Каким прибором измеряют напряжение: инструкция для начинающих, как измерить напряжение и ток

Классификация электроизмерительных приборов | Учебные материалы

Электроизмерительные приборы — это средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. К ним относятся, например, амперметр, вольтметр, ваттметр.

По способу представления результата измерения измерительные приборы делятся на аналоговые, в которых показания являются непрерывными, и цифровые, показания которых представляются дискретными величинами — цифрами.

По характеру применения измерительные приборы могут быть стационарными и переносными.
По роду измеряемой величины измерительные приборы делятся на приборы для измерения постоянных величин и изменяющихся во времени величин.

По виду измеряемой величины различают приборы для измерения тока (амперметр), напряжения (вольтметр), сопротивления (омметр), частоты (частотомер), энергии (счетчик) и т. д.

Большую группу электроизмерительных приборов составляют электромеханические показывающие приборы.

Электромеханический прибор состоит из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства. Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины х в некоторую промежуточную электрическую величину у, функционально связанную с величиной х, т. е. y=f(x). Электрическая величина у, которой является ток или напряжение, непосредственно воздействует на измерительный механизм (ИМ), являющийся основой электромеханического прибора и имеющий подвижную и неподвижную части.

Наиболее распространены механизмы, в которых механические силы возникают при воздействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или током, на проводник с током. Вращающий момент М_вр, действующий на подвижную часть, является в этом случае функцией измеряемой величины х (тока или напряжения), т. е. М_вр = f(x). Кроме этого, на подвижную часть влияет противодействующий момент М_пр, создаваемый при помощи растяжек или спиральных пружинок при их закручивании: М

пр = Kα, где К — удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания; α — угол поворота подвижной части.

Противодействующие спирали и пружины выполняются, как правило, из бронзы. Один конец их прикрепляется к подвижной части измерительного механизма, а другой — к неподвижной части прибора. Закручивание пружины или спирали происходит до тех пор, пока вращающий момент М_вр не будет равен противодействующему М_пр. Для создания противодействующего момента применяют не одну, а две пружины, устанавливая их с разных сторон подвижной части измерительного механизма ИМ (рис. 11.1, а), где 1 — подвижная рамка, 2 — противодействующие пружины. Таким образом, установившееся отклонение подвижной части и укрепленного на ней указателя характеризуется равенством:
М_вр=M_пр

Рис. 11.1. Создание противодействующего момента (а) и момента успокоения (б) в электромеханических приборах

Чтобы подвижная часть быстрее установилась, механизмы снабжают так называемыми успокоителями, создающими момент успокоения. На рис. 11.1, б приведен пример построения магнитоиндукционного успокоителя, состоящего из постоянного магнита 1 и алюминиевого диска 2, жестко скрепленного с подвижной частью измерительного механизма. Успокоение создается за счет взаимодействия токов, индуцированных в диске при его перемещении в магнитном поле постоянного магнита.

В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, различают следующие измерительные механизмы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, индукционные.

Магнитоэлектрический механизм

Магнитоэлектрический механизм содержит постоянный магнит, магнитопровод и катушку с током.

Магнитная система измерительного механизма (рис. 11.2) состоит из постоянного магнита 1 и замкнутого магнитопровода 2. В рабочем зазоре между ними образуется равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В. Подвижная катушка 3, выполненная из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминиевый каркас, помещена в рабочем зазоре и укреплена на осях. Концы обмотки электрически соединены со спиральными пружинками, по которым измеряемый ток I поступает в катушку. При наличии тока на активную длину l витка обмотки действует сила F, равная, согласно закону Ампера, F=BlwI, где w — число витков обмотки.

Под действием пары таких сил на обеих активных сторонах катушки создается вращающий момент М_вр, который прямо пропорционален току. Под действием М_вр подвижная часть ИМ вместе с указателем поворачивается на некоторый угол α, который пропорционален току I.
Магнитоэлектрические приборы, в которых используются магнитоэлектрические ИМ, применяют для измерения постоянных токов (амперметры), напряжений (вольтметры), сопротивлений (омметры) и т. д.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры отличаются высокой точностью, равномерностью шкалы, обладают малым потреблением энергии от объекта измерения. К недостаткам этих приборов относятся: непригодность к работе в цепях переменного тока, чувствительность к перегрузкам и зависимость показаний от окружающей температуры.
Рис. 11.2. Конструкция магнитной системы магнитоэлектрического измерительного механизма с внутрирамочным магнитом

Магнитоэлектрические ИМ служат и для измерения в цепях переменного тока, но только в сочетании с различными преобразователями переменного тока в постоянный. К таким приборам относятся, например, выпрямительные, термоэлектрические.

Выпрямительные приборы

Выпрямительные приборы (рис. 11.3) представляют собой сочетание магнитоэлектрического ИМ и выпрямительного устройства, состоящего, как правило, из двух диодов и более. Выпрямительные устройства (рис. 11.3, а) преобразуют переменный ток в пульсирующий однополярный i

П (рис. 11.3, б). Подвижная часть ИМ, обладающая инерцией, реагирует на среднее значение этого пульсирующего тока — I_СР.

Рис. 11.3. Схема выпрямительного прибора с двухполупериодным выпрямителем (а) и временные диаграммы (б) работы двухполупериодного выпрямительного прибора

Шкала выпрямительного прибора градуируется в действующих значениях синусоидального тока (напряжения).

Выпрямительные приборы часто выполняются в виде комбинированных многопредельных — в одном приборе сочетаются амперметр, вольтметр и омметр, каждый на несколько пределов измерения.

Достоинствами выпрямительных приборов являются: высокая чувствительность (наименьшие пределы измерения 0,25 … …0,3 мА; 0,3 В), малое собственное потребление энергии, так как используются магнитоэлектрические ИМ.

К недостаткам относятся: неравномерность шкалы в начале (в пределах до 15% от предела измерения), невысокая точность (высший класс точности 1,0).

Электромагнитный механизм

Электромагнитный механизм (рис. 11.4) состоит из неподвижной катушки 1 и укрепленной на оси 3 подвижной пластинки 2 из магнитомягкого материала. При включении катушки в цепь постоянного тока создается магнитное поле, которое намагничивает пластинку, и она втягивается внутрь катушки. Возникающий при этом вращающий момент пропорционален квадрату тока.

Рис. 11.4. Конструктивное исполнение измерительного механизма электромагнитной системы

Подвижная часть ИМ, обладающая инерцией, реагирует на среднее значение момента.
Часто квадратичную шкалу выравнивают, подбирая соответствующую форму ферромагнитной пластинки.

Электромагнитные приборы, построенные на базе электромагнитных ИМ, применяют для измерения в цепях постоянного и переменного тока в качестве амперметров, вольтметров и фазометров.

Амперметры изготовляют одно- и многопредельными путем секционирования катушки. Вольтметры также выполняются многопредельными путем использования ряда добавочных резисторов.

