения, но в формулу подставить с отрицательным знаком.

Измерение активной мощности в четырехпроводных цепях требует использования трех ваттметров. Один из выводов каждого ваттметра здесь подключается к четвертому проводу, обычно называемому нулевым. Показания всех ваттметров могут быть только положительными, и суммарная активная мощность, потребляемая трехфазной цепью, будет равна сумме мощностей, измеряемых каждым из ваттметров:

Ре = Р1 + Р2 + Р3.

Один из наиболее простых методов измерения количества электричества — метод измерения с помощью так называемого баллистического гальванометра. Он представляет собой прибор магнитоэлектрической системы (см. рис. 2.103) с умышленно утяжеленной подвижной частью (с большим моментом инерции). Если на вход такого баллистического гальванометра подать кратковременный импульс напряжения, то подвижная часть прибора, получив как бы импульсный вращающий момент, начнет движение, причем уже после окончания входного импульса это движение еще будет продолжаться и стрелка прибора, двигаясь по инерции, отклонится до какого-то значения шкалы, а затем возвратится в исходное нулевое положение. В качестве отсчета на таком приборе необходимо отметить то максимальное отклонение стрелки αmах от нулевого значения, которое наблюдалось во время ее движения по «баллистической траектории». Теория такого баллистического гальванометра показывает, что этот отсчет по максимальному отклонению стрелки оказывается пропорциональным количеству электричества, прошедшего через рамку такого прибора, т. е.

αmах = Q/С6,

где Сб—баллистическая постоянная, зависящая от конструктивных особенностей гальванометра.

Измерение количества электричества Q на обкладках предварительно заряженного конденсатора можно осуществить, разрядив его через баллистический гальванометр, и по максимальному отклонению его стрелки найти искомое значение количества электричества:

Q = С6αmах

При разработке новых сплавов, предназначенных для использования в электротехнических цепях, возникает необходимость в определении их удельного сопротивления. Под удельным сопротивлением понимают сопротивление проводника сечением 1 мм2

и длиной 1м. Соответственно такое удельное сопротивление р измеряется в единицах Ом — (мм2/м). Для его измерения выбирают отрезок проводника, желательно небольшого сечения, и измеряют его сопротивление любым из рассмотренных выше методов. После этого расчетным путем приводят величину этого сопротивления к сечению 1 мм2 и длине 1 м, что не представляет каких- либо трудностей, и получают значение удельного сопротивления. Для получения большей точности измерения желательно длину проводника брать по возможности большей.

Для многих изоляционных материалов представляет определенную ценность определение их диэлектрической проницаемости ε. Одним из простейших способов ее измерения является способ косвенного измерения с последующим расчетом величины диэлектрической проницаемости. Известно, что емкость простейшего конденсатора, состоящего из двух одинаковых пластин площадью S, расположенных на расстоянии δ друг от друга, с диэлектриком, заполняющим все пространство между пластинами, определяется по формуле



где ε — диэлектрическая проницаемость материала между пластинами.

Рис. 10. Схема для измерения диэлектрической постоянной изоляционных материалов

Измерение диэлектрической проницаемости материала производят с помощью конденсатора (рис. 10), между пластинами которого помещают испытуемый материал, а также измерения емкости такого элементарного конденсатора любым из описанных выше методов. Численную величину диэлектрической проницаемости определяют по формуле



Развитие радиоэлектроники и установок для высокочастотного воздействия на материалы машиностроения привело к тому, что практически все пространство заполнено электромагнитными волнами.

В мире работают миллионы передающих радиостанций, многие из которых излучают значительные мощности (например, радиолокационные станции дальнего обнаружения, вещательные радиостанции и т. п.). Для оценки электромагнитных волн часто возникает необходимость определения их уровня. Обычно об уровне электромагнитных волн судят по напряженности электрического поля, величина которого аналитически может быть пересчитана в мощность электромагнитного поля. Напряженность электрического поля наиболее часто измеряют с помощью рамочной антенны (рис. 11), которая представляет собой плоскую катушку, намотанную на каркас Е из какого- либо диэлектрика. (На рис. 11 для простоты изображен только один виток.)



Рис. 11. Измерение напряженности электрического поля

Диаграмма направленности такой антенны показывает, что максимум принимаемого излучения идет со стороны, лежащей в плоскости витков катушки. Это позволяет не только производить измерение напряженности электрического поля, но и определять направление на источник высокочастотных излучений по максимальной величине напряжения на выходе рамки при ее поворотах относительно вертикальной оси. Напряженность электрического поля определяется по величине напряжения на выходе рамки по следующей формуле, В/м:



где U — напряжение на выходе рамки, В; f — частота принимаемого сигнала, Гц; n — число витков в рамке; S— площадь рамки, м2.

Обычно на геометрические размеры рамки в зависимости от частоты сигнала напряженность поля которого определяется, накладываются определенные ограничения. В частности, на частотах более 30 МГц более точные результаты получаются, если вместо рамочной антенны использовать полуволновый диполь, представляющий собой проводник длиной в половину длины волны, разрезанный посередине. Напряжение с диполя снимается с центральной разрезанной части. Значение напряженности электрического поля можно определить по следующей формуле:



где f— частота, Гц; U— напряжение на выходе диполя, В.

Диполь, так же как и рамка, позволяет определять направление, с которого приходит сигнал, так как обладает определенной направленностью, что видно из диаграммы направленности. Максимум принимаемых сигналов определяется перпендикуляром к плоскости диполя. Именно так ориентированы телевизионные антенны по отношению к телевизионной вышке.

Напряжение на выходе рамки или диполя можно измерять с помощью электронного вольтметра непосредственно при сильных сигналах или применяя электронные усилители. В этом случае, используя селективные свойства усилителей, можно определить уровень напряженности электрического поля определенной частоты. Нужно учесть, что уровень сигнала на выходе рамки и частично диполя складывается из большого числа электромагнитных полей, существующих в пространстве в районе расположения приемного устройства от различных источников (передатчиков).

При необходимости определить частоту высокочастотного сигнала можно, если он сильный, используя непосредственное включение электронного частотомера на выход рамки или диполя. При слабых сигналах и использовании усилителей можно по их частотной настройке определять частоты сигналов, наведенные в рамке или диполе, т. е. так, как обычно по шкале радиоприемника можно определить длину волны или частоту принимаемой станции.

Измерение тока в цепи производят путем включением амперметра в разрыв цепи



Измерение силы тока амперметром

Для измерения величины тока в цепях постоянного и переменного тока используют электроизмерительный прибор амперметр. Амперметр включается в цепь последовательно с источником тока.

Поскольку ток — это упорядоченное движение заряженных частиц вдоль проводника (через поперечное сечение проводника), то для измерения его величины необходимо пропустить измеряемый ток еще и через амперметр. Поэтому амперметр включается именно в разрыв исследуемой цепи, когда нужно измерить ток, а ни в коем случае не параллельно ей.

В выходной цепи современного амперметра обычно находится шунт — калиброванный резистор повышенной точности и довольно малого сопротивления (считанные доли ома), на котором электронная схема прибора измеряет падение напряжения, и по нему косвенным путем вычисляет ток (или как говорят — силу тока).

Амперметр, как отдельный измерительный прибор или как одна из функций мультиметра, имеет несколько диапазонов измерения тока. Выбор диапазона осуществляется при помощи переключателя, расположенного на лицевой панели прибора.

Обычно на мультиметре можно выбрать одно из следующих значений (максимальное значение для диапазона): 200мкА, 2мА, 20мА, 200мА, 10А и т.д. Кроме того у некоторых мультиметров есть возможность измерения постоянного, переменного, либо и постоянного и переменного тока.

Вид тока также выбирается на шкале переключателя. Для измерения тока и напряжения у мультиметров имеются два отдельных гнезда для подключения щупов: одно гнездо — для измерения напряжения, второе гнездо — для измерения тока. Третье — общий провод, который остается на своем месте независимо от того, что измеряется, ток или напряжение.

Подключите щупы к соответствующим гнездам мультиметра или амперметра. Включите прибор и переведите его в режим измерения тока, выбрав вид тока и диапазон с помощью переключателя. Если диапазон неизвестен, то стоит начать с самого большого значения из доступных на шкале переключателя, потом можно будет уменьшить. Обесточьте цепь, в которой необходимо будет измерить ток.

Присоедините щупы (соблюдая осторожность!) так, чтобы прибор оказался включен в разрыв цепи. Подайте ток в цепь. Спустя пару секунд прибор отобразит на своем дисплее действующее значение измеренного тока.

Если диапазон 10А или более, то значение измеренного тока будет отображено в амперах. Если диапазон например 200мА, 20мА или 2мА (порядок величин таков, но в принципе значения на шкале могут отличаться от этих), то на дисплее будут показания в миллиамперах. Если выбран диапазон 200мкА (или такого же порядка) — на дисплее будут показаны микроамперы.

Амперметр никогда нельзя подключать параллельно источнику тока, ибо в этом случае ток короткого замыкания пройдет через измерительный шунт внутри прибора и если ток окажется больше предельно допустимого для прибора, то прибор мгновенно сгорит.

Если источником тока является, например, розетка или другой источник с низким внутренним сопротивлением, это может закончиться трагедией с жертвами, а в самом лучшем случае — быстрым выходом прибора из строя.

Если вам необходимо измерить ток короткого замыкания пальчиковой батарейки — такое может пройти для амперметра безвредно, но правилом включения амперметра лучше не пренебрегать никогда.

Амперметр включается всегда последовательно в цепь и только в тот момент, когда эта цепь обесточена! Потребители в исправной цепи сами ограничат ток рабочей величиной.

Особенной разновидностью амперметра являются электроизмерительные токовые клещи. Они имеют очень большой диапазон измеряемых токов, и их невозможно включить неправильно. Токовые клещи просто накидываются в обхват участка цепи, ток в которой нужно измерить, и сразу показывают ток. Более распространены токовые клещи для измерения переменного тока, но существуют и модели для измерения постоянного тока (на базе датчика холла).

Источник

Как измерить силу электрического тока в цепи?

В процессе эксплуатации различного оборудования возникает необходимость проверки основных электрических параметров его работы. Это нужно как для проверки определенных характеристик, так и для ремонтных работ. Одним из наиболее сложных и опасных измерений является определение величины токовой нагрузки. Поэтому для всех начинающих электриков будет актуально узнать, как измерить силу электрического тока в цепи правильно и безопасно.

Используемые приборы

Измерить силу тока можно различными способами, однако далеко не все из них применимы в повседневной жизни. К примеру, различные измерительные трансформаторы, подключаемые в цепь, крайне неудобно переносить по дому и даже хранить на полке в гараже. Поэтому актуальными средствами измерительной техники являются амперметры, мультиметры и клещи. Далее рассмотрим детально особенности работы и применения каждого из них.

Амперметр

Это один из наиболее простых измерительных приборов, который реагирует на изменение токовой нагрузки. С электротехнической точки зрения амперметр представляет собой нулевой или бесконечно малое сопротивление. Поэтому в случае приложения напряжения только к прибору, в нем возникнет ток короткого замыкания, из-за чего амперметр включается в цепь последовательно замеряемой нагрузке. Для наглядности стоит пояснить, что измерить силу тока в розетке нельзя, так как без нагрузки (в случае разомкнутой цепи) ток в ней не протекает, на контактах розетки присутствует только напряжение, поэтому подключение амперметра напрямую приведет к замыканию.

Под электрическим током подразумевается направленное движение заряженных частиц, которое проходит через поперечное сечение проводника за определенную единицу времени. Поэтому запомните, что токовая нагрузка возникает лишь от включения бытового электроприбора к источнику питания. Включение амперметра отдельно к точке электроснабжения или отдельно к рабочему двухполюснику никоим образом не даст информации о силе тока. Если рассмотреть пример на схеме, то чтобы замерить амперы вы должны включить прибор в линию последовательно к объекту измерения:

Рис. 1. Пример подключения амперметра

Как видите, основная сложность заключается в том, что процесс измерения происходит непосредственно в момент протекания электрической энергии, соответственно, велика вероятность поражения электрическим током в случае нарушения технологии.

Чтобы избежать плачевных последствий, необходимо соблюдать такие правила:

  • Подключение производится только при отсутствии напряжения;
  • Измерительные провода должны быть заизолированы, а места подключения удалены от человека, при необходимости исключена возможность прикосновения к ним;
  • Выведение амперметра из цепи измерения тока также выполняется при снятом напряжении.

Так как амперметр является узконаправленным прибором для измерения силы тока, его редко кто хранит у себя дома. Поэтому если вы хотите приобрести приспособление, куда выгоднее обзавестись мультиметром, который обладает значительно более широким функционалом.

Мультиметр

Этот прибор также называют тестером, Ц-эшкой, поэтому в обиходе можно встретить разные поколения мультиметра. Принцип использования мультиметра в качестве средства для измерения тока в цепи полностью аналогично амперметру, как по схеме включения, так и по предъявляемым мерам предосторожности. Однако следует отметить, что мультиметр мультиметру рознь, поэтому перед включением тестера обязательно посмотрите, подходит ли он, чтобы измерить ток в вашем случае.