Электромагнитные приборы являются одними из самых распространенных щитовых приборов для измерений в цепях переменного тока. Они просты по устройству, не имея токоподвижных частей, хорошо переносят перегрузки. Недостатками этих приборов являются: невысокая точность, большое собственное потребление энергии (до 10 Вт), ограниченный частотный диапазон,, чувствительность к внешним магнитным полям.

Щитовые амперметры выпускают классов 1,0; 1,5; 2,5 на токи прямого включения до 300 А. Щитовые вольтметры тех же классов точности выпускают на напряжения до 600 В с прямым включением.

Электродинамический механизм

Электродинамический механизм (рис. 11.5) состоит из неподвижной 1 и подвижкой 2 катушек. Катушка 2 укреплена на растяжках и может поворачиваться вокруг оси внутри двух секций неподвижной катушки. При наличии в катушках постоянных токов I

1 и I₂ возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть катушку 2 соосно с катушкой 1. В результате возникает вращающий момент: M_BP=K₁I₁I₂, где K₁ — коэффициент, учитывающий изменение взаимной индуктивности подвижной и неподвижной катушек.

Вращающий момент электродинамического ИМ пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними.

Рис. 11.5. Конструктивное исполнение измерительного механизма электродинамической системы

Электродинамические приборы, в которых используются электродинамические механизмы, применяют в цепях постоянного и переменного тока в основном для измерения тока, напряжения и мощности.

Электродинамические амперметры обычно выполняются на два предела измерения, что достигается различием схем включения катушек: на малые токи — по схеме рис. 11.6, а, на большие токи — по схеме рис. 11.6, б. В первом случае ток I_Х проходит через неподвижную 1 и подвижную 2 катушки, соединенные последовательно. Во втором случае катушки соединяются параллельно. В электродинамическом приборе отклонение подвижной части ИМ пропорционально квадрату измеряемого тока I_Х.

Рис. 11.6. Схемы построения амперметров электродинамической системы на малые (а) и большие (б) токи

Индукционный механизм

Индукционный механизм (рис. 11.7) состоит из двух неподвижных магнитопроводов 1 и 2 с обмотками и подвижного алюминиевого диска 3, укрепленного на оси. Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые синусоидальными токами i

1, и i₂ и пронизывающие диск, смещены в пространстве. При этих условиях в диске создается вращающееся магнитное поле, под влиянием которого диск приходит во вращение.

Рис. 11.7 Конструктивное исполнение измерительного механизма индукционной системы

При этом вращающий момент относительно оси диска пропорционален частоте, произведению действующих значений токов и синусу угла сдвига фаз между токами.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно- и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики делятся на классы 1,0; 2,0 и 2,5.

Электростатический механизм

Электростатический механизм (рис. 11.8) состоит из двух (и более) металлических изолированных пластин, выполняющих роль электродов. На неподвижные пластины 1 подается потенциал одного знака, а на подвижные 2 — потенциал другого знака. Подвижная пластина вместе с указателем 3 укреплена на оси и под действием сил электрического поля между пластинами поворачивается. При постоянном напряжении U между пластинами емкостью С вращающий момент пропорционален зарядам q = CU на пластинах.

Рис. 11.8 Конструктивное исполнение измерительного механизма электростатической системы

При синусоидальном напряжении U = U_m sin ωt подвижная часть механизма реагирует на среднее значение момента: M_BP*СР=K₂U² (где U – действующее значение напряжения).

Электростатические приборы, в которых используется электростатический механизм, применяются в качестве вольтметров постоянного и переменного тока.

Угол отклонения указателя электростатического прибора пропорционален квадрату напряжения, т. е. шкала является квадратичной. Подбором формы электродов (пластин) можно получить практически равномерную шкалу.

Электростатические вольтметры отличаются малым собственным потреблением энергии, широким частотным диапазоном (до 10 МГц), нечувствительностью к внешним магнитным полям, колебаниям температуры, их показания не зависят от формы кривой измеряемого напряжения. К недостаткам этих приборов следует отнести сравнительно низкую чувствительность (без предварительных усилителей сигналов их нижний предел измерения составляет 10 В), необходимость электростатического экранирования от внешних электрических полей.

Характеристики шкал измерительных приборов >

приборы и методы, как сделать самому, Ремонт и Строительство

Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.

Какие приборы можно использовать

Классификация частотомеров

Все данные приборы делятся на две основные группы по области их применения:

1. Электроизмерительные. Применяются для бытового или же производственного измерения частоты в цепях переменного тока. Их используют при частотной регулировке оборотов асинхронных двигателей, так как вид частотного измерения оборотов, в этом случае, самый эффективный и распространённый.
2. Радиоизмерительные. Нашли применение исключительно в радиотехнике и могут измерять широкий диапазон высокочастотного напряжения.

По конструкции частотомеры делятся на щитовые, стационарные и переносные. Естественно, переносные более компактные, универсальные и мобильные устройства, которые широко применяются радиолюбителями.

Для любого типа частотомера самыми важными характеристиками, на которые, в принципе, и должен обращать внимание человек при покупке, являются:

• Диапазон частот, которые прибор сможет измерить. При планировании работы именно со стандартной промышленной величиной 50 Гц, нужно внимательно ознакомиться с инструкцией, так как не все приборы её смогут увидеть.
• Рабочее напряжение в цепях, в которых будут проходить измерительные работы.
• Чувствительность, эта величина более важна для радиочастотных устройств.
• Погрешность, с которой он может производить замеры.

Мультиметр с функцией измерения частоты переменного тока

Самый распространенный прибор, с помощью которого можно узнать величину частотных колебаний и который находится в свободном широком доступе — это мультиметр. Нужно обращать своё внимание на его функциональные возможности, так как не каждый такой прибор сможет измерить частоту переменного тока в розетке или же другой электрической цепи.

Такой тестер выполняется чаще всего очень компактным, для того чтобы в сумке он легко помещался, и был максимально функциональным, измеряющим помимо частоты также напряжение, ток, сопротивление, а иногда даже температуру воздуха, ёмкость и индуктивность. Современный вид мультиметра и его схема основаны чисто на цифровых электронных элементах, для более точного измерения. Состоит такой мультиметр из:

• Жидкокристаллического информативного индикатора для отображения результатов измерения, расположенного, чаще всего, в верхней части конструкции.
• Переключателя, в основном, он выполнен в виде механического элемента, позволяющего быстро перейти от измерения одних величин к другим. Нужно быть очень осторожным, так как, допустим, если измерять напряжение, а переключатель будет стоять на отметке «I», то есть сила тока, тогда следствием этого неминуемо будет короткое замыкание, которое приведёт не только к выходу со строя прибора, но может вызвать и термический ожог дугой рук и лица человека.
• Гнезд для щупов. С их помощью непосредственно происходит электрическая связь прибора с измеряемым токопроводящим объектом. Провода не должны иметь потрескиваний и изломов изоляции, особенно это касается их наконечников, которые будут находиться в руках измеряющего.

Хотелось бы также упомянуть о специальных приставках к мультиметру, которые существуют и разработаны специально для того, чтобы увеличить число функций обычного прибора со стандартным набором.

Как выполняется измерение частоты

Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:

1. Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
2. Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
3. Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.

Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.

Другие альтернативные методы измерения

Самый эффективный и простой способ проверки частоты — это использование осциллографа. Именно осциллографом пользуются все профессиональные электронщики, так как на нём можно визуально увидеть не только цифры, но и саму диаграмму. При этом нужно обязательно отключить встроенный генератор. Новичку в электронике будет довольно проблематично выполнить данные измерения с помощью этого прибора. О том, как пользоваться осциллографом, мы рассказали в отдельной статье.

Второй вариант — это измерение с помощью конденсаторного частотомера, имеющего диапазон измерений 10 Гц-1 МГц и погрешность около 2%. Он определяет среднее значение тока разрядки и зарядки, которое будет пропорционально частоте и измеряется косвенно с помощью магнитоэлектрического амперметра, со специальной шкалой.

Ещё один метод называется резонансный и основан он на явлении резонанса, возникающего в электрическом контуре. Тоже имеет шкалу с механизмом точной подстройки. Однако промышленную величину в 50 Гц этим способом невозможно проверить, работает он от 50 000 Гц.

Также вы должны знать, что существует реле частоты. Обычно на предприятиях, подстанциях, электростанциях — это основное устройство, которым контролируют изменение частоты. Данное реле воздействует на другие устройства защиты и автоматики для поддержания частоты на необходимом уровне. Есть разные типы реле частоты с разным функционалом, об этом мы расскажем в других публикациях.

Все же мультиметры и электронные цифровые частотомеры работают на обычном счёте импульсов, которые являются неотъемлемой частью, как импульсного так и другого переменного напряжения, необязательно синусоидального за определенный промежуток времени, обеспечивая при этом максимальную точность, а также широчайший диапазон.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Теперь вы знаете, как выполнить измерение частоты тока в сети мультиметром и частотомером. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!
Будет интересно прочитать:

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов

Задумайтесь: что вам прежде всего хотелось бы понять, когда вы смотрите на измерительный прибор? Скорее всего, это будет его назначение. «Если оно похоже на утку, двигается как утка и крякает как утка, то это, должно быть, и есть утка». Но с техническими приборами задача резко усложняется. Легко по внешнему виду узнать весы, какими бы они ни были: рычажными, пружинными, или электронными. Можно прикинуть, что если измерительный прибор круглый и расположен вертикально, то, наверное, он измеряет какие-то параметры жидкости или газа, из которых первыми приходят в голову расход и давление. Конечно, мы так или иначе представляем счетчики электрической энергии. Но что, если мы зайдем в электротехническую лабораторию или трансформаторную будку?

Электричество – вещь необыкновенная. Оно невидимо, но может совершать колоссальную работу и обладает рядом параметров со своими единицами измерения:

• Напряжение: В или V – вольт
• Ток: А — ампер
• Мощность:
• Активная: Вт или W – ватт
• Реактивная: вар или var
• Полная: В·А или VA – вольт-ампер
• Коэффициент активной и реактивной мощности: безразмерная величина
• Энергия: кВт·ч или kWh – киловатт-час, реже – Дж или J — джоуль
• Угол сдвига фаз между током и напряжением: ° — градусы, от -90° до +90°
• Количество фаз: в квартирах – 1, в трансформаторных подстанциях и электрощитах – 3, в некоторых электроприемниках (например, компьютерах) количество фаз может доходить до 24
• Частота: Гц или Hz – герц.

Электричество передается по проводникам и преобразовывается различными электроустановками, у которых есть свои характеристики:

• Сопротивление: активное и реактивное, а также полное, называемое импедансом — Ом
• Емкость: Ф или F — фарад
• Индуктивность: Гн или H — генри
• Магнитная индукция: Тл или T — тесла

Соответственно, каждый параметр требует своего измерительного прибора. Например, прибор для измерения постоянного тока может не подходить для измерения переменного. Или прибор может не выдержать прикладываемого напряжения, хотя может выдержать измеряемый ток. Для этого рядом со шкалой наносят условные обозначения, которые зафиксированы в ГОСТ 23217-78. Приведем некоторые из них. Начнем с тока:

Рис.1 — Условные обозначения тока

Перейдем к классам испытательного напряжения: это напряжение, которое может выдержать изоляция данного прибора. Если измеряется в кВ – киловольтах, т. е. тысячах вольт, то значение указывается внутри звездочки.

Рис.2 — Условные обозначения классов испытательного напряжения

Далее посмотрим на условные обозначения принципа действия аналоговых измерительных приборов, то есть приборов, в которых значение измерения может принять любое значение в пределах шкалы, грубо говоря, это «стрелочные» приборы. О том, каким образом происходит преобразование электрической величины в показания прибора, говорилось в этой статье.

Надо обращать внимание на приведенные ниже символы, когда дело касается рода тока или напряжения: постоянные они или переменные. Например, магнитоэлектрическим прибором измеряют постоянные величины. Если этими приборами измерять переменный ток, стрелка начнет дрожать около нулевого показания шкалы. Электромагнитными приборами могут измеряться как постоянные, так и переменные величины. Ферродинамические приборы менее точны, но зато просты и могут использоваться в щитах, расположенных в местах с повышенной тряской и вибрациями. Индукционные приборы применялись во времена СССР как счетчики электрической энергии. Электростатические приборы имеют высочайшие классы точности (0.005) и выпускаются на напряжения в милливольты и киловольты.

Рис.3 — Обозначение приборов

Класс точности прибора помещают в круг на циферблате, записывают перед ГОСТом или через дробную черту вроде 0,02/0,01. Для определения погрешности с помощью значений класса точности используют определенные формулы, которые находятся в справочниках или ГОСТ 8.401-80.  И, конечно, надо отметить знаки  и ⊥, что означает соответственно положение (шкалы) прибора горизонтально и вертикально.

Рис.4,5 — Панель приборов

Огромное количество производителей и колоссальное разнообразие моделей цифровых электроизмерительных приборов не позволяет в этой статье охватить весь спектр их обозначений, но общие принципы просты: главное – правильно выбрать род тока или напряжения и предел измерения, и, разумеется, соблюдать технику безопасности. О цифровых приборах, которыми мы пользуемся в «ТМРсила-М», читайте здесь.

Как видно, электрические измерения – ответственная работа, требующая понимания метрологии, электротехники, а также электроники и магнитных систем. Если вы хотите провести качественные электрофизические измерения, обращайтесь к специалистам в «ТМРсила-М». 