Из конструктивных особенностей сразу отметим:

  • Диапазон измерения – выставляется переключателем на определенную величину силы тока. Выбирается таким, чтобы предполагаемая нагрузка его не превышала, но была соизмеримой.
  • Род тока – переменный или постоянный, заметьте, что некоторые модели мультиметров предоставляют возможность измерить только один вариант.
  • Разделение на слаботочные и силовые измерения – такие приборы имеют отдельную шкалу на мА, мкА и отдельную для А. Также в них могут располагаться отдельные разъемы, чтобы подключить щупы.
  • Наличие защиты от перегрузки при подключении измерительных устройств, обозначается отметкой unfused. Которая свидетельствует о наличии предохранителя, способного предотвратить выход со строя мультиметра от протекания чрезмерной силы тока.

По способу отображения информации все мультиметры подразделяются на циферблатные и дисплейные. Первые из них – довольно устаревшая модель, ориентироваться по ним смогут только искушенные электрики, знакомые с основами метрологии. Новичок же может запутаться в показаниях на шкале, цене деления или какими единицами измеряется нагрузка. Поэтому применение цифрового прибора куда проще и удобнее, на дисплее отображается конкретное число.

Токоизмерительные клещи

Это наиболее удобный прибор, так как чтобы измерить силу тока токоизмерительными клещами, нет нужды разрывать цепь. Конструктивно клещи представляют собой разъемный магнитопровод, в который и помещается проводник, на котором вы хотите померить силу тока. Токоизмерительные клещи имеют схожесть с тем же мультиметром, а в более продвинутых моделях вы встретите такой же переключатель с функцией определения мощности, напряжения, сопротивления, силы тока и разъемы для подключения щупов.

Как измерить силу тока в цепи

Для измерения электрического тока в цепи куда удобнее использовать современные устройства – мультиметры или клещи, особенно для одноразовых операций. А вот стационарный амперметр подойдет для тех ситуаций, когда вы планируете постоянно контролировать силу тока, к примеру, для контроля заряда батарейки или аккумулятора в автомобиле.

Постоянного тока

Разрыв электрической цепи организовывается до начала измерений при отключенном напряжении. Даже в низковольтных цепях вы можете вызвать замыкание батарейки, которое моментально приведет к потере электрического заряда. Далее рассмотрим пример измерения в цепи постоянного тока с помощью мультиметра, для этого:

Рис. 2. Использование мультиметра для измерения постоянного тока

  • подключите щупы к соответствующим вводам в тестер – черный в COM, красный в разъем с пометкой mA, A или 10A, в зависимости от устройства;
  • при помощи «крокодилов» соедините щупы тестера с цепью измерения последовательно;
  • установите переключателем нужный род тока и предел измерений;
  • можете подключить нагрузку и произвести измерения, на дисплее мультиметра отобразится искомое значение.

Но заметьте, подключать мультиметр следует на короткий промежуток времени, так как он может перегреться и выйти со строя.

Переменного тока

Цепь переменного напряжения может измеряться как мультиметром, так и токоизмерительными клещами. Но, в связи с опасностью переменного бытового напряжения для жизни человека, эту процедуру целесообразнее выполнять клещами без измерительных щупов и без разрыва цепи.

Рис. 3. Использование клещей для измерения переменного тока

Для этого вам нужно:

  • переключить ручку в положение переменных токов на нужную позицию нагрузки, если она изначально неизвестна, то сразу выбирают максимальный диапазон;
  • нажать боковую скобу, которая разомкнет клещи;
  • поместить внутрь клещей токоведущую жилу и отпустить кнопку.
  • данные измерений отобразятся на дисплее, при необходимости их можно зафиксировать соответствующей кнопкой.

Производить измерения можно как на изолированных, так и на оголенных жилах. Но заметьте, в область обхвата должен попадать только один проводник, сразу в двух измерить не получится.

Реальные примеры измерения тока

Далее рассмотрим несколько вариантов того, как подключить измерительный прибор в бытовых нуждах. При замерах батареек вам необходимо один щуп приложить к контакту батарейки, а второй к контакту нагрузки, второй контакт нагрузки подключается к свободной клемме батарейки.

Рис. 4. Измерение силы тока в цепи батарейки

Если вы хотите проверить токовую нагрузку в обмотках трехфазного электродвигателя, измерительный прибор подключается поочередно в каждую фазу или если у вас есть три амперметра, можете использовать их одновременно. Для этого щупы подключаются одним концом к выводам обмоток в борно, а вторым, к питающему проводу соответствующей фазы.

Рис. 5. Измерение силы тока в цепи электродвигателя

Способы на видео


Источник

Подключение амперметра и вольтметра в сети постоянного и переменного тока

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трансформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Шунт — цепь, включаемая параллельно данной цепи или прибору. Шунты применяются для расширения пределов измерений амперметров, т. к. в шунте ответвляется часть тока, текущего в цепи, тем большая, чем меньше сопротивление шунта.

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Практически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум — на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, — чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, — он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трансформатор. Измерительный трансформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трансформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трансформаторов.

Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трансформаторы бывают двух типов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трансформатор напряжения. Это понижающий трансформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трансформаторы на схемах изображают как обычные трансформаторы.

Трансформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трансформатор остается практически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трансформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трансформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трансформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трансформатора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трансформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трансформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трансформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трансформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трансформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трансформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трансформаторов характерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трансформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трансформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. — в процентах от номинального значения.

Источник

Тест по КИП и А с ответами

Единицы измерения проводимости вещества

Напряжение на выходе полупроводникового выпрямительного моста является

Измерение тока в цепи производят путем

включением амперметра в разрыв цепи

включением амперметра параллельно цепи допустимы

Датчик давления с токовым выходом 0…20 мА может быть подключен к вторичному прибору

по двухпроводной схеме

по трех- или четырехпроводной схеме

по двух-, трех- или четырехпроводной схеме

Показания ротаметра с поплавком в виде шарика определяются путем сопоставления рисок на колбе с

нижней точкой шарика

верхней точкой шарика

Основным критерием выбора компенсационного провода для термопары является

сечение жилы провода

удельное сопротивление провода на погонный метр

Наибольшая точность измерения температуры термометром сопротивления достигается при

двухпроводной схеме подключения

трехпроводной схеме подключения

четырехпроводной схеме подключения

точность измерения зависит только от сечения жил соединительных проводников

Эксплуатация приборов КИП с просроченным сроком поверки

допускается в случае, если данные приборы не установлены на узлах коммерческого учета или в системах автоматики безопасности

Электромагнитный расходомер не сможет обеспечить измерение расхода

технической воды питьевой воды

пульпы и эмульсий

Труба Вентури это устройство для измерения

Блок извлечения корня служит для

преобразования измеренного значения перепада в расход

преобразования сигнала взаимной индуктивности в выходной унифицированный токовый сигнал

преобразования измеренного значения скорости потока в перепад давления

Во время работы уравнительный вентиль на датчике перепада должен быть

открыт или закрыт в зависимости от вязкости измеряемой среды

Бирками какой формы должны маркироваться контрольные кабели КИП до 1000В?

Резьба М20х1,5 на штуцере манометра называется

Выходной сигнал термопар измеряется в

Допустимо ли подключать по трехпроводной схеме датчик термосопротивления, имеющий четыре вывода

Да, если на это есть указание изготовителя датчика

Датчик абсолютного давления на пустой трубе покажет давление

около 1 МПа около нуля

Вторичный прибор должен обеспечивать питание подключенного к нему по двухпроводной схеме датчика в случае, если

датчик имеет активный выход

датчик имеет пассивный выход

датчик не имеет автономного встроенного источника питания

В какой цвет должен быть окрашен трубопровод с природным газом?

Голубой с желтой поперечной чертой

Понижение концентрации какого газа в атмосфере рабочего пространства является аварийной ситуацией?

Трехходовые вентили используются при монтаже

датчиков расхода датчиков температуры

Какой контакт реле обозначается буквами NO?

Вывод обмотки реле

Нормально замкнутый контакт контактной группы

Нормально разомкнутый контакт контактной группы

Степень защищенности оборудования КИП от воздействия пыли и влаги обозначается символами

Какое масло следует заливать в защитные гильзы термометров?

Трансформаторное Индустриальное Моторное

Что такое шильдик? Герметизированный кабельный ввод Крепежный элемент Идентификационная табличка

Какова периодичность поверки оборудования КИП?

В соответствии с предписаниями изготовителя

В соответствии с предписаниями изготовителя, но для узлов коммерческого учета раз в год

В какой цвет окрашивают корпус кислородного манометра?

Цвет не имеет значения

Корпус кислородного манометра запрещено окрашивать Термоэлектрический преобразователь это

ртутный термометр термометр сопротивления

Подключение питающего кабеля 220В для запитки щита КИП осуществляется

к верхним губкам автоматического выключателя в щите КИП

к нижним губкам автоматического выключателя в щите КИП

место подключения определяется конструкцией щита

Разрешается ли пропаивать проволочные петельки перед монтажом под винт?

Разрешается без применения кислотосодержащих флюсов

Механическое реле давления имеет

Массовый расход воды находят, зная объемный расход и

давление и температуру

Какой тип расходомера не показывает мгновенный расход?

Атмосферное (Ратм), абсолютное (Рабс) и избыточное (Ризб) давления связаны следующей зависимостью

Что называется устойчивостью системы автоматического регулирования (САР)?

Способность САР принимать крайние значения под влиянием воздействий

Способность САР восстанавливать состояние равновесия, из которого она выводится под влиянием внешних воздействий

Способность САР изменять закон регулирования

Как подсоединяют манометры к трубопроводам с водой и паром для устранения влияния пульсаций давления на показания манометра?

С помощью соединительных демпферных трубок, снабженных кольцеобразной петлей

Как можно ближе к трубопроводу

Манометр монтируется строго горизонтально

Как изменится омическое сопротивление термометра сопротивления при увеличении температуры измеряемой среды?

Какой прибор используется для измерения влажности?

Какой параметр исполнительного механизма с электроприводом влияет на пропускную способность регулирующего клапана?

Электрическая мощность электродвигателя исполнительного механизма Частота вращения ротора электродвигателя исполнительного механизма

Рабочий ход штока

Как должна устанавливаться защитная гильза для датчика температуры в трубопровод?

Конец гильзы должен быть несколько ниже оси трубопровода

Конец гильзы должен касаться противоположной стенки трубопровода Глубина погружения гильзы не имеет значения

Источник

измерение электрического тока измерение силы электрического тока

Основными определяющими параметрами любой электрической цепи является напряжение, сила тока и сопротивление. Их взаимосвязь определяется известным со школьной физики законом Ома, суть которого заключается в том, что любую из этих величин можно определить, зная две другие (формула ниже).

При этом сила тока имеет прямую зависимость от напряжения и обратную от сопротивления. Существует три основных метода измерения силы тока и параметров электрической цепи.

Прямой метод измерения электрического тока

Данный способ получения любых характеристик электрической цепи наиболее распространен на практике. Под прямым методом измерения подразумевается получение искомых значений силы тока, напряжения или сопротивления с помощью соответствующих измерительных приборов. Информация на них может отображаться цифровым или аналоговым способом. Выбор конкретной модели зависит от необходимой точности искомых значений и собственной погрешности устройства.

Измерение силы тока в электрической цепи осуществляется амперметрами. Чем меньше будет внутренние сопротивление прибора, тем более точные данные он отобразит. Необходимо отметить что устройства, оснащенные стрелочным указателем менее точны по сравнению с приборами, которые отображают информацию в цифровом виде.

Измерение силы тока в собранной цепи проводиться при последовательном включении прибора в разрыв между элементами. Это одно из важных условий при наличии постоянного тока. Измерение силы в электрической цепи с переменным электрическим током можно провести без нарушения ее целостности, просто охватив провод специальными клещами. В данном варианте амперметр работает по принципу трансформатора. Любой проводник при прохождении переменного тока, обладает внешним магнитным полем, которое создает поток на измерительных контактах и индуцирует напряжение на обмотках.

Но в отдельных случаях использование прямого метода измерения невозможно. Это, например, относится к вариантам предварительного расчета электрической схемы или, когда сама конструкция рабочей схемы не позволяет провести разрыв цепи. В этой ситуации прибегают к косвенному или компенсационному методам измерения силы тока.

Косвенный метод определения силы тока в электрической цепи

В основе данного метода измерения лежит правило: зная зависимость трех параметров, всегда можно определить один из них при известных данных двух других значений. Для электрической цепи справедлив закон Ома, в соответствии с которым сила тока (I) имеет прямую зависимость от напряжения (U) или разности потенциалов. Формула закона для участка цепи выгладит следующим образом:

I = U/R, где R – это сопротивление (в Омах) на участке электрической цепи. Из уравнения видно, что сила тока имеет обратную зависимость от сопротивления.

Косвенный метод позволяет осуществлять измерение силы тока как эмпирическим путем, так и математическим вычислениями. В первом случае исходные значения напряжения и сопротивления определяются вольтметром и омметром. Во втором варианте эти данные берутся из расчетных показателей электрической схемы. Необходимо помнить, что при математическом расчете параметров электрической цепи будут получены абсолютные значения, соответствующие идеальным данным. На практике, они могут значительно отличаться из-за характеристик материалов, внешних факторов и т.д.

Также при косвенном методе можно определить искомые параметры зная потребляемую мощность устройства (Р), которая является произведением напряжения и силы тока (Р=U x I).

Компенсационный метод измерения силы тока

Компенсационный метод базируется на уравновешивании двух электрически самостоятельных параметров (напряжения или тока) и выполняется посредством введения таких величин в цепь индикатора баланса.

При данном варианте измерения силы тока используют дополнительную нагрузку с известным значением сопротивления. При порождении тока через резистор на выходе измеряют падение напряжения на участке и сравнивают данные. В результате получаем уравнение, с помощью которого можно легко определить искомое значение.

Этот метод измерений положен в принцип действия потенциометров. Преимуществом измерения силы тока в данном варианте является высокая точность показателей при минимальной погрешности. Компенсационный метод измерения показал свое наибольшую эффективность при измерении минимальных значений силы тока в сотые и тысячные доли ампера.

Схема компенсатора эдс с нормальным элементом: Uвсп — источник вспомогательного напряжения; R — калиброванное сопротивление; rpeг — регулировочное сопротивление; EN — нормальный элемент; Ip — рабочий ток; Г — гальванометр; П — переключатель; Ux — измеряемое напряжение.

В заключение отметим что наиболее распространенным вариантом измерения силы тока можно назвать прямой метод. Он является самым простым для использования в бытовых целях. Для получения боле точных данных и снижения погрешности необходимо прибегнуть к косвенному или компенсационному способу.

Измерение тока и напряжения в цепях

Физика > Измерение тока и напряжения в цепях

 

Изучите измерение электрического тока и напряжения в цепях. Рассмотрите связь тока, напряжения и сопротивления, схема, величины и приборы измерения, формула.

Электрический ток расположен в прямой пропорциональности к оказанному напряжению и в обратной пропорциональности к сопротивлению цепи.

Задача обучения

  • Выявить взаимосвязь электрического тока, напряжения и сопротивления в цепи.

Основные пункты

  • Простая схема представлена источником напряжения и резистором.
  • Закон Ома открывает соотношение между током (I), напряжением (V) и сопротивлением (R): I = V/R.
  • Единица измерения скорости потока электрического заряда – Ампер.

Термины

  • Ампер – единица электрического тока (А).
  • Ом – производная единица электрического сопротивления (Ω).
  • Электрический ток – движение заряда сквозь цель.

Если хотите научиться измерять ток и напряжение в цепи, то нужно разобраться в том, как работает схема измерения тока и напряжения и каким образом связываются ее электрические измерения.

Электрическая схема – тип сети с замкнутым контуром, обеспечивающий обратный путь для тока. Простая схема представлена источником напряжения и резистором.

Простая электрическая цепь, в которую входит источник напряжения и резистор

Электрический ток выступает в прямой пропорциональности наложенному напряжению. На своем пути ток встречает сопротивление, препятствующее его движению. При столкновении перемещающихся зарядов с атомами и молекулами энергия передается к веществу и предельному току. Сопротивление выступает обратно пропорциональным току. В виде формулы:

I = V/R (I – ток через проводник в амперах, V – отличие потенциалов, измеренное через проводник в вольтах, а R – сопротивление проводника в омах). R в этом отношении постоянно и не зависит от тока. При помощи этого уравнения можно рассчитать ток, напряжение или сопротивление в данной схеме.

Допустим у нас есть батарея 1.5 В, подключенная в замкнутом контуре к лампочке с сопротивлением 5 Ом. Каким будет ток? Просто подставьте значения:

I = 1.5 В/5 Ом = 0.3 ампер.

Если у нас есть значения для тока и сопротивления, мы быстро найдем и напряжение:

V = IR.


Измерение тока и напряжения

· Измерение тока

Для измерениятока используетсяамперметр, включаемый в цепь последовательно с электроприемником (см. рис. 2.7.). Показания амперметра позволяют судить с определенной погрешностью (см. разд. 2.5) о токе IН, протекающем через данный электроприемник – нагрузку RН.

Рис. 2.7. Схема включения амперметра для измерения тока

При измерении переменного синусоидального тока приборы электромагнитной, электродинамической, выпрямительной и тепловой систем будут давать отклонения, пропорционально действующему значению тока и в этих значениях, как правило, градуируют шкалы этих приборов.

При измерении несинусоидального переменного тока появляется дополнительная погрешность, вызванная влиянием высших гармоник в кривой тока на вращающий момент подвижной части и отклонение стрелки и, следовательно, на показания прибора.

Сопротивление измерительной катушки амперметра очень малои его последовательное включение с нагрузкой практически не вызывает увеличение сопротивления цепи и потери мощности. Так, внутреннее сопротивление амперметров колеблется от RА=0,2 Ом (электромагнитные и электродинамические системы амперметров) до RА= 0,01 Ом (магнитоэлектрические приборы ).

Ошибочное включение амперметра не последовательно, а параллельно электроприемнику (нагрузке) приводит к его подключению на сравнительно высокое напряжение и практически к короткому замыканию цепи. В этом случае, протекающий через амперметр ток IКЗ станет намного больше номинального тока IН (IКЗ/IН = 10 ¸ 1000), и будет ограничен только малым собственным сопротивлением катушки прибора. Большой ток вызовет чрезмерно большое тепловыделение в проводе катушки (Р =(IКЗ)2RА), быстрый перегрев катушки и перегорание ее проводников, после чего амперметр выходит из строя.

Поэтому необходимо тщательно проверять правильность включения амперметра в измеряемой схеме до того, как к ней подано напряжение!

· Расширение пределов измерения амперметра

Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока.

Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) RШ сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Схема включения амперметра с шунтом для измерения больших токов

В том случае, когда сопротивление шунта RШ меньше сопротивления измерительной катушки амперметра RA, сравнительно большая часть измеряемого тока IН проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть IA, определяемая соотношением сопротивлений амперметра RA и шунта RШ:

. (2.10)

Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток IН, протекающий через нагрузку.

Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи.

· Измерение напряжения

Для измерения напряженияиспользуются вольтметры. Зажимы этих приборов включаются параллельно нагрузке, как показано на рисунке ниже.

Рис. 2.10. Схема включения вольтметра для измерения напряжения

Чтобы включение вольтметра не приводило к заметному изменению токов в цепи и режима работы нагрузки, его собственное сопротивление RBдолжно быть намного больше сопротивления нагрузки RH. Оно колеблется от 3–5 кОм (электромагнитные и электродинамические приборы) до 6–10 кОм (магнитоэлектрические приборы) и свыше 10 кОм (электронные приборы).

При таком включении вольтметра отклонение его стрелки будет пропорционально напряжению на том участке цепи, к которому он подключен.

Вольтметры переменного тока указывают действующее значение измеряемого напряжения.

При ошибочном включении вольтметра, то есть последовательно с электроприемником, напряжение которого должно быть измерено, прибор не будет поврежден, так как через него будет протекать ничтожно малый ток из-за очень большого внутреннего сопротивления вольтметра. В то же время, показания вольтметра при таком включении будут неверны, так как напряжение на нагрузке значительно уменьшится (в сотни и тысячи раз), а вольтметр будет показывать напряжение, близкое к напряжению источника питания.

· Расширение пределов измерения вольтметра

Для расширения пределов измерения вольтметра используют добавочное активное сопротивление RД, включаемое последовательно с измерительной катушкой вольтметра.

Рис. 2.11. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением
для расширения пределов измерения напряжения

Величина добавочного сопротивления RД рассчитывается, исходя из требуемой кратности расширения предела измерения nu

nu = UН/UB(2.12)

по формуле:

RД = RB (n-1), (2.13)

где UН – измеряемое напряжение на нагрузке, UB – напряжение на вольтметре,
RB – активное сопротивление измерительной катушки вольтметра.

 


Лекция 02 Тема: Измерение тока и напряжения. План. 1. Общие сведения об измерении тока. 2. Методы измерения тока.

1 Лекция 02 Тема: Измерение тока и напряжения План 1. Общие сведения об измерении тока. 2. Методы измерения тока. 3.Электромеханические амперметры. 4. Общие сведения об измерении напряжения. 5.Методы измерения напряжения 6.Электромеханические вольтметры. 7. Термоэлектрические и выпрямительные приборы. 8. Электронные вольтметры. 9. Цифровые электронные вольтметры. 1. Измерение силы тока протекающего по электрической цепи осуществляется с помощью амперметра. Перед измерением тока необходимо иметь представление о его частоте, форме, ожидаемом значении, требуемой точности значения и о сопротивлении цепи, в которой производится измерение. 2. Для измерения тока применяют метод непосредственной оценки и метод сравнения. Метод непосредственной оценки осуществляется с помощью прямопоказывающих приборов амперметров. Амперметр включают последовательно нагрузке в разрыв цепи, чтобы прибор не оказывал влияние на режим работы цепи, необходимо чтобы его внутреннее сопротивление было маленьким. R Рисунок 1 Схема включения амперметра Метод сравнения обеспечивает более высокую точность.

2 3. Электромеханические амперметры выполняют на основе магнитоэлектрических, ферродинамических, электродинамических, электромагнитных механизмов. В магнитоэлектрических амперметрах обмотка подводимой катушки выполняется из тонкого провода, поэтому магнитоэлектрические амперметры могут непосредственно измерять только микро- или мили — амперы. Для измерения больших постоянных токов параллельно зажимам подключается электрический шунт, представляющий собой прямоугольную манганиновую пластину. Для измерения токов свыше 50А применяются наружные шунты. Шунты изготавливают однопредельными или многопредельными. Шунтированный амперметр, в следствие неточности изготовления шунтов имеет более высокую погрешность В электродинамических и ферродинамичсеких амперметрах обе катушки соединяют параллельно или последовательно. I I I I Рисунок. 2 Соединение катушек ЭДМ для измерения тока. Переносные амперметры имеют шкалы от 5мА до 10А. Щитовые амперметры непосредственного включения выпускают с пределами измерения от 1 до 200А. Расширение пределов до 6кА осуществляют при помощи измерительных трансформаторов тока. В электромагнитных амперметрах катушку изготавливают из медного провода, расчитанного на номинальное значение тока 5А. Число витков определяют из условия полного отклонения указателя амперметра при номинальном токе. Щитовые амперметры изготавливают со шкалами от 100мА до 500А. Для расширения пределов измерения переменного тока применяют измерительные трансформаторы.

3 Электростатические механизмы для построения амперметров не используют. 4. Измерение напряжения, действующего на каком либо участке электрической цепи или подводимого к потребителю электрической энергии, производится с помощью вольтметра. Перед измерения напряжения нужно иметь представление о его частоте, форме, ожидаемом значении, требуемой точности измерения и о сопротивлении цепи, в которой производится измерения 5. Для измерения напряжения применяют метод непосредственной оценки и метод сравнения. Метод непосредственной оценки осуществляют с помощью прямопоказывающих приборов-вольтметров со шкалами градурироваными в единицах измеряемой величины (вольтах) Вольтметр присоединяют параллельно участку цепи, падение напряжение на котором нужно измерить. Что бы прибор не оказывал влияние на режим работы цепи, необходимо чтобы внутренние сопротивление вольтметра было во много раз больше сопротивления нагрузки R H (R V R H ) Не выполнение этого условия приведет к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадет со значением отношений R H / R V Рис 1. Измерение напряжений вольтметрами.

4 На практике, при помере повреждений в электрических цепях величины напряжений на различных участках цепи измеряют одни вольтметром, присоединяя его к различным точкам цепи. Рис 2. Измерение напряжения на различных участках одним вольтметром. Условие R V R H особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках (нагрузках) с большим сопротивление в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры. Такие вольтметры работают на методе сравнения. Метод сравнения обеспечивает более высокую точность. Приборы, работающие на этом методе имеют большое входное сопротивление. 6.Электромеханические вольтметры выполняют на основе магнитоэлектрических, электродинамических, ферродинамических, электромагнитных,электростатических измерительных механизмов. В магнитоэлектрических вольтметрах магнитоэлектрический механизм включают параллельно участку электрической цепи. Сопротивление обмотки подвижной катушки мало, поэтому при измерении больших напряжений последовательно измерительному механизму включают добавочные сопротивления. Вольтметры МЭС измеряют только постоянное напряжение.