 

 

Измерение тока и напряжения. Вольтметр и амперметр.

Приветствую всех читателей на нашем сайте и сегодня в рамках курса “Основы электроники” мы будем изучать основные способы измерения силы тока, напряжения и других параметров электрических цепей. Естественно, без внимания не останутся и основные измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр.

Измерение тока. Амперметр.

И начнем мы с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой примерчик:

Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору. Кроме того, в цепи присутствует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:

I = \frac{U}{R} = \frac{12}{100} = 0.12

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи 🙂

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление r_А. Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится сопротивление, и мы получим следующее значение:

I = \frac{U}{R_1+r_А}

Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.

При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

В этой формуле n – это коэффициент шунтирования – число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1 А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:

В данной задаче нам необходимо измерить ток I. Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.

Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:

I_А\medspace r_А = I_R\medspace R

Выразим ток шунта через ток амперметра:

I_R = I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Измеряемый ток равен:

I = I_R + I_А

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

I = I_А + I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Но сопротивление шунта нам также известно (R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}). В итоге мы получаем:

I = I_А\medspace (1 + \frac{r_А\medspace (n\medspace-\medspace 1)}{r_А}\enspace) = I_А\medspace n

Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нам и нужно измерить 🙂

С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.

Измерение напряжения. Вольтметр.

Прибор, предназначенный для измерения напряжения называется вольтметр. И, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся с чем это связано:

Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:

I_1 = I_2 = \frac{U}{R_1 + R_2} = \frac{30}{10 + 20} = 1

Итак, величина тока составила бы 1 А, а соответственно напряжение на резисторе 2 было бы равно 20 В. С этим все понятно, а теперь мы хотим измерить это напряжение вольтметром и включаем его параллельно с R_2. Если бы сопротивление вольтметра было бы бесконечно большим, то через него просто не потек бы ток (I_B = 0), и прибор не оказал бы никакого воздействия на исходную цепь. Но поскольку r_В имеет конечную величину и не равно бесконечности, то через вольтметр потечет ток. В связи с этим напряжение на резисторе R_2 уже не будет таким, каким бы оно было при отсутствии измерительного прибора. Вот поэтому идеальным был бы такой вольтметр, через который не проходил бы ток.

Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:

R_Д = r_В\medspace (n\medspace-\medspace 1)

Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример:

Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление R_3. Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе R_2:\medspace U_2 = R_2\medspace I_2. Давайте определим, какой результат при таком включении выдаст нам вольтметр:

U_2 = I_2\medspace R_2 = U_В + I_В\medspace R_3

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

U_2 = U_В + I_В\medspace (r_В\medspace (n\medspace-\medspace 1)) = U_В + I_В\medspace r_В\medspace n\medspace-\medspace I_В\medspace r_В = U_В + U_В\medspace n\medspace-\medspace U_В = U_В\medspace n

Таким образом: U_В = \frac{U_2}{n}. То есть показания вольтметра будут в n раз меньше, чем величина напряжения, которое мы измеряли. Так что, используя данный метод, возможно увеличить пределы измерения вольтметра!

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

Для решения обеих задач возможно совместное использование амперметра и вольтметра. В предыдущих статьях (про мощность и сопротивление) мы подробно останавливались на понятиях сопротивления и мощности и их связи с напряжением и сопротивлением, таким образом, зная ток и напряжение электрической цепи можно произвести расчет нужного нам параметра. Ну а кроме того есть специальные приборы, которые позволяют произвести измерения сопротивления участка цепи – омметр – и мощности – ваттметр.

В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями и заходите к нам на сайт! До скорых встреч!

Измерение силы тока и напряжения.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

 

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

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

При измерении силы тока на участке цепи сопротивлением R последовательно с R в разрыв цепи включается амперметр (рис 7а). Тогда сила тока, текущего через измерительный прибор и участок с сопротивлением R, будет одинаковой.

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

 

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

 

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

При параллельном подключении вольтметра с сопротивлением r_v общее сопротивление становится равным

 

,

 

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

 

Шунты к амперметру

 

Ток, вызывающий отклонение подвижной части прибора на всю шкалу, называется током полного отклонения I₀. Если с помощью амперметра необходимо измерить силу тока I больше, чем I₀, к нему параллельно подключается дополнительное сопротивление R_ш, называемое шунтом (рис 8)

.

Рис. 8. Подключение шунта к амперметру.

 

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

 

, (12)

 

где I – сила измеряемого тока, I_p – сила тока, текущего через измерительный механизм (рамку) прибора, I_ш – сила тока, текущего через шунт.

По второму правилу Кирхгофа имеем:

 

, (13)

 

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

 

. (14)

 

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

 

. (15)

 

На практике используют коэффициент шунтирования (или коэффициент растяжения предела измерений) n для данного значения I_пр, который равен

(16)

Тогда выражение (15) принимает вид:

 

. (17)

 

С данным шунтом цена деления амперметра также возрастет в n раз.

 

Добавочные сопротивления к вольтметру

 

Предел измерения вольтметра зависит от силы тока полного отклонения подвижной части прибора I_о и его внутреннего сопротивления r. Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с измерительным механизмом прибора подключают добавочное сопротивление (рис 9).

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

 

,

 

где – напряжение на добавочном сопротивлении . По такой цепи течет ток

 

Из последней формулы следует, что

(18)

 

Рис. 9. Подключение добавочного сопротивления к вольтметру.

 

 

Из (18) можно определить величину , при котором отклонение стрелки на всю шкалу (I = I₀ ) будет соответствовать требуемому пределу измерения напряжения U = U_пр

 

. (19)

 

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

 

Задание

 

1. Определить основные характеристики аналогового прибора.

2. Определить характеристики цифрового вольтметра.

3. По формулам (16) и (17) определить коэффициент шунтирования n и сопротивление шунта R_ш для создания на основе стрелочного прибора амперметра с пределом измерения I_пр = 1,5 мА. Исследовать данный амперметр.

4. По формуле (19) определить величину добавочного сопротивления для создания вольтметра постоянного тока с пределом измерения U_пр = 5В. Исследовать данный вольтметр.

 

Контрольные вопросы.

 

1. Что такое аналоговые и цифровые приборы?

2. Приведите основные характеристики электроизмерительных приборов.

3. Принцип действия и устройство электромеханических измерительных приборов.

4. Структурные схемы аналоговых электронных вольтметров постоянного и переменного тока.

5. Каков принцип действия и устройство цифрового вольтметра с времяимпульсным преобразованием?

6. Как расширить пределы измерения амперметра и вольтметра? Получите формулы для сопротивления шунта и для добавочного сопротивления.

7. Как расширить предел измерения вольтметра? Получите формулу для добавочного сопротивления.

 

Литература

 

1. Хромой Б.П., Моисеев Ю.П. Электрорадиоизмерения. – М.:Радио исвязь, 1985. – с. 30 – 70.