5 Рис. 3 Схема расширения пределов вольтметра В электромагнитных вольтметрах катушку изготовляют из большого числа витков тонкого медного провода, достаточного для постоянного отклонения указателя при данном значения тока. Ворльтметры электромагнитной системы измеряют постоянное и переменное напряжения. Щитовые вольтметры непосредственного включения выпускают со шкалами от 7,5 до 250 В и добавочными сопротивлениями на 450, 600, 750 В: класс точности 1,5 Для измерения более высоких напряжений до 15 кв на рабочей частоте 50 Гц применяют измерительные трансформаторы напряжения. Электродинамические вольтметры непосредственного включения выпускаются со шкалами до 450 В, переносимые от 7,5 до 600 В. Измеряют постоянное и переменное напряжения. Для расширения пределов измерения до 30 кв применяют измерительные трансформаторы напряжения. В Ферродинамических вольтметрах неподвижные катушки заключены в сердечник из ферромагнитного материала, что обеспечивает значительное увеличение вращающего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей, по наличие сердечника приводит к увеличению погрешности прибора.

6 При использовании электродинамической и ферродинамической системы в качестве вольтметра катушки соединяют так, как указано на рисунке 4. U U Rд Рис 4. Соединение катушка ЭДС для работы ее в качестве вольтметра. Электростатические вольтметр выполняют щитовых и переносных вольтметров и киловольтметров для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока с частотой от 20 Гц до 30 МГц. 7.Выпрямительные и термоэлектрические приборы Переменные напряжения и токи широко используются во всех областях экономики. Наиболее полной информационной характеристикой переменного тока есть кривая тока или напряжения в течение периода. На практике чаще всего достаточно знать основные параметры переменных токов и напряжений: среднеквадратическое (действующие) значение, средневыпрямленное, амплитудное (пиковое), среднее. Пиковое значение Um. это наибольшее мгновенное значение напряжения за период. Среднее значение Uср. за период (постоянная составляющая напряжения) это среднее арифметическое мгновенных значений за период. Средневыпрямленное значение Uсв. (рассматривается двухполупериодное выпрямление напряжения) среднее арифметическое из абсолютных мгновенных значений. Среднеквадратическое значение U за период определяется как корень квадратный из среднего значения квадрата напряжения.

7 Связь между пиковым (амплитудным), среднеквадратическим и средневыпрямленным значениями напряжения данной конкретной формы устанавливают через коэффициенты амплитуды Ка = Um/U и коэффициента формы кривой Кф = U/Ucв Для синусоидальной формы напряжения. Ка = 1.41 Кф = 1.11 Значение Ка и Кф для других форм напряжения смотреть Таблица 61 стр. 99 в учебном пособии «Практикум по электрорадиоизмерениям» Ц.Ю.Зайчик, Б.И.Зайчик. Выпрямительные преобразователи являются преобразователями средних значений переменных токов и напряжений. Различают однополупериодные и двухполупериодные схемы выпрямления. Наиболее широкое распространение получили мостовые схемы выпрямления. Рис.5 Схема выпрямительного преобразователя.

8 Рис.6 Осциллограммы кривых до преобразования и после. Переменное входное напряжение подается на одну диагональ моста, а выходное пульсирующее напряжение снимается с другой диагонали. В течение положительного полупериода входного напряжения диоды Vд 1 и Vд 4 открыты, а диоды Vд 2 и Vд 3 заперты. В течение отрицательного полупериода Vд 1 и Vд 4 закрыты, а Vд 2 и Vд 3 открыты. Через нагрузку в оба полупериода проходит ток, если в качестве нагрузки включить магнитоэлектрический измерительный механизм, то можно получить выпрямительный измерительный прибор, способный измерять переменный ток и напряжение. Шкалы приборов градуируют в действующих значениях при синусоидальном токе. При отклонении формы кривой измеряемого тока (напряжения) от синусоидальной в показаниях приборов возникает погрешность. Для расширения пределов измерения приборов по току и напряжению применяют шунты и добавочные сопротивления. Для уменьшения температурной погрешности применяют различные схемы температурной компенсации. Для компенсации частотной погрешности параллельно добавочным сопротивлениям включают емкости. Промышленностью выпускаются многопредельные выпрямительные ампервольтметры показывающие и самопишущие. Достоинства выпрямительных вольтметров высокая чувствительность; малое собственное потребление мощности; узкий частотный диапазон (до 200 кгц).

9 Недостатки невысокая точность и зависимость показаний от формы кривой. В настоящее время для уменьшения погрешностей выпрямительных приборов, применяют активные выпрямители на основе операционных усилителей. Термоэлектрические преобразователи являются преобразователями среднеквадратических значений переменных токов и напряжений. Термоэлектрический преобразователь состоит из термопары и нагревателя. В качестве нагревателя используется тонкая проволока (нихром, константан). Термопары хромель копель или золото палладий, платина платинородий. Различают контактные и бесконтактные термопреобразователи. При прохождении измеряемого тока по нагревателю, на термопаре возникает ТермоЭДС, пропорциональная количеству теплоты, выделенной измеряемым током в месте присоединения спая. Количество теплоты пропорционально квадрату измеряемого тока. Ток в цепи измерительного механизма I 1 = E/R, где Е термо-эдс; R полное сопротивление цепи прибора. Сочетание термоэлектрического преобразователя с магнитоэлектрическим прибором термоэлектрический прибор. Для расширения пределов измерения термоэлектрических амперметров используют специальные ВЧ экранированные трансформаторы тока.

10 В термоэлектрических вольтметрах включают добавочные сопротивления. Достоинства: высокая точность измерения в широком диапазоне частот; независимость показаний от формы кривой тока и напряжений. Недостатки малая перегрузочная способность; большое собственное потребление мощности; неравномерная шкала. Электронные вольтметры —распространенные электрорадиоизмерительные приборы.которые предназначены для измерения постоянных и переменных напряжений. Они имеют высокую чувствительность, большое входное сопротивление, малую входную емкость и работают в широком диапазоне частот. Электронным вольтметром называется измерительный прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, то есть энергией источника питания вольтметра. Электронные вольтметры подразделяют на: Вольтметры для поверки (В1) Вольтметры постоянного тока (В2) Вольтметры переменного тока (В3) Вольтметры импульсные (В4) Вольтметры селективные (В6) Вольтметры универсальные (В7) Вольтметры электронные аналоговые переменного тока делят: 2.1.по характеру измеряемого напряжения: а) вольтметры, которые измеряют среднеквадратическое (действующее) значение;u б) вольтметры, которые измеряют средневыпрямленное значение;ucр в) вольтметры, которые измеряют амплитудное значение.um

11 2.2. По частотному диапазону вольтметры разделяют: на низкочастотные, высокочастотные и СВЧ По схеме входа: с открытым и закрытым входом 2.4. По отображению информации электронные вольтметры разделяют на: аналоговые (стрелочные) и цифровые По точности электронные вольтметры имеют классы точности 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Аналоговые электронные вольтметры переменного тока выполняют в основном по двум структурным схемам: детектор-усилитель и усилительдетектор. ВхУ Детектор Упост.Т МЭС 1.1 ВхУ Упер.Т Детектор МЭС 1.2 Рис 7. Структурные схемы электронных аналоговых вольтметров Вольтметры среднеквадратических значений обеспечивают высокую точность измерения напряжений, которые имеют большое количество гармонических составляющих. Такие вольтметры строятся по структурной схеме 1.2 (рис.1),в качестве преобразователей используют преобразователи действующих значений (ПДЗ). ПДЗ используемые в электронных вольтметрах содержат в себе компараторную схему с термоэлектрическими преобразователями. По этой же схеме строятся вольтметры средневыпрямленных значений, они обеспечивают высокую точность при измерении напряжений с малым уровнем высших гармонических составляющих. Преобразователи средневыпрямленных значений (ПСЗ) строятся на основе усилителей переменного тока, охваченных ООС по току, в качестве нагрузки используется двухполупериодная выпрямительная цепь с магнитоэлектрическим механизмом. Входное устройство представляет собой катодный повторитель, который выполняется в виде выносного пробника, связанного с другой частью усилителя кабелем. Выбор границы измерения осуществляется делителем напряжения, включенным между двумя усилителями переменного напряжения..

12 Вольтметры, построенные по структурной схеме второй 1.2(рис.1), характеризуются высокой чувствительностью, частотный диапазон лежит в пределах 10 Гц-50Мгц. Вольтметры амплитудных значений отличаются самым большим диапазоном частот 10Гц-1000МГЦ, широким диапазоном измеренных напряжений от частиц милливольт до 1000В. Строятся по структурной схеме 1.2 (рис.1).в качестве преобразователя используется амплитудный преобразователь с открытым или закрытым входом. а. б. Рис8. а — ПАЗ с открытым входом; б — ПАЗ с закрытым входом. Преобразователь амплитудных значений выполнен в виде выносного пробника, который дает возможность делать измерения непосредственно у источника сигнала. Усилители, применяемые в электронных вольтметрах влияют на метрологические характеристики (чувствительность, диапазон частот измеренных напряжений, в значительной мере на погрешность прибора). Основным узлом вольтметра переменного тока есть преобразователь переменного тока в постоянный, исходное напряжение которого пропорционально одному из значений переменного напряжения: амплитудному, средневыпрямленному и среднеквадратическому. Тип преобразователя также влияет на метрологические характеристики (чувствительность, характер шкалы, входное сопротивление, схему входа). Импульсные вольтметры используются для измерения амплитуды периодической последовательности импульсов. Строятся такие вольтметры по схемам вольтметров амплитудных значений. С помощью таких вольтметров можно измерять амплитуду импульсов, которые имеют скважность Q от при продолжительности импульсов 0,1 Мкс и выше. Селективные вольтметры предназначены для измерения напряжения отдельных составляющих спектра сложного сигнала, значения сигнала в присутствии помех, наводки в электрических цепях, для определения

13 ослабления электромагнитных полей соответствующими экранами, для исследованияспертральной плотности шумовых сигналов. В селективных цепях используются встроенные узкополосные фильтры. Селективные вольтметры бывают: НЧ селективный мікровольтметр; ВЧ селективный микровольтметр. Цифровые вольтметры — приборы с цифровым ОУ. Они предназначены для измерения напряжения постоянной или медленно изменяющейся за такт измерения величины. При измерении переменного напряжения, оно предварительно преобразуется в постоянное. Промышленностью выпускаются ЦВ постоянного тока, универсальные (для переменного и постоянного напряжения) и импульсные. По сравнению с аналоговыми, цифровые вольтметры имеют ряд преимуществ: 1. высокую точность измерений, т.к. принцип действия большинства приборов основан на методе сравнения и цифровой отсчёт исключает погрешность считывания. 2. широкий диапазон измеряемых напряжений (от 1 мв до 1000 В). 3. индикация результатов в цифровой индикации. 4. автоматизированный процесс измерения: т.к. ЦВ обычно имеют: автоматическое управление родом работ, режимов, временем или циклом измерения, выбором пределов. 5. быстродействие (от нескольких тысяч в секунду). 6. возможность подключения цифропечатающего устройства, 7. возможность ввода информации об измеримых величинах в ЭВМ. Использование современной элементной базы позволяет значительно уменьшить габариты, стоимость, повысить надёжность. Принцип работы цифрового прибора основан на преобразовании непрерывных, аналоговых величин в числовой эквивалент (цифру). Обобщённая схема(рис.1) имеет вид:

14 Рис. 9 Аналого-цифровые преобразования в ЦВ осуществляются при сравнении измеряемого напряжения с образцовым. В зависимости от типа элементов преобразователей ЦВ бывают: 1. Электромеханические (контактные), в которых применяются различные электромеханические элементы и устройства (реле, шаговые искатели). 2. Электронные, в схемах которых применяются только бесконтактные электронные устройства. По методу аналого-цифрового преобразователя различают следующие виды ЦВ: 1. ЦВ с время-импульсным преобразованием. 2. ЦВ с частотным преобразованием. 3. ЦВ с двойным интегрированием. 4. ЦВ с позарядным уравновешиванием. Упрощённая структурная схема ЦВ с время-импульсным преобразованием(рис.9) Рис. 10 Структурная схема ЦВ с время-импульсным преобразованием.

15 Принцип работы заключается в преобразовании измеряемого напряжения Ux в пропорциональный интервал времени Т, измеряемый числом N заполняющих его импульсов со стабильной частотой следования. Вольтметр работает циклами, длительность которых Т устанавливаются с помощью управляющего устройства УУ и обычно равна или кратна периоду питающей сети. Для единичного измерения Ux предусмотрен ручной запуск. В начале цикла импульс управляющего устройства запускает генератор линейно-подающего образцового напряжения ГЛН и сбрасывает показания предыдущего цикла, заполнявшие электронный счётчик ЭСи. Входное напряжение Ux и образцовое напряжение Uo6p поступают на входы сравнивающего устройства СУ1, и в момент их равенства t1 на входе последнего возникает импульс, открывающий временный селектор ВС; через него на электронный счётчик начинают проходить импульсы от генератора счётных импульсов ГсчИ, с частотой fcr или периода Тсч. В момент времени t2, когда образцовое напряжение достигает нуля, второе сравнивающее устройство СУ2 вырабатывает импульс, закрывающий временной селектор; прохождение счётных импульсов прекращается, и на табло цифрового индикатора ЦИ появляются показания, пропорциональные числу счётных импульсов, прошедших через ВС за интервал времени T=t2- t1. Из диаграммы напряжений следует, что Ux= T tgb, T=NTсч=N/fсч. Множитель tgb численно равен скорости V изменения образцового напряжения в/с. Подставляя Т и V получаем Ux=VN/fcч=RN, где R=V/fcч=const. Коэффициент k устанавливается равным 10 -m, где m=0, 1, 2,… Показатель степени m изменяется при переключении пределов измерения, что отражается в положении замкнутой в цифровом отсчёте. Погрешность измерения возникает вследствие нелинейности измерения линейнопадающего напряжения, нестабильности порога срабатывания сравнивающих устройств и возможности потери счётного импульса, т.е. погрешности дискретности. Основная погрешность составляет обычно 0,1%. Помехоустойчивость вольтметров с время-импульсным преобразованием низкая, так как любая помеха вызывает изменения момента срабатывания сравнивающего устройства. Главным достоинством этих вольтметров является их сравнительная простота.

16 Рис. 11Осциллограмы, поясняющие принцип работы ЦВ. Временные диаграммы, поясняющие работу ЦВ с время-импульсным преобразователем. Литература : Н.В. Кушнир Электрорадиоизмерения стр , Б.П.Хромой, Ю.Г.Моисеев «Электрорадиоизмерения» стр Р.М.Демидова-Панферова, В.Н.Малиновский «Электрические измерения» 1982г. Стр Контрольные вопросы. 1.Как включают амперметр в схеме относительно нагрузки? 2.Каким должно быть внутреннее сопротивление амперметра? 3.Устройство магнитоэлектрической системы. 4. Принцип работы электродинамической системы. 5.Достоинства и недостатки магнитоэлектрической системы.

17 6.Почему магнитоэлектрическая система применяется только в цепях постоянного тока? 7.С какой целью применяют шунты МЭ амперметрах? 8. Условные графические обозначения, наносимые на шкалу прибора. 9. Устройство электромагнитной системы 10.Какая электромеханическая система применяется в качестве индикатора в выпрямительных и термоэлектрических приборах? 11.Назовите недостатки выпрямительных приборов. 12.Составьте схему структурную термоэлектрического прибора. 13.Достоинства термоэлектрических приборов. 14.Как Вы понимаете, что такое импульсное значение напряжения? 15.Чем отличается импульсное значение напряжения от действующего? 16. Назначение импульсных вольтметров. 17. Назначение селективных вольтметров. 18. Как подразделяются селективные вольтметры по частотному диапазону? 19. Какой тип преобразователя используется в импульсных вольтметрах? 20. Назначение селективных вольтметров. 2 1.Принцип работы цифровых вольтметров. 2 2.Разновидности аналоговых электронных вольтметров. 2 3.Назначение сравнивающего устройства в цифровом вольтметре с времяимпульсным преобразованием. 2 4.Форма сигнала, которую выдает генератор счетных импуьсов. 2 5.В какой момент срабатывает СУ 2.

Измерение тока и напряжения — HomoFaciens



Новости Проэкт Технология РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Скачать Ответы Игры Советы по покупкам Контакт


<<< Температура         Осциллограф >>>

Видео о цифровых мультиметрах


Функции

Цифровые мультиметры сочетают в себе несколько измерительных функций в одном устройстве; обычно эти приборы предназначены для измерения сопротивления, тока и напряжения.

Измерение сопротивления

Рисунок 1:
Цифровой мультиметр измеряет сопротивление, пропуская постоянный ток через тестируемое устройство и масштабируя отображаемое падение напряжения до соответствующего значения сопротивления. Величина тока зависит от набранного диапазона измерения. Чем выше диапазон, тем меньший ток проходит через тестируемое устройство, потому что в противном случае потребовалось бы высокое напряжение для генерации большого тока через устройство с высоким сопротивлением.Для измерения сопротивления необходима электрическая энергия, которая подается от внутренней батареи мультиметра.
Какой кабель подключен к положительной или отрицательной клемме внутренней батареи, зависит от используемого мультиметра. Сопротивление таких устройств, как диоды, зависит от полярности приложенного напряжения и, следовательно, от расположения измерительных проводов, в то время как при проверке омических резисторов это не имеет значения.
Если установлено измерение сопротивления 2 кОм, мультиметр, использованный в видео, может показывать падение напряжения на диоде со смещением в прямом направлении.Черный щуп должен быть подключен к катоду тестируемого диода, а красный щуп – к аноду. Если подключение обратное, отображается одна 1.
Особым видом измерения сопротивления является проверка непрерывности. Если выбрана эта функция, встроенный зуммер звучит всякий раз, когда сопротивление меньше 1,5 кОм, поэтому измерение можно выполнять, не глядя на дисплей. Эта функция полезна при проверке трансформаторов или обмоток электродвигателя.
Никогда не выполняйте измерения сопротивления в цепях под напряжением! Во-первых, обнаруженное значение будет искажено из-за напряжения, подаваемого на мультиметр, а во-вторых, могут быть повреждены устройства схемы или мультиметр. Неправильная полярность может привести к повреждению интегральных схем (например, операционных усилителей, микроконтроллеров)!
Если настроено измерение сопротивления, мультиметр также называется омметр .

Измерение напряжения

Рисунок 2:
При использовании мультиметра с поворотным переключателем, установленным на измерение напряжения, устройство также называется вольтметром .Напряжение всегда измеряется между двумя точками в системе. Обычно в качестве одной из точек используется общий опорный потенциал, такой как заземление системы, и черный щуп подключается к этой точке. Мультиметр показывает разность потенциалов между контрольной точкой и потенциалом на конце красного щупа. При измерении напряжения вы должны знать, является ли оно напряжением постоянного или переменного тока. Расположение измерительных проводов имеет значение при регистрации напряжения постоянного тока. Отображаемое значение мультиметра является отрицательным всякий раз, когда красный щуп подключен к более низкому потенциалу (отрицательная клемма).Обычно черный щуп подключается к отрицательной клемме, а красный щуп используется для индикации разности потенциалов в нескольких точках на плате или в электрической цепи. Разность потенциалов можно обнаружить не только на источнике напряжения, но и на устройстве в электрической цепи. Для этого мультиметр должен быть подключен параллельно тестируемому устройству.

Измерение тока

Рисунок 3:
При использовании мультиметра с поворотным переключателем, установленным на измерение тока, устройство также называется Амперметр .В принципе измерение тока является измерением напряжения. Ток проходит через резистор точно известного сопротивления, и обнаруженное падение напряжения на устройстве масштабируется до соответствующего значения тока. Чем выше ток, тем ниже должно стать сопротивление считывания, так как сопротивление, в свою очередь, влияет на измерение, как мы увидим позже. Для измерений выше 200 мА между средним и левым разъемом мультиметра помещается проволочная перемычка. Этот специальный путь с низким сопротивлением называется шунтирующим резистором .Конструкция позволяет току обходить крошечные контакты поворотного переключателя. Эти тонкие ленточные проводники не выдержат токов свыше одного ампера.

Рисунок 4:
Чтобы иметь возможность измерять токи, мультиметр должен быть включен последовательно с устройством или цепью, которые необходимо обнаружить. Цепь должна быть разомкнута, чтобы вставить мультиметр. Как и при измерении сопротивления и напряжения, определение тока должно начинаться с максимально возможного диапазона.Таким образом, поворотный переключатель должен быть установлен на диапазон 10 А, а красный измерительный провод должен быть подключен к левому разъему, чтобы включить сильноточный шунт. Если обнаруженный ток ниже 200 мА, вы можете перейти к более низкому диапазону. Чтобы включить нижний диапазон, тестируемая цепь должна быть отключена от источника напряжения, красный измерительный провод должен быть снова вставлен в правый разъем, а поворотный переключатель должен быть установлен на диапазон 200 мА. При измерении тока перед поворотом поворотного переключателя следует отключить проверяемую цепь от источника питания.Во время процедуры переключения ток, протекающий через поворотный переключатель мультиметра, прерывается на короткий промежуток времени, что может вызвать пики высокого напряжения на переключающих контактах, если в тестируемой цепи установлены катушки индуктивности.

Внимание!

Что может пойти не так, то пойдет не так! Некоторые вещи, которые следует учитывать при работе с цифровым мультиметром:

Рисунок 5:
1.) Напряжения выше 50 В обычно могут вызывать опасное количество тока, протекающего через человека, касающегося неизолированных кабелей цепи! Умножители напряжения или индуктивные устройства (электродвигатели, катушки индуктивности) могут создавать опасные напряжения, даже если цепь подключена к источнику питания с напряжением менее 50 В!

Рисунок 6:
2.) Переключите селектор диапазона на соответствующую функцию (напряжение, ток или сопротивление) ПЕРЕД подключением мультиметра к тестируемой цепи. Устройства тестовой схемы или мультиметр могут быть повреждены при изменении функции с подключенным мультиметром. При переключении на измерение сопротивления мультиметр подключает измерительные провода к внутреннему источнику напряжения. Подробности смотрите в описании выше.

Рисунок 7:
3.) При переключении на измерение тока внутреннее сопротивление мультиметра очень низкое, поэтому существует опасность короткого замыкания тестируемой цепи! Всякий раз, когда включен сильноточный шунт (красный щуп подключен к разъему 10А), мультиметр не защищен от больших токов!
4.) Если измеряемое значение заранее неизвестно, установите переключатель диапазонов в самое верхнее положение диапазона и уменьшайте его до тех пор, пока не будет получено наилучшее разрешение.

Внутреннее сопротивление

Чтобы обеспечить определение напряжения, аналого-цифровой преобразователь цифрового мультиметра должен быть подключен параллельно к тестируемой цепи или устройству в зависимости от тока, протекающего через этот измерительный прибор. Величина тока зависит от падения напряжения на мультиметре и внутреннего сопротивления аналого-цифрового преобразователя.Чем ниже внутреннее сопротивление мультиметра, тем выше (нежелательный) ток, протекающий через прибор, поэтому внутреннее сопротивление мультиметра должно быть высоким, если он настроен на работу с вольтметром.
При измерении тока мультиметр подключается последовательно к тестируемой цепи или устройству. Ток проходит через резистор точно известного сопротивления, и обнаруженное падение напряжения на устройстве масштабируется до соответствующего значения тока. Внутреннее сопротивление должно быть низким при работе амперметра.
При переключении одного мультиметра на измерение сопротивления, а второго, который является тестируемым мультиметром, на измерение напряжения соответственно тока, мы можем напрямую определить внутреннее сопротивление второго мультиметра. В видео были записаны следующие значения:
Функция/диапазон Сопротивление Примечание
Напряжение постоянного тока 600В 1002 кОм *(1±12)
Напряжение постоянного тока 200 В 1009 кОм *(1±12)
Напряжение постоянного тока 20 В 1002 кОм *(1±12)
Напряжение постоянного тока 2 В 1005 кОм *(1±12)
Напряжение постоянного тока 200 мВ 1004 кОм *(1±12) Значительное отклонение от значения, обнаруженного косвенно (см. ниже).
Постоянный ток 200 мА 1,5 Ом *(1±0,3)
Постоянный ток 20 мА 10,6 Ом *(1±0,4)
Постоянный ток 2 мА 100.6 Ом * (1 ± 0,8)

Рисунок 8:
Используя три мультиметра, можно определить внутреннее сопротивление тестируемого мультиметра путем измерения падения напряжения и тока, протекающего через устройство. Результаты серии испытаний, записанные на видео, приведены в таблице ниже:

Диапазон / функция Напряжение Текущий Сопротивление
(рассчитано)
Примечание
Напряжение постоянного тока 600В 11.50В * (1±0,08) 0,012 мА * (1 ± 0,002) 958 кОм
Напряжение постоянного тока 200 В 11,50 В * (1 ± 0,08) 0,011 мА * (1 ± 0,002) 1045 кОм
Напряжение постоянного тока 20 В 11.50В * (1±0,08) 0,011 мА * (1 ± 0,002) 1045 кОм
Напряжение постоянного тока 2 В 11,50 В * (1 ± 0,08) 0,012 мА * (1 ± 0,002) 958 кОм
Напряжение постоянного тока 200 мВ 11.50В * (1±0,08) 0,019 мА * (1 ± 0,002) 605 кОм Значительное отклонение от непосредственно обнаруженного значения (см. выше).
Постоянный ток 200 мА 0,017 В * (1 ± 0,002) 13.68 мА * (1 ± 0,09) 1,2 Ом Используйте диапазон 200 мВ, чтобы получить более высокую точность.
Постоянный ток 20 мА 0,141 мВ * (1 ± 0,003) 13,68 мА * (1 ± 0,09) 10,3 Ом Используйте диапазон 200 мВ, чтобы получить более высокую точность.
Постоянный ток 2 мА 1,376 В * (1 ± 0,009) 13,68 мА * (1 ± 0,09) 100,6 Ом