2. Детлаф А.А.,Яворский Б.М. Курс физики. – М.:Высш. шк., 2001, с. 293 – 296.

3. Мирский Г.Я. Электронные измерения. – М.: Радио и связь, 1986, с. 152 – 207.

4. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер. с англ. – М.: Мир. 1990, с. 112 – 146.

5.

 

Читайте также:

 

Что такое ЭЭГ (электроэнцефалография) и как она работает?

Ваш мозг управляет всем. Вспомните, когда вы в последний раз пытались разгадать кроссворд или начали изучать новый язык. Вспомните, когда вы в последний раз просыпались посреди странного сна или вам нужно было найти дорогу в городе, в котором вы никогда раньше не были.

Когда вы думаете, мечтаете, видите и ощущаете, ваш мозг постоянно активен, поглощает всю информацию, уплотняет и повторно связывает существующие данные и объединяет все в единый опыт.Для вас этот опыт составляет вашу реальность.

Ваш мозг жив. Ваш мозг формирует то, как вы видите свое окружение, фильтрует или выделяет наиболее важные для вас объекты и информацию. Он создает свои собственные истории, основанные на ваших мыслях, эмоциях, желаниях и опыте, которые в конечном итоге определяют ваше поведение.

В этой статье вы получите базовый обзор ЭЭГ и того, как она работает:

ЭЭГ измеряет электрическую активность мозга

Мозг состоит из миллиардов клеток, половина из которых — нейроны, половина из которых помогает и облегчает активность нейронов.Эти нейроны плотно связаны между собой через синапсы, которые действуют как ворота ингибирующей или возбуждающей активности .

Любая синаптическая активность генерирует тонкий электрический импульс, называемый постсинаптическим потенциалом . Конечно, вспышку одиночного нейрона сложно надежно обнаружить без прямого контакта с ним. Однако, когда тысячи нейронов срабатывают синхронно, они генерируют электрическое поле, достаточно сильное, чтобы распространяться через ткани, кости и череп.В конце концов, его можно измерить на поверхности головы.

Подумайте об этом как о постоянном грохоте слабых землетрясений. Взятые сами по себе, каждый всплеск может быть слишком маленьким, чтобы его можно было заметить, но если несколько из них происходят одновременно, в одном месте и в одном ритме, все они в сумме составляют мега-землетрясение, которое будет заметно даже в сотнях раз. миль отсюда.

Что такое ЭЭГ и как она работает?

Электроэнцефалография , или ЭЭГ, является предпочтительным физиологическим методом записи электрической активности, генерируемой мозгом через электроды, размещенные на поверхности кожи головы.Для более быстрого нанесения электроды крепятся в эластичных колпачках, подобных шапочкам для купания, что обеспечивает возможность сбора данных с одинаковых позиций кожи головы у всех респондентов.

Несмотря на несколько устрашающее название (и произношение), понять основы электроэнцефалографии на удивление просто:

Электроэнцефалография (ЭЭГ) Определение:

• измеряет электрическую активность, генерируемую синхронизированной активностью тысяч нейронов (в вольт)
• обеспечивает отличное временное разрешение, позволяя обнаруживать активность в областях коры головного мозга — даже в субсекундных временных масштабах.

Поскольку колебания напряжения, измеряемые на электродах, очень малы, записанные данные оцифровываются и отправляются на усилитель.Затем усиленные данные могут отображаться в виде последовательности значений напряжения.

Разница в цене в системах ЭЭГ обычно связана с количеством электродов, качеством оцифровки, качеством усилителя и количеством снимков, которые устройство может делать в секунду (это частота дискретизации в Гц).

ЭЭГ — один из самых быстрых доступных методов визуализации, поскольку он часто имеет высокую частоту дискретизации. Сто лет назад ход ЭЭГ был нанесен на бумагу — в настоящее время данные (к счастью) отображаются в цифровом виде в виде непрерывного потока напряжений на экране.Но это только начало — вам также необходимо понимать, о чем вам говорят данные.

Вернуться к началу

Как можно интерпретировать данные ЭЭГ?

Поскольку ЭЭГ отслеживает динамику электрической активности, генерируемой мозгом, вы можете интерпретировать, какие области коры головного мозга отвечают за обработку информации в данный момент времени:

Области мозга и что они делают

1. Затылочная часть кора

Затылочная кора — это центр обработки изображений нашего мозга, расположенный в самой задней части черепа.Здесь обрабатывается все, что мы видим (хотя некоторая обработка также происходит до и после поступления сигнала). ЭЭГ-эксперименты со зрительными стимулами (видео, изображения) часто сосредотачиваются на эффектах в затылочных областях.

2. Теменная кора

Теменная кора предназначена для интеграции информации, поступающей из внешних источников, и внутренней сенсорной обратной связи от нашего тела. Теменная кора отвечает за объединение всех этих источников информации в связное представление о том, как наше тело относится к окружающей среде, и как все вещи (объекты, люди) в окружающей среде пространственно относятся к нам.Задачи, требующие движений глаз или рук, а также координации глаз и рук, были бы невозможны без теменной коры головного мозга, которая также обрабатывает, сохраняет и извлекает форму, размер и ориентацию объектов, подлежащих захвату.

3. Височная кора

Височная кора связана с обработкой сенсорного ввода для получения производных или более высоких значений с использованием визуальной памяти, языка и эмоциональных ассоциаций. Левая височная кора участвует в понимании письменной и устной речи.Медиальные (внутренние) области более активны при пространственной навигации.

4. Фронтальная кора

Лобная часть мозга человека увеличена по сравнению с большинством других млекопитающих. По сути, лобная кора отвечает за исполнительную функцию: она помогает нам сохранять контроль, планировать будущее и контролировать свое поведение. Помимо региональных характеристик того, где возникает определенная электрическая активность, вы также можете проанализировать, какие частоты в первую очередь определяют текущую активность.

Нейронные колебания, которые можно измерить с помощью ЭЭГ, видны даже в необработанных нефильтрованных, необработанных данных. Однако сигнал всегда представляет собой смесь нескольких основных частот, которые, как считается, отражают определенные когнитивные, аффективные состояния или состояния внимания. Когда ваш мозг находится в определенном состоянии, частотные паттерны меняются, давая представление о когнитивных процессах.

Частотные диапазоны / диапазоны частот ЭЭГ

Дельта (1–4 Гц)

• Дельта в лабораториях сна, дельта-волны исследуются для оценки глубины сна.Чем сильнее дельта-ритм, тем глубже сон. Повышенная мощность дельта (увеличенное количество записей дельта-волн) также было обнаружено, что связано с повышенной концентрацией внимания на задачах внутренней рабочей памяти [1].
  

Тета (4-7 Гц)

• Тета связана с широким спектром когнитивной обработки, такой как кодирование и извлечение памяти, а также с когнитивной нагрузкой [2]. Каждый раз, когда мы сталкиваемся с трудными задачами (считая в обратном порядке от 100 с шагом 7, или когда вспоминаем, например, дорогу домой с работы), тета-волны становятся более заметными.Тета также связана с повышенным уровнем утомляемости [3].
  

Альфа (7 — 12 Гц)

• Альфа всякий раз, когда мы закрываем глаза и приводим себя в спокойное состояние, альфа-волны берут верх. Альфа-уровни повышаются в состоянии расслабленного бодрствования. В тренировках с биологической обратной связью часто используются альфа-волны для отслеживания релаксации. Они также связаны с торможением и вниманием [4].
  

Бета (12–30 Гц)

• Бета над моторными областями, бета-частоты становятся сильнее, когда мы планируем или выполняем движения любой части тела [5].Интересно, что это увеличение бета также заметно, когда мы наблюдаем телодвижения других людей [6]. Наш мозг, по-видимому, имитирует движения их конечностей, указывая на то, что в нашем мозгу есть сложная «система зеркальных нейронов», которая потенциально координируется бета-частотами.
  

  Гамма (> 30 Гц, обычно 40 Гц)

• Гамма- Некоторые исследователи утверждают, что гамма отражает внимательную фокусировку и служит несущей частотой для облегчения обмена данными между областями мозга [7].Другие связывают гамму с быстрым движением глаз, так называемыми микросаккадами, которые считаются неотъемлемой частью сенсорной обработки и восприятия информации [8].

Анализ данных ЭЭГ может оказаться довольно сложной задачей. Обработка сигналов, обнаружение и ослабление артефактов, извлечение функций и вычисление ментальных показателей, таких как рабочая нагрузка, вовлеченность, сонливость или бдительность, — все это требует определенного уровня знаний и опыта для правильного определения и извлечения ценной информации из собранных данных.
Модуль ЭЭГ iMotions предлагает несколько инструментов и возможностей для быстрого начала работы с исследованиями ЭЭГ и может выполнять некоторые операции обработки данных автоматически. Ниже мы рассмотрим, как модуль ЭЭГ может помочь в продвижении исследований.

Вернуться к началу

Данные и анализ ЭЭГ

Анализ данных ЭЭГ по общему признанию может быть сложным процессом, поэтому iMotions имеет несколько функций, предназначенных для уменьшения нагрузки на этом этапе.

Фронтальная альфа-асимметрия, показатель, используемый в качестве показателя чувства приближения или избегания, обычно используется для оценки того, насколько привлекателен или отталкивает стимул. Это и спектральная плотность мощности (PSD) могут быть автоматически вычислены в iMotions, а код R, используемый для построения анализа, полностью доступен и прозрачен.

Другие производители, такие как ABM и Emotiv, также могут предоставлять возможность расчета собственных показателей, таких как уровни сонливости или вовлеченности.Эти показатели также предоставляются в программном обеспечении iMotions, что дает вам легкий доступ к подробным сведениям.

Также могут быть части анализа, которые вы хотите исключить или рассмотреть более подробно. iMotions предоставляет инструмент аннотации, который можно использовать либо в режиме реального времени, когда происходит сбор данных, либо после сбора данных. Разметить данные и выбрать определенные сегменты для обработки или экспорта несложно.

Данные, будь то сырые, обработанные или сегментированные, конечно, также могут быть экспортированы в легко переносимые форматы, что позволит вам перенести свой анализ на любую платформу, которую вы предпочитаете.Также имеется информация об использовании компьютера, такая как щелчки мышью и нажатия клавиш, особенно полезная при связывании взаимодействия стимула с данными биосенсора.

Интеграция ЭЭГ

iMotions обеспечивает встроенную интеграцию с восемью различными гарнитурами ЭЭГ от четырех ведущих производителей оборудования для ЭЭГ. Если вы хотите собрать данные с 32-канальных устройств с высокой частотой дискретизации, гибких и беспроводных 24-канальных устройств или измерить фронтальную асимметрию с помощью 8-канального оголовья, iMotions предлагает простые решения для каждого из них.

iMotions также обеспечивает возможность подключения нескольких различных биосенсоров вместе для более глубокого анализа человеческого поведения. Биосенсоры, такие как айтрекеры (экранные, очки или виртуальная реальность), анализ мимики, EDA, ЭКГ и ЭМГ (среди прочего) могут быть легко включены в любой эксперимент.

Отъезд: Исследование человеческого поведения: измерение, анализ и понимание [Шпаргалки]

Данные от этих датчиков дополняют друг друга — каждый предоставляет новую информацию об эмоциональных выражениях, физиологическом возбуждении или визуальном внимании участника, что не является доступно при рассмотрении только ЭЭГ.

Также можно подключить множество других датчиков, которые изначально не интегрированы, с использованием протокола Lab Streaming Layer (LSL). Это позволяет отправлять данные от других датчиков в iMotions и синхронизировать их с другими источниками данных. Это дополняется возможностью использовать открытый API для подключения практически любого другого потока данных. К iMotions можно подключить практически любое устройство для сбора данных, что открывает новые возможности для исследований.

Цены на ЭЭГ

Как и в случае со многими устройствами (и большинством вещей в жизни): вы получаете то, за что платите.Многие из устройств в верхней части ценового диапазона являются особенно продвинутыми устройствами исследовательского класса, которые обеспечивают невероятную чувствительность, а также с большим количеством датчиков. Частично компромисс заключается в том, что для сбора и анализа данных требуется больше времени, но каковы бы ни были ваши потребности — всегда лучше сначала поговорить с экспертами.

Вот почему мы установили диапазон цен, который вы, вероятно, найдете при поиске гарнитуры ЭЭГ, которая идеально подходит для ваших нужд. Трудно определить конкретные цены, поскольку некоторые из них не являются общедоступными или могут быть предметом академических скидок, а также могут колебаться в зависимости от изменения цен в валюте, среди других причин.

Проверьте: Цены на ЭЭГ-гарнитуры — Обзор 15+ ЭЭГ-устройств

Выбор между устройствами, конечно же, лучше всего делать с помощью опытного специалиста, и мы всегда доступны, если вы хотите обсудить ваши потребности. Ниже вы найдете ценовой диапазон гарнитур от ведущих производителей.

ЭЭГ и предъявление стимула

Эксперименты редко бывают похожими, и это отражается в разнообразии типов стимулов. iMotions позволяет на единой платформе представлять практически любую форму стимулов — будь то изображения, видео, аудио, игры, веб-страницы, виртуальная реальность (VR), мобильные устройства или реальный мир (хотя есть аспекты рассмотрите возможность использования ЭЭГ в динамических средах).Устройства ЭЭГ автоматически синхронизируются со стимулами и любыми другими устройствами, которые могут быть подключены, что позволяет iMotions проводить эксперимент за вас.