Внутреннее сопротивление в режиме постоянного напряжения составляет около 1 МОм, следовательно, ток равен 0.001 мА на вольт проходит через измерительный прибор. При определении падения напряжения на высокоомных устройствах с помощью мультиметра на проверяемую цепь всегда влияет ток, протекающий через прибор:
Рисунок 9:
Нарисованная здесь схема состоит из делителя напряжения и батареи:
. U Летучая мышь = 12 В
R 1 = 1 МОм
R 2 = 220Kω

Для падения напряжения на двух резисторах есть:

и

и

для U 2 Мы получаем уравнение (1):

с напряжением батареи 12 В получаем 2.16 В на R 2 и 9,84 В на R 1 . Чтобы можно было определить падение напряжения на R 1 , мультиметр должен быть включен параллельно этому устройству. Тип мультиметра, использованного в видео, имеет внутреннее сопротивление 1 МОм при настройке на измерение напряжения, по чему мы получаем эквивалентную схему:

Рисунок 10:
Суммарное сопротивление R 1 и R В рассчитывается с помощью [3.12]:

Получаем 500 кОм для R X и подставляя это значение в уравнение (1), получаем падение напряжения 3 .67 В на R 2 и всего 8,33 В на R X . При включении мультиметра параллельно верхнему резистору общее сопротивление R 2 (220кОм) и мультиметра (1МОм) составляет 180кОм. Обнаруженное падение напряжения на R 2 составляет всего 1,83 В. Согласно измерениям, общее напряжение U 1 + U 2 составляет всего 10,16 В, что на 1,84 В ниже выходного напряжения батареи. Измерение явно манипулирует тестируемой цепью!

Аналогичная проблема возникает при измерении тока:

Рисунок 11:
Напряжение питания: 3.3В
R1 = 180 Ом
R2 = 100 Ом
R3 = 2 кОм

Ток, протекающий через R 1 , тем больше, чем меньше сопротивление R 1 по отношению к сопротивлению R 2 :

Суммарное сопротивление R 1 90 и R 2 составляет 64 Ом, из чего мы получаем падение напряжения 0,10 В на резисторах R1 и R2, используя уравнение (1). Для тока через R 1 получаем I 1 = 0,10 В / 180 Ом = 0,556 мА, а для тока через R 2 I 2 = 1 мА.Если амперметр подключить последовательно к R 1 , что позволяет измерять ток, общее сопротивление этой ветви цепи увеличивается. Суммарное сопротивление амперметра (100 Ом) и R 1 (180 Ом) равно 280 Ом. Падение напряжения на R 1 и амперметре (что идентично падению напряжения на R 2 ) увеличивается до 0,12 В, но ток, протекающий через R 1 и, следовательно, через амперметр, уменьшается до I 1 = 0.12 В / (180 Ом + 100 Ом) = 0,42 мА. Измерение тока также влияет на тестируемую цепь!

Точность

Как объяснялось в главе об ошибках наблюдений, всегда следует учитывать пределы погрешности измерительных приборов. Для используемых в видео мультиметров получаем:

Рисунок 12:

Напряжение постоянного тока
Диапазон разрешение Точность
200 мВ 0.1 мВ ±0,5% ±2 цифры
0,001 В ±0,5% ±2 цифры
20В 0,01 В ±0.5% ±2 цифры
200В 0,1 В ±0,5% ±2 цифры
600В ±0,8% ±2 цифры
постоянный ток
Диапазон разрешение Точность
2 мА 0.001 мА ±1% ±2 цифры
20 мА 0,01 мА ±1% ±2 цифры
200 мА 0,1 мА ±1.5% ±2 цифры
10А 0,01 А ±3% ±2 цифры
Напряжение переменного тока
Диапазон разрешение Точность
200В 0.1В ±1,2% ±10 цифр
600В ±1,2% ±10 цифр
Сопротивление
Диапазон разрешение Точность
200 Ом 0.1 Ом ±0,8% ±3 цифры
2 кОм 0,001 кОм ±0,8% ±2 цифры
20 кОм 0,01 кОм ±0.8% ±2 цифры
200 кОм 0,01 кОм ±0,8% ±2 цифры
2 МОм 0,001 МОм ±1,0% ±2 цифры
Температура
Диапазон разрешение Точность
-20°С — 0°С 1°С ±10% ±2 цифры
0°С — 400°С 1°С ±1% ±3 цифры
400°С — 1000°С 1°С ±2%

Приведенная точность следующая:
Сначала необходимо рассчитать относительное отклонение отображаемого значения.Если выбран диапазон измерения постоянного напряжения 20 В и может быть считано напряжение 10,00 В, относительная погрешность составит 10,00 В * 0,005 = 0,05 В. К процентной ошибке необходимо добавить две цифры. Цифра , строго говоря, наименее значащая цифра является наименьшим десятичным разрядом показания. В диапазоне 20 В одна цифра соответствует 0,01 В, следовательно, две цифры соответствуют 0,02 В, таким образом, общее отклонение составляет ± 0,07 В, а истинное значение находится где-то между 9,93 В и 10,07 В.
Если при использовании диапазона 600 В отображаются 10 В, младший десятичный разряд соответствует 1 В.Одна цифра равна 1В, поэтому мы должны учитывать отклонение до 2В. Суммарное отклонение составляет 10В * 0,008 + 2В = 2,08В. Истинное значение теперь между 8В и 12В. Оттуда всегда разумно переключить мультиметр на самый низкий возможный диапазон.

Измерение температуры

Рисунок 13:
Как объяснялось в предыдущей главе, для измерения температуры используется термопара. Еще раз обнаруживается напряжение и масштабируется в соответствии с температурным значением.Вода со льдом имеет температуру 0°C, а температура кипящей воды 100°C, однако это значение зависит от атмосферного давления. Вы можете использовать эти две точки для калибровки датчика температуры. Согласно инструкции по эксплуатации, мультиметр, использованный в видеоролике, способен измерять температуру в диапазоне от -20 до +1000°C.

Рекомендации по покупке

Рисунок 14:
Если вы собираетесь купить цифровой мультиметр, обратите внимание на приборы с хорошим качеством сборки.Цель видеороликов состояла в том, чтобы проанализировать электрические свойства малобюджетных устройств. Хотя точность приемлемая, я заметил очень плохое механическое качество инструментов:
Чтобы заменить батарею, необходимо ослабить два винта с пластиковой резьбой и снять всю заднюю крышку. После нескольких замен резьба портится и крышка не закрывается должным образом. Кроме того, изоляция разъемов потрескалась во время использования. Оба дефекта касаются изоляции мультиметра и опасны для жизни при измерении высоких напряжений!
Кабели очень хрупкие, поэтому один из них треснул внутри щупа, что привело к нечетным показаниям мультиметра.Это может стать очень опасным, если вы полагаетесь на показания вашего мультиметра, предполагая, что неизвестная цепь не подключена к источнику напряжения, но вы просто не смогли ее обнаружить.
Поворотный переключатель одного устройства не всегда правильно защелкивается, что приводит к неправильным показаниям.
Так что это очень хорошая идея потратить немного больше денег и купить инструмент хорошего качества сборки. Вы всегда получаете то, за что платите.
Для любителей точность даже малобюджетных мультиметров достаточна, так что это незначительная проблема, которую следует учитывать.Какие функции должен обеспечивать ваш мультиметр, кроме измерения сопротивления, напряжения и силы тока, решать вам.

<<< Температура         Осциллограф >>>


Новости Проэкт Технология РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Архивы Скачать Ответы Игры Ссылки Советы по покупкам Контакт Выходные данные



Измерение тока по напряжению DAQ

Система сбора данных (DAQ), которая измеряет ток, обычно делает это напрямую.Однако системы сбора данных, которые измеряют напряжение, часто более доступны для пользователя. Этот метод требует преобразования тока в напряжение, чтобы система сбора данных по напряжению могла считывать сигнал. Электрический шунт может выполнить эту задачу, но для этого требуется система с высоким входным сопротивлением. Лучший шунт для использования также требует расчетов на основе стандартных формул.

Входной импеданс

Электрический импеданс обычно является мерой сопротивления цепи току, когда на нее подается напряжение.Входной импеданс — это импеданс сети нагрузки от сети источника, включая как статическую, так и динамическую оппозицию. Статическая оппозиция более известна как сопротивление, а динамическая электрическая оппозиция известна как реактивное сопротивление. Сеть нагрузки — это часть электрической сети, которая потребляет энергию, тогда как сеть источника — это часть, которая передает энергию. Выходное сопротивление сети источника и входное сопротивление сети нагрузки определяют, как изменяются ток и напряжение при передаче мощности от источника к сети нагрузки.

Импеданс часто используется для оценки электрической эффективности сети, которая обычно представляет собой отношение полезной выходной мощности к общей входной мощности. Этот процесс обычно включает в себя разбиение сети на этапы и получение входного и выходного импеданса между этапами. В контексте импеданса эффективность представляет собой отношение входного импеданса к общему импедансу, который представляет собой сумму входного импеданса и выходного импеданса.

Реактивная составляющая импеданса часто приводит к значительным потерям мощности в цепях переменного тока.Эти потери могут привести к дисбалансу фаз, а это означает, что ток в цепи не совпадает по фазе с ее напряжением. Таким образом, мощность, передаваемая по цепи, меньше, чем она была бы, если бы ток и напряжение были в фазе, поскольку мощность является произведением тока и напряжения. Цепи постоянного тока не имеют реактивного сопротивления, поэтому они не страдают от такого типа потерь мощности.

Системы сбора данных

Вход напряжения Сбор данных представляет собой процесс выборки электрических сигналов, обычно тех, которые измеряют физические условия.Эти системы обычно состоят из трех компонентов, включая датчики, схему формирования сигнала и аналого-цифровой преобразователь. Датчики преобразуют физические параметры в аналоговый сигнал. Схема обработки сигналов преобразует сигналы от датчиков в форму, которую можно преобразовать в цифровые значения. Затем аналого-цифровой преобразователь преобразует обработанные аналоговые сигналы в цифровые значения. Автономные системы сбора данных обычно известны как регистраторы данных.

Регистраторы данных с низким входным сопротивлением обычно имеют входное сопротивление порядка 22 кОм.Требование к регистратору данных с высоким входным сопротивлением означает, что он должен иметь входное сопротивление не менее 100 МОм, что значительно увеличивает стоимость устройства. Дополнительные функции регистратора данных этого типа включают аналого-цифровой преобразователь (A/D) с 16-битным последовательным приближением. Он также должен иметь 8 несимметричных каналов с отдельными аналого-цифровыми преобразователями на каждом канале. Типичные диапазоны для входов напряжения включают ±1 В, ±2 В, ±5 В и ±10 В.

Электрический шунт

Электрический шунт — это устройство, пропускающее ток вокруг точки цепи по пути с низким сопротивлением.У него много возможных применений, например, шунт амперметра, который позволяет амперметру косвенно измерять ток, который слишком велик для прямого измерения. Этот тип шунта представляет собой резистор с точно известным сопротивлением, которое очень мало по сравнению с током в цепи нагрузки. Шунт включается последовательно с цепью, позволяя току проходить через нее. Затем к каждому концу шунта можно подключить вольтметр для измерения падения напряжения на шунте. Затем ток в цепи можно рассчитать по этому падению напряжения и сопротивлению шунта.

Отличительной характеристикой шунта является падение напряжения при максимальном токе, которое обычно составляет 50 мВ, 75 мВ или 100 мВ по соглашению. У них также есть коэффициент понижения номинала, который необходимо применять к напряжению после того, как шунт использовался в течение определенного периода времени. Фактор снижения номинальных характеристик в 66 процентов после двух минут непрерывного использования является обычным явлением для шунтов. Сопротивление шунта также может отличаться от его спецификации по мере увеличения его температуры, явление, известное как тепловой дрейф. Шунты обычно начинают испытывать температурный дрейф при 80°C (176°F) и необратимо повреждаются при 140°C (284°F).

Расчеты

Синхронный аналог Общая формула для расчета тока в цепи: I = V/R, где I — ток, V — напряжение, R — сопротивление. Это уравнение даст ток в амперах при условии, что напряжение в вольтах, а сопротивление в омах. В случае шунта напряжение — это разность напряжений между входными клеммами Vin+ и Vin- вольтметра, а сопротивление — это номинальное сопротивление шунта.