Полная экспериментальная платформа

iMotions — это полная поведенческая лаборатория в одном программном обеспечении — от проектирования экспериментов, интеграции и синхронизации устройств до представления стимулов, сбора, обработки и экспорта данных. В зависимости от ваших потребностей iMotions также предлагает несколько возможностей анализа, которые могут помочь ускорить экспериментальный процесс.Это означает, что нет необходимости в сложной и дорогостоящей установке программного обеспечения — весь эксперимент можно контролировать и проводить в iMotions.

Вернуться к началу

---

Как процитировать статью:

Брин Франсвот, Что такое ЭЭГ (электроэнцефалография) и как она работает ?, (ДАТА ДОСТУПА), [онлайн] Доступно: https: // imotions.com/blog/what-is-eeg/.

Список литературы

[1] Хармони, Т. (2013). Функциональное значение дельта-колебаний в когнитивной обработке. Frontiers in Integrative Neuroscience .7: 83 10.3389 / fnint.2013.00083

[2] Klimesch, W. (1999). Альфа- и тета-осцилляции ЭЭГ отражают когнитивные способности и память: обзор и анализ. Brain Res. Rev. , 29 (2-3), 169–195

[3] Крейг, А., Тран, Ю., Виджесурия, Н., Нгуен, Х. (2012). Изменения региональной волновой активности мозга, связанные с утомлением. Психофизиология 49: 574–582

[4] Климеш В. (2012). Колебания в альфа-диапазоне, внимание и контролируемый доступ к хранимой информации. Trends Cogn Sci .16 (12): 606–17. 10.1016 / j.tics.2012.10.007

[5] Такахаши, К., Салех, М., Пенн, Р. Д., Хацопулос, Н. Г. (2011). Распространение волн в моторной коре головного мозга человека. Передний Человек Neurosci . 5 (40): 40

[6] Гальдер, С., Агорастос, Д., Вейт, Р., Хаммер, Э. М., Ли, С., Варкути, Б. и др. (2011). Нейронные механизмы управления интерфейсом мозг-компьютер. Neuroimage 55, 1779–1790. Doi: 10.1016 / j.neuroimage.2011.01.021

[7] Цзя, X., Кон, А. (2011).Гамма-ритмы в мозге. PLOS Биология . 9 (4): e1001045 doi: 10.1371 / journal.pbio.1001045

[8] Юваль-Гринберг, С., Томер, О., Керен, А. С., Нелкен, И., Деуэлл, Л. Ю. (2008). Транзиторный индуцированный гамма-диапазонный ответ на ЭЭГ как проявление миниатюрных саккад. Нейрон . 58: 429–41. doi: 10.1016 / j.neuron.2008.03.027

Как осциллограф может измерять ток?

Большинство осциллографов напрямую измеряют только напряжение, а не ток, однако есть несколько способов измерить ток с помощью осциллографа:

1.Измерьте падение напряжения на шунтирующем резисторе — некоторые конструкции источников питания могут иметь шунтирующие резисторы, встроенные в конструкцию для обратной связи. Один из методов — измерить падение дифференциального напряжения на таком резисторе. Обычно это резисторы небольшого номинала, часто менее 1 Ом.

2. Измерение тока с помощью токового пробника — При использовании в сочетании с возможностями измерения напряжения осциллографа, токовые пробники могут обеспечивать широкий спектр важных измерений мощности, таких как мгновенная мощность, средняя мощность и фаза.

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

Измерение тока как падения напряжения на шунтирующем резисторе

Если в блок питания встроен резистор считывания тока («шунтирующий» резистор), это наиболее удобный подход. Измерение падения напряжения на измерительном резисторе с помощью активного дифференциального пробника обеспечит хорошие результаты, если 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 снижению шума в системе измерения.

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

Подключение сенсорного резистора последовательно с нагрузкой требует тщательного проектирования. Когда значение сопротивления
увеличивается, падение напряжения на ампер увеличивается в соответствии с законом
Ома, таким образом улучшая качество измерения тока. Однако рассеиваемая мощность в резисторе увеличивается пропорционально квадрату тока, и необходимо учитывать дополнительное падение напряжения. Кроме того, резисторы добавляют цепи индуктивное сопротивление.И не забывайте, что входная емкость дифференциального пробника появляется параллельно измерительному резистору, образуя RC-фильтр.

Если вы добавляете в схему резистор считывания, постарайтесь добавить его как можно ближе к земле, чтобы минимизировать синфазные сигналы на резисторе, которые измерительная система должна отклонить. И, в отличие от высокопроизводительных токовых пробников, характеристика подавления синфазного сигнала при измерениях дифференциального напряжения имеет тенденцию к падению по частоте, что снижает точность измерений высокочастотного тока с помощью измерительных резисторов.

Измерение тока с помощью токоизмерительного щупа

Прохождение тока через проводник вызывает формирование поля электромагнитного потока вокруг проводника
. Токовые пробники предназначены для измерения силы этого поля и преобразования ее в соответствующее напряжение
для измерения с помощью осциллографа.

Это позволяет просматривать и анализировать формы сигналов тока с помощью осциллографа. При использовании в
в сочетании с возможностями измерения напряжения осциллографом, токовые пробники
также позволяют выполнять широкий спектр измерений мощности.В зависимости от математических возможностей осциллографа формы сигнала
эти измерения могут включать в себя мгновенную мощность
, истинную мощность, полную мощность и фазу.

Существует два основных типа токовых пробников для осциллографов:

• Датчики переменного тока
• Датчики постоянного / переменного тока

Оба типа используют принцип действия трансформатора для измерения переменного тока (AC) в проводнике
. Для работы трансформатора по проводнику должен протекать переменный ток.

Этот переменный ток заставляет магнитное поле нарастать и коллапсировать в соответствии с амплитудой и направлением тока. Когда чувствительная катушка помещается в это магнитное поле, изменяющееся магнитное поле индуцирует пропорциональное напряжение на катушке посредством простого действия трансформатора. Этот связанный с током сигнал напряжения затем преобразуется и может отображаться на осциллографе в виде масштабированного по току сигнала.

Простейшие датчики переменного тока представляют собой пассивные устройства, которые представляют собой просто катушку, которая намотана на магнитный сердечник, например, из ферритового материала,
в соответствии с точными характеристиками.Некоторые из них представляют собой твердотельные тороиды
и требуют, чтобы пользователь проложил проводник через сердечник. В токовых пробниках с разъемным сердечником используется точно разработанная механическая система, которая позволяет открывать сердечник и зажимать его вокруг проводника без разрыва цепи при испытании. Пробники тока с разъемным сердечником обладают высокой чувствительностью и работают без питания, но являются механически жесткими и обычно имеют небольшую апертуру, что может ограничивать их универсальность.