Наиболее важной частью этой процедуры является обеспечение того, чтобы падение напряжения находилось в определенном диапазоне. Как правило, для приемлемого отношения сигнал/шум требуется минимальное падение в несколько вольт. Резистор 1 кОм между клеммами Vin- и заземления может уменьшить шум, если источник тока изолирован от клеммы заземления. Однако падение не может быть достаточно большим, чтобы источник тока превышал максимальное номинальное выходное напряжение. Падение напряжения также должно быть достаточно малым, чтобы резистор не перегревался до такой степени, что его сопротивление значительно изменилось.

Измерение входного сигнала от 4 до 20 мА с помощью устройства ввода напряжения

Чрезвычайно просто и недорого измерить сигнал от 4 до 20 мА с помощью устройства, которое измеряет только напряжение. Большинство аналогово-цифровых плат принимают сигнал от 0 до 5 В постоянного тока, но могут не принимать напрямую сигнал от 4 до 20 мА. Решение этой проблемы займет всего несколько минут и несколько долларов. По сути, закон Ома используется для расчета сопротивления резистора, чтобы преобразовать 4–20 мА в напряжение.

Наиболее популярным номиналом резистора для этой цели является 250 Ом, так как он создает сигнал постоянного тока от 1 до 5 В, когда через него проходит ток от 4 до 20 мА, а вход постоянного тока от 0 до 5 В очень распространен для большинства систем сбора данных и других аналоговых систем. измерительные приборы.

Однако бывают случаи, когда желательны входные напряжения, отличные от 0–5 В постоянного тока, поэтому следующий пример продемонстрирует, насколько просто рассчитать правильное значение резистора для любого входного напряжения.

Пример

В этом примере мы предположим, что вход 0–2 В постоянного тока будет использоваться для измерения 4–20 мА.

Закон Ома гласит: R=V/I, где V – напряжение, I – ток, R – сопротивление

R=2 В/0,020 А = 100 Ом

Когда 20 мА протекает через резистор 100 Ом, он падает 2 вольт.

Когда через резистор 100 Ом протекает ток 4 мА, на нем падает напряжение 0,4 В. Следовательно, от 4 до 20 мА через резистор 100 Ом будет падать от 0,4 до 2 вольт.

Еще одна важная вещь, о которой следует помнить, это то, что допуск резистора должен быть 1% или меньше; предпочтительно 0,1%, так как ошибки в сопротивлении приведут к ошибкам в падении напряжения. Вам не нужен резистор, который сильно колеблется в зависимости от времени или температуры, так как это повлияет на вашу точность. После того, как вы выбрали значение резистора, вы должны проверить свои показания и внести любые точные настройки в свое программное обеспечение, чтобы компенсировать любые ошибки в резисторе.Например, сопротивление 100 Ом на самом деле может быть 99,5 Ом, поэтому выходное напряжение на самом деле будет от 0,398 до 1,99 В, а не от 0,4 до 2 В, как мы рассчитали.

Вы просто подключаете резистор к клеммам ввода напряжения для вашей системы сбора данных, а затем подключаете сигнал 4–20 мА к тем же двум клеммам, так что при протекании тока через резистор напряжение будет падать, а затем измеряется устройством сбора данных. Имейте в виду, что может потребоваться заземление источника питания, если вы используете его для питания преобразователя или двухпроводного датчика.

Следующая диаграмма иллюстрирует это:

Измерение тока и напряжения | CSM Products, Inc.

В 12-вольтовых и 24-вольтовых электрических системах напряжения остаются относительно стабильными, поэтому можно эффективно использовать измерения тока на основе CAN с помощью датчиков Холла или шунтов.

В 48-вольтовых и высоковольтных электрических системах ситуация совершенно иная: здесь одинаково важны измерения тока и напряжения.Из-за высокочастотной коммутации силовой электроники, входящей в состав инверторов или преобразователей постоянного тока, в бортовой сети автомобиля возникают пульсации тока и напряжения. Эти пульсации могут отрицательно сказаться на сроке службы всех потребителей, подключенных через бортовую сеть автомобиля, и вызвать нежелательные побочные эффекты. Через DC/DC-преобразователи эти пульсации могут передаваться из высоковольтной электрической системы в 12-вольтовую электрическую систему и вызывать там проблемы. По этой причине электрическая система должна быть проверена в соответствии со стандартами ISO/DIS 21498-1 и ISO/DIS 21498-2 с использованием технологии быстрых измерений.

Измерительные модули для измерения тока и напряжения в средах с высоким напряжением можно найти здесь.

Важно проверить ток и напряжение, а также подачу электроэнергии потребителям в реальных условиях эксплуатации. Это способствует эффективному управлению энергопотреблением и оптимальной работе разрабатываемого автомобиля. Примеры включают безопасное взаимодействие отдельных датчиков, исполнительных механизмов и электронных блоков управления в рабочем и резервном режимах. Для точных измерений тока и напряжения в децентрализованных тестах вождения и на испытательном стенде CSM предлагает компактные и надежные измерительные модули и шунты.

Благодаря высокому классу защиты корпуса IP67, компактной конструкции и широкому диапазону рабочих температур от -40 °C до +125 °C модули идеально подходят для суровых условий окружающей среды. Они могут быть установлены непосредственно в моторном отсеке и, таким образом, близко к точкам измерения. Это позволяет проводить точные измерения с минимальными помехами. Кроме того, измерительные модули и шунты обеспечивают высокую точность измерений во всем диапазоне температур окружающей среды благодаря низкому собственному тепловыделению.Простая масштабируемость измерительных модулей также делает их подходящими для использования на испытательном стенде.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Хотя измерение тока с помощью цифрового мультиметра не является чем-то необычным, измерение тока, который изменяется во времени, требует использования осциллографа. Большинство осциллографов напрямую измеряют только напряжение, а не ток, однако вы можете измерить ток с помощью осциллографа одним из двух способов.

  1. Измерьте падение напряжения на шунтирующем резисторе: Некоторые конструкции блоков питания могут иметь встроенные шунтирующие резисторы для обеспечения обратной связи.Один из методов заключается в измерении дифференциального падения напряжения на таком резисторе. Обычно это маломощные резисторы, часто менее 1 Ом.
  2. Измерение тока с помощью токового пробника:  При использовании в сочетании с функциями измерения напряжения осциллографа токовые пробники позволяют выполнять множество важных измерений мощности, таких как мгновенная мощность, средняя мощность и фаза.

Чтобы ваши текущие измерения были максимально точными, необходимо выбрать и правильно применить наиболее подходящий метод.Каждый из двух вышеперечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки, которые мы рассмотрим ниже.

Как измерить ток как падение напряжения на шунтирующем резисторе

Если токоизмерительный резистор («шунтирующий» резистор) встроен в источник питания постоянного тока, это наиболее удобный подход.

Измерение падения напряжения на чувствительном резисторе с помощью активного дифференциального пробника даст хорошие результаты, при условии, что синфазный сигнал находится в пределах указанного рабочего диапазона пробника, а падение напряжения достаточно велико .

Однако использование дифференциального пробника для сигналов низкого уровня требует некоторого внимания к уменьшению шума в измерительной системе.

  • Используйте наименьшее возможное затухание пробника и ограничьте полосу пропускания пробника или осциллографа, чтобы уменьшить шум измерительной системы.
  • Кроме того, имейте в виду, что емкость и сопротивление щупа будут параллельны измерительному резистору, и хотя они предназначены для минимизации воздействия на тестируемое устройство, вы должны знать, что они существуют.

Особенности конструкции при измерении тока с помощью шунтирующего резистора

Установка чувствительного резистора последовательно с нагрузкой требует тщательного проектирования. По мере увеличения значения сопротивления падение напряжения на ампер увеличивается в соответствии с законом Ома, что улучшает качество измерения тока. Однако рассеиваемая мощность в резисторе увеличивается пропорционально квадрату тока, и необходимо учитывать дополнительное падение напряжения. Кроме того, резисторы добавляют в схему индуктивное сопротивление.

И не забывайте, что входная емкость дифференциального пробника появляется параллельно чувствительному резистору, образуя резистивно-емкостной фильтр.

Если вы добавите в цепь измерительный резистор, постарайтесь добавить его как можно ближе к земле , чтобы свести к минимуму синфазные сигналы на резисторе, которые измерительная система должна отклонять. И, в отличие от высокопроизводительных токовых пробников, характеристика подавления синфазных сигналов при измерении дифференциального напряжения имеет тенденцию падать с повышением частоты, снижая точность измерений высокочастотных токов с помощью чувствительных резисторов.

Как измерить ток с помощью токового пробника

Прохождение тока через проводник приводит к тому, что вокруг проводника формируется поле электромагнитного потока. Датчики тока предназначены для определения силы этого поля и преобразования его в соответствующее напряжение для измерения с помощью осциллографа.

Позволяет просматривать и анализировать текущие формы сигналов с помощью осциллографа. При использовании в сочетании с возможностями измерения напряжения осциллографа токовые пробники также позволяют выполнять широкий спектр измерений мощности.В зависимости от математических возможностей осциллографа, эти измерения могут включать мгновенную мощность, действительную мощность, полную мощность и фазу.

Существует два основных типа токовых пробников для осциллографов:

  • Датчики переменного тока
  • Датчики переменного/постоянного тока.

Принцип действия трансформатора

Оба типа используют принцип действия трансформатора для измерения переменного тока (AC) в проводнике.

Для действия трансформатора по проводнику должен протекать переменный ток.Этот переменный ток вызывает создание и разрушение поля потока в соответствии с амплитудой и направлением тока. Когда чувствительная катушка помещается в это магнитное поле, изменяющееся магнитное поле индуцирует пропорциональное напряжение на катушке за счет простого действия трансформатора. Затем этот сигнал напряжения, связанный с током, обрабатывается и может отображаться на осциллографе в виде масштабированного по току сигнала.

Типы токовых пробников

Простейшие пробники переменного тока представляют собой пассивные устройства, представляющие собой просто катушку, намотанную в соответствии с точными характеристиками на магнитный сердечник, например из ферритового материала.Некоторые из них представляют собой сплошные тороиды и требуют, чтобы пользователь проложил проводник через сердечник. В токоизмерительных пробниках с разъемным сердечником используется точно спроектированная механическая система, которая позволяет открывать сердечник и зажимать его вокруг проводника без разрыва тестируемой цепи. Токовые пробники с разъемным сердечником обладают высокой чувствительностью и работают без питания, но они механически жесткие и обычно имеют небольшую апертуру, что может ограничивать их универсальность.

Пробники переменного тока

, основанные на технологии катушки Роговского, являются альтернативой токоизмерительным пробникам со сплошным и разъемным сердечником.Катушка Роговского использует воздушный сердечник и является механически гибкой, что позволяет открывать катушку и наматывать ее на провод или вывод компонента. А поскольку сердечник не является магнитным материалом, катушки Роговского не насыщаются магнитным полем при высоких уровнях тока, даже в тысячи ампер. Однако они, как правило, имеют более низкую чувствительность, чем датчики с разъемным сердечником, и им требуются активные формирователи сигналов для интеграции сигнала с катушки и, следовательно, требуется источник питания.

Для многих приложений преобразования энергии пробник переменного/постоянного тока с разъемным сердечником является наиболее универсальным, точным и простым в использовании решением.Датчики переменного/постоянного тока используют трансформатор для измерения переменного тока и устройство на эффекте Холла для измерения постоянного тока. Поскольку они включают в себя активную электронику для поддержки датчика Холла, датчики переменного/постоянного тока требуют для работы источник питания. Этот источник питания может быть отдельным источником питания или может быть интегрирован в некоторые осциллографы.

Применение и примеры аналоговых измерений (ток/напряжение) | Измерение напряжения | Основы сбора данных

Выходные сигналы различных датчиков, таких как датчики температуры, давления и скорости потока, представляют собой последовательные «аналоговые сигналы».«Поэтому и научно-исследовательские, и производственные площадки полагаются на измерение и запись аналоговых сигналов. В этом разделе представлены примеры типичных аналоговых измерений (ток/напряжение) в различных отраслях промышленности (например, в автомобильной, металлургической, пластиковой, электронной и пищевой промышленности). Эти примеры сгруппированы по приложениям для научно-исследовательских и производственных площадок.

Приложения для НИОКР

Приложения для производственной площадки

При проведении наземных испытаний автомобилей необходимо измерять аналоговые сигналы, выдаваемые датчиками температуры и давления.Используя систему сбора данных с несколькими входами серии NR, вы можете измерять и записывать несколько аналоговых сигналов, выдаваемых различными датчиками. Также, добавляя блок измерения, вы можете производить различные виды измерений одновременно с одним блоком, несмотря на его компактные размеры, в том числе измерение температуры (например, температуры впуска и выпуска), искажений (например, деформация корпуса при движении ), и вывод данных CAN от ECU.

При испытаниях на растяжение, оценивающих механические свойства различных материалов, необходимо измерять аналоговые сигналы, выдаваемые датчиками перемещения.Как следует из термина «мульти-вход» в названии, система сбора данных с несколькими входами серии NR способна одновременно собирать несколько фрагментов данных, включая не только аналоговые выходы от датчиков перемещения, но также данные нагрузки от тензометров и датчиков нагрузки. клетки.