Пробники переменного тока

, основанные на технологии катушки Роговского, являются альтернативой пробникам с твердотельным сердечником и пробникам с разъемным сердечником
.Катушка Роговского использует воздушный сердечник и является механически гибкой,
позволяет открывать катушку и наматывать ее на провод или вывод компонента. И 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 пробники с разъемным сердечником, и для них требуются активные формирователи сигнала 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.В датчиках переменного / постоянного тока используется 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, для работы датчиков переменного / постоянного тока требуется источник питания. Этот источник питания может быть отдельным источником питания или может быть интегрирован в некоторые осциллографы.

Видеообзор того, как измерить ток осциллографом:

Ознакомьтесь с продуктами Tektronix на RS:

типов измерения уровня | Типы датчиков уровня

Два метода измерения уровня;

1. Прямой или механический метод и
2. Косвенные или логические методы.

1. Механический или прямой метод

Прямое измерение уровня просто, почти прямолинейно и экономично; он использует прямое измерение расстояния (обычно высоту) от базовой линии, и используется в основном для местной индикации. Его нелегко адаптировать к методам передачи сигналов для дистанционной индикации или управления.

а. Щупы и проводники

Гибкие тросы с концевыми грузами, называемые цепями или свинцовыми тросами, веками использовались мореплавателями для измерения глубины воды под своими кораблями.Стальная лента с пухлым грузом, похожим на боб и удобно хранящаяся на катушке, до сих пор широко используется для измерения уровня в бункерах мазута и резервуарах для хранения нефти. (см. рисунки ниже)

Несмотря на то, что этот метод кажется грубым, он дает точность около 0,1% на дальностях до 20 футов.

Хотя метод измерения уровня с помощью щупа и выводной линии не имеет себе равных по точности, надежности и надежности, у этого метода есть недостатки.

Во-первых, он требует выполнения действия, которое заставляет оператора прервать свои обязанности для выполнения этого измерения.Не может быть непрерывного представления измерения процесса.

Еще одним ограничением этого принципа измерения является невозможность успешного и удобного измерения значений уровня в сосудах под давлением. Эти недостатки ограничивают эффективность этих средств визуального измерения уровня.

г. Смотровое стекло

Другой простой метод называется смотровым окошком (или стеклом уровня). Он довольно прост в использовании; уровень в стакане стремится к тому же положению, что и уровень в резервуарах.Он обеспечивает непрерывную визуальную индикацию уровня жидкости в технологической емкости или небольшом резервуаре и более удобен, чем щуп для измерения уровня, стержень для измерения уровня и ручные измерительные ленты.

Смотровое стекло A больше подходит для измерения открытого резервуара. В трубке используется металлический шарик для предотвращения вытекания жидкости из манометра. Трубчатое стекло такого типа доступно длиной до 70 дюймов и для давления до 600 фунтов на квадратный дюйм. Сейчас он редко используется.

Смотровое стекло закрытого резервуара B, иногда называемое «отражающим стеклом», используется во многих процессах под давлением и атмосферным давлением.Наибольшее применение находят в резервуарах под давлением, таких как барабаны котлов, испарители, конденсаторы, кубы, резервуары, дистилляционные колонны и другие подобные приложения. Длина датчиков из отражающего стекла составляет от нескольких дюймов до восьми футов, но, как и датчики трубчатого типа, их можно измерять вместе, чтобы обеспечить практически любую длину измерения уровня.

Простота и надежность измерения уровня манометрического типа обуславливает возможность использования таких устройств для локальной индикации. Когда датчики уровня выходят из строя или должны быть выведены из строя для обслуживания, или во время отключения электроэнергии, этот метод позволяет измерять и контролировать процесс вручную.

Однако стеклянные элементы могут загрязняться и ломаться, что создает угрозу безопасности, особенно при работе с горячими, едкими или легковоспламеняющимися жидкостями.

г. Цепной или поплавковый манометр

Рассмотренные ранее визуальные средства измерения уровня по простоте и надежности могут сравниться с приборами поплавкового типа. Доступны многие формы инструментов поплавкового типа, но в каждой из них используется принцип плавучего элемента, который плавает на поверхности жидкости и меняет положение при изменении уровня жидкости.

Для определения уровня из поплавкового положения использовалось множество методов, наиболее распространенными из которых являются поплавок и расположение троса. Принцип действия поплавка и троса показан на следующей диаграмме;

Поплавок соединен со шкивом цепью или гибким тросом, а вращающийся элемент шкива, в свою очередь, соединен с показывающим устройством с измерительной шкалой. Как видно, по мере движения поплавка вверх противовес удерживает трос натянутым, а индикатор перемещается по круговой шкале.

Б. Выводные или косвенные методы

Косвенные или предполагаемые методы измерения уровня зависят от материала, имеющего физические свойства, которые можно измерить и связать с уровнем. Для этой цели были использованы многие физические и электрические свойства, которые хорошо подходят для создания пропорциональных выходных сигналов для дистанционной передачи. В этом методе измерения используются даже самые современные технологии.

В эти методы входят:

A. Плавучесть: —

— сила, создаваемая погруженным телом, равная весу вытесняемой им жидкости.

B. Гидростатический напор: —

сила или вес, создаваемый высотой жидкости.

C. Гидролокатор или ультразвуковой: —

материалов, подлежащих измерению, отражают или воздействуют ощутимым образом высокочастотные звуковые сигналы, генерируемые в соответствующих местах рядом с измеряемым материалом.

D. Микроволновая печь: —

похож на ультразвуковой, но использует микроволновую печь вместо ультразвукового луча.

E. Проводимость: —

в требуемых точках определения уровня измеряемый материал проводит (или перестает проводить) электричество между двумя фиксированными точками зонда или между зондом и стенкой сосуда.

F. Емкость: —

измеряемый материал служит переменным диэлектриком между двумя обкладками фиксированного конденсатора. В действительности, есть два вещества, которые образуют диэлектрик — материал, измерение которого требуется, и паровое пространство над ним.

Общее значение диэлектрической проницаемости изменяется по мере увеличения количества одного материала при уменьшении количества другого.

г. Излучение: —

измеряемый материал поглощает излучаемую энергию. Как и в случае емкостного метода, паровое пространство над измеряемым материалом также имеет характеристики поглощения, но разница в поглощении между ними достаточно велика, чтобы измерение можно было довольно точно связать с измеряемым материалом.

H. Вес:: —

сила веса может быть очень тесно связана с уровнем, когда его плотность постоянна. Однако компоненты с переменной концентрацией или колебаниями температуры представляют трудности.

I. Сопротивление: —

Давление измеряемого материала сжимает два узко разделенных проводника вместе, уменьшая общее сопротивление цепи на величину, пропорциональную уровню.

Дж. Микроимпульс: —

«время пролета», электрические импульсы запускаются и возвращаются с частотой, прямо пропорциональной уровню жидкости.