При оценке электрических свойств ионно-литиевых аккумуляторов необходимо измерять напряжение с высокой точностью, чтобы предотвратить перезарядку. Высокоскоростной высоковольтный измерительный блок в системе сбора данных с несколькими входами серии NR имеет 14-битное разрешение и период дискретизации 1 МГц, что позволяет этому блоку поддерживать тестирование, требующее высокой точности.Кроме того, используя датчик температуры, вы можете одновременно регистрировать, например, аномальное тепловыделение аккумуляторов и перезарядку. Таким образом, вы можете завершить оценку литий-ионных аккумуляторов, используя только одно устройство.

При стерилизации стеклянных и пластиковых бутылок необходимо регистрировать температуру для обеспечения надлежащей стерилизации. Вы можете определить, правильно ли стерилизованы бутылки, измерив аналоговые сигналы, выдаваемые термометром, а также измерив и записав, поднялась ли температура до определенного уровня, с помощью системы сбора данных с несколькими входами серии NR.Запись данных о температуре также эффективна с точки зрения контроля прослеживаемости, поскольку она обеспечивает безопасность производства за счет отслеживания тенденций.

Стабильное производство экструдированного материала требует контроля на основе измеренных данных, таких как температура и давление. Система сбора данных с несколькими входами серии NR позволяет измерять и записывать не только температуру, давление, скорость экструзии и разгрузку матриц в процессе экструзии, но и выходные данные приборов для измерения размеров после формования.Вы можете собирать различные подробные данные во время и после формования, что приводит к более стабильной линии экструзионного формования.

Датчики устанавливаются на обрабатывающие станки для измерения и регистрации биения и вибрации инструментов. Путем сравнения с данными, полученными во время надлежащей обработки, вы можете определить, например, износ инструмента и ошибки патрона инструмента. Такие сравнения также работают для профилактического обслуживания, поскольку вы можете обнаружить изменения от нормального биения и вибрации на ранних стадиях.Техническое обслуживание и замена до того, как инструменты испортятся или сломаются, также приведут к сокращению количества бракованных изделий, что сделает ваше производство более эффективным и стабильным.

NR-X100W NR-HA08 NR-HV04 NR-XCP30

Вы можете интегрировать различные типы измерений в один блок, комбинируя регистратор данных с несколькими входами серии NR, оснащенный семью типами измерительных функций в самом маленьком и легком корпусе в своем классе, с высокоскоростным аналоговым измерительный блок «NR-HA08» и высокоскоростной высоковольтный измерительный блок «NR-HV04.

Высокоскоростной аналоговый измерительный блок «NR-HA08» отличается высокими характеристиками 14-битного разрешения и частоты дискретизации 1 МГц. На этот блок также подается ток (±20 мА). Высокоскоростной блок измерения высокого напряжения «NR-HV04» обеспечивает полностью одновременную выборку с максимальным входным напряжением 1000 В. Эта комбинация поддерживает широкий спектр измерений напряжения.

При добавлении единицы измерения один регистратор данных может поддерживать семь типов измерений, включая температуру, искажение, ускорение и данные CAN.Благодаря компактному корпусу вы можете легко переносить датчики серии NR на заводе или во время испытаний на автомобиле, а специальное программное обеспечение также упрощает настройку и анализ. Этот регистратор данных с несколькими входами был разработан для полного решения проблем, с которыми сталкиваются обычные, сложные в использовании регистраторы данных, и для поддержки широкого спектра измерений.

ИНДЕКС

Измерение тока и напряжения с помощью пояса Роговского в распределительных устройствах среднего напряжения с воздушной изоляцией

Измерения и связь

В данной диссертации основное внимание уделяется измерению токов и напряжений с помощью поясов Роговского и делителей напряжения и коммуникационной шины с использованием IEC 61850-9-2 в распределительных устройствах среднего напряжения.Обе технологии как таковые независимо друг от друга были предметом исследований и исследований во многих статьях и публикациях. В этом тезисе будет предложено и проверено одновременное сочетание обеих технологий, реализованных и проверенных на практике в распределительных устройствах среднего напряжения.

Измерение токов и напряжений с помощью пояса Роговского в распределительных устройствах среднего напряжения с воздушной изоляцией.

Он даст четкое представление о том, почему обе технологии, развернутые вместе, откроют новые возможности для защиты и управления распределительными устройствами и сетями среднего напряжения по-разному.

Еще одной целью является , чтобы объяснить, почему пояс Роговского и делители напряжения являются лучшей альтернативой известным индуктивным трансформаторам для измерения тока и напряжения в распределительных устройствах среднего напряжения. Дополнительная цель состоит в том, чтобы предложить технические аргументы в пользу того, что следующим шагом будет архитектура распределительного устройства среднего напряжения.

В диссертации представлен системный взгляд на распределительное устройство среднего напряжения, в нем объясняется, как соединить отдельные известные компоненты: датчики, устройства IED и цифровая шина в единую цельную архитектуру, а также показано, как эта интеграция повлияет на разработку и проектирование распределительного устройства среднего напряжения.

Первая часть – Первая часть диссертации будет посвящена подробному исследованию возможного влияния на точность измерения внешних факторов в условиях внутренней подстанции. На основе экспериментальных измерений в диссертации будет исследовано, насколько хороша защита пояса Роговского и делителей напряжения от внешних факторов, влияющих на точность измерения.

Вторая часть. Во второй части будет предложен альтернативный подход к измерению дифференциального тока с помощью пояса Роговского и обработки IED по сравнению с существующей практикой измерения дифференциального тока с помощью трансформатора нулевой последовательности.Он проанализирует применимость альтернативного измерения и обработки дифференциального тока в изолированных и непосредственно заземленных сетях.

Третья часть. В третьей части будет определена новая системная архитектура распределительного устройства среднего напряжения с воздушной изоляцией с бесшовной интеграцией датчиков, IED и цифровой шины в распределительное устройство и подстанцию.

Предложит новых типовых схем фидеров СН, необходимых для проектирования подстанции СН . Он исследует, как новые типовые схемы могут изменить инженерный подход.

Для предложенной архитектуры будут проверены важные аспекты надежности и доступности сети связи. Заключительная часть продемонстрирует практическое применение новой предложенной архитектуры, развернутой в реальных продуктах и ​​примененной на реальной подстанции.

Архитектура КРУЭ СН с датчиками и технологической шиной. Большинство распределительных устройств с воздушной изоляцией представляют собой системы с одинарными шинами, состоящими из двух секций, где каждая секция включает в себя один вводной фидер и несколько отходящих фидеров.Обе секции разделены по горизонтали элементом шинного соединителя, который обычно работает с нормально разомкнутым автоматическим выключателем.

Типовая однолинейная схема такой конфигурации подстанции представлена ​​на Рис. 1.

Рис. 1 – Типовая конфигурация подстанции для распределительного устройства среднего напряжения с воздушной изоляцией

Каждый фидер автоматического выключателя включает IED. Самая элементарная задача устройства IED состоит в защите конкретного фидера и нагрузки от аварийной ситуации и путем отключения энергии путем срабатывания автоматического выключателя ограничить потенциальные механические или тепловые повреждения как следствие потенциальной неисправности предпочтительно до нулевого уровня.

Измерения токов и напряжений являются важными входными данными для алгоритмов защиты IED. Принципы работы большинства функций защиты требуют следующих измерений:

  • Линейные токи на землю
  • Вводные фидерные напряжения между линией и землей
  • Напряжения между шиной и землей
  • Остаточный ток
  • Остаточное напряжение
Некоторые функции защиты, такие как дифференциальная защита, проверка синхронизма, требуют дополнительных или других наборов измерений в качестве входных данных.Этот тезис сосредоточен на архитектуре распределительного устройства с воздушной изоляцией МВ, ограниченной использованием измерений, упомянутых выше, только . Дальнейшие соображения о том, что МЭК 61850 может и что не может предложить для традиционных схем защиты, содержатся в работе Hou, D.; Долезилек, Д. IEC 61850 — Что он может и чего не может предложить традиционным схемам защиты (Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.).

Архитектура подстанции, в которой все вышеупомянутые измерения доступны для любого IED в любое время, была бы очень выгодна для использования любой функции защиты независимо от аппаратной конфигурации подстанции.

Предположение о наличии всех необходимых измерительных данных может отделить конфигурацию и проектирование измерительного оборудования от приложений защиты, в частности IED.

Область применения стандарта IEC 61850 на подстанции

Основным предварительным условием для разработки такой архитектуры является использование пояса Роговского и делителя напряжения для измерения тока и напряжения. Такое разъединение может создать множество преимуществ для инженерных работ на протяжении всего жизненного цикла распределительного устройства среднего напряжения с воздушной изоляцией.

  • Линейность и точность измерения тока поясом Роговского не требует проектирования его параметров в результате исследования селективности короткого замыкания
  • Решение о схеме защиты, которая будет окончательно использована в конкретном фидере, может быть принято в любое время в течение проекта исполнение
  • Дополнительную функцию защиты можно включить в схему защиты при эксплуатации КРУ без необходимости переделки измерительной аппаратуры и изменения электропроводки подстанции
  • Изменение номинального уровня тока в течение срока эксплуатации не требует изменения прибор для измерения тока

Для определения новой архитектуры приложения распределительного устройства с воздушной изоляцией среднего напряжения был выбран подход «снизу вверх», который соответствовал бы вышеприведенной идее отделения технических характеристик и проектирования измерительного оборудования от приложения защиты.

  1. Определение стандартных кормушек
  2. Общий пример единой линии диаграммы и коммуникационной шины
  3. Расчет пропускной способности связи
  4. Выбор коммуникационной архитектуры и резервирования 2
6 7 Название: измерение напряжения с помощью пояса Роговского в распределительном устройстве среднего напряжения с воздушной изоляцией – Мартин Штефанка; Диссертационные работы в Техническом университете Брно Формат: PDF Размер: 3.70 МБ Страницы: 93 Скачать: Прямо здесь | Видеокурсы | Членство | Загрузить обновления Измерения тока и напряжения с помощью пояса Роговского в распределительных устройствах среднего напряжения с воздушной изоляцией

Разность между измерениями тока и напряжения при испытаниях резонансной колонны

Если у вас установлено соответствующее программное обеспечение, вы можете загрузить данные о цитировании статей в менеджер цитирования по вашему выбору.Просто выберите программное обеспечение менеджера из списка ниже и нажмите «Загрузить».

Цитируется по

1. Динамическая характеристика малой деформации ненарушенной глины Leda

2. Неопределенности в оценке коэффициента демпфирования малой деформации и их влияние на сейсмический анализ реакции грунта

-зернистые почвы Центральной Италии по результатам лабораторных испытаний

4. Влияние пластической мелочи на модуль сдвига и коэффициент демпфирования алевритовых песков. Египет в диапазоне малых и средних сдвиговых деформаций

7. Экспериментальные и численные наблюдения метода частотной области при испытаниях на изгиб элементов

8. Распространение волн на длинных волнах в трещиноватых горных породах — исследование с использованием экспериментов с резонансной колонной и модельный материал

9. Моделирование разжижения зернистых грунтов с использованием метода дискретных элементов

10. Измерение модуля сдвига малых деформаций чистых и природных песков в насыщенных условиях с использованием теста на изгибающий элемент Стыки горных пород с различной ориентацией: экспериментальные результаты

12. Модуль упругости и демпфирование при испытаниях стен из армированного грунта на вибростенде

13. Прибор для динамических испытаний массива горной породы для оценки зависимых от деформации динамических свойств соединенных массивов горных пород

14. Новая методология анализа для динамической характеристики грунта с использованием реакции свободного распада при испытании резонансной колонны

15. Динамический модуль и Измерения коэффициента демпфирования по методикам свободно-свободного резонанса и фиксированной свободно-резонансной колонны

16. Меры деформации для подходов передаточной функции к испытаниям резонансной колонны

17. Рассеяние энергии в инженерном песке с большим коэффициентом демпфирования

18. Оценка передаточной функции и динамических свойств по результатам испытаний на резонансной колонне с регулируемой деформацией

19. Зависящие от частоты динамические свойства по результатам испытаний на резонансной колонне и циклических трехосных испытаний


9

9 20. Измерение динамических свойств жестких образцов с помощью ультразвуковых волн

21. Калибровка оборудования для демпфирования в резонансной колонне и устройства для испытаний на сдвиг при кручении

22. Измерение частотно-зависимых динамических свойств грунтов с помощью устройства резонансной колонны

23. Оценка первой формы колебаний и жесткости основания при испытании резонансной колонны

24. Затухание в песке: предварительное исследование на поведение при малых деформациях и влияние конденсации влаги

25. Влияние жесткости образца на кручение на результаты испытаний резонансной колонны

26. Характеристика почвенных отложений для анализа сейсмического отклика

27.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.