Напряжение измеряется: Электрическое напряжение: определение, виды, единицы измерения

Содержание

Напряжение, как его понизить и повысить

Электрическое напряжение между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B.

Напряжение и сила тока — две основных величины в электричестве. Кроме них выделяют и ряд других величин: заряд, напряженность магнитного поля, напряженность электрического поля, магнитная индукция и другие. Практикующему электрику или электронщику в повседневной работе чаще всего приходится оперировать именно напряжением и током — Вольтами и Амперами. В этой статье мы расскажем именно о напряжении, о том, что это такое и как с ним работать.

Определение физической величины

Напряжение это разность потенциалов между двумя точками, характеризует выполненную работу электрического поля по переносу заряда из первой точки во вторую. Измеряется напряжение в Вольтах. Значит, напряжение может присутствовать только между двумя точками пространства. Следовательно, измерить напряжение в одной точке нельзя.

Потенциал обозначается буквой «Ф», а напряжение буквой «U». Если выразить через разность потенциалов, напряжение равно:

U=Ф1-Ф2

Если выразить через работу, тогда:

U=A/q,

где A — работа, q — заряд.

Измерение напряжения

Напряжение измеряется с помощью вольтметра. Щупы вольтметра подключают на две точки напряжение, между которыми нас интересует, или на выводы детали, падение напряжения на которой мы хотим измерить. При этом любое подключение к схеме может влиять на её работу. Это значит, что при добавлении параллельно элементу какой-либо нагрузки ток в цепи изменить и напряжение на элементе измениться по закону Ома.

Вывод:

Вольтметр должен обладать максимально высоким входным сопротивлением, чтобы при его подключении итоговое сопротивление на измеряемом участке оставалось практически неизменным. Сопротивление вольтметра должно стремиться к бесконечности, и чем оно больше, тем большая достоверность показаний.

На точность измерений (класс точности) влияет целый ряд параметров. Для стрелочных приборов – это и точность градуировки измерительной шкалы, конструктивные особенности подвеса стрелки, качество и целостность электромагнитной катушки, состояние возвратных пружин, точность подбора шунта и прочее.

Для цифровых приборов — в основном точность подбора резисторов в измерительном делителе напряжения, разрядность АЦП (чем больше, тем точнее), качество измерительных щупов.

Для измерения постоянного напряжения с помощью цифрового прибора (например, мультиметра), как правило, не имеет значения правильность подключения щупов к измеряемой цепи. Если вы подключите положительный щуп к точке с более отрицательным потенциалом, чем у точки, к которой подключен отрицательный щуп — то на дисплее перед результатом измерения появится знак «–».

А вот если вы меряете стрелочным прибором нужно быть внимательным, При неправильном подсоединении щупов стрелка начнет отклоняться в сторону нуля, упрется в ограничитель. При измерении напряжений близких к пределу измерений или больше она может заклинить или погнуться, после чего о точности и дальнейшей работе этого прибора говорить не приходится.

Для большинства измерений в быту и в электронике на любительском уровне достаточно и вольтметра встроенного в мультиметры типа DT-830 и подобных.

Чем больше измеряемые значения — тем ниже требования к точности, ведь если вы измеряете доли вольта и у вас погрешность в 0.1В — это существенно исказит картину, а если вы измеряете сотни или тысяч вольт, то погрешность и в 5 вольт не сыграет существенной роли.

Что делать если напряжение не подходит для питания нагрузки

Для питания каждого конкретного устройства или аппарата нужно подать напряжение определенной величины, но случается, так что имеющийся у вас источник питания не подходит и выдает низкое или слишком высокое напряжение. Решается эта проблема разными способами, в зависимости от требуемой мощности, напряжения и силы тока.

Как понизить напряжение сопротивлением?

Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер.

Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14.7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:

R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

P=(14.7-3.3)*0.02=0.228 Вт

Ближайший по номиналу в большую сторону — резистор на 0.25 Вт.

Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими.

Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока.

Недостаток — выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.

Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?

Если речь вести только о переменном токе, то можно использовать реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление есть только в цепях переменного тока, это связно с особенностями накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности и законами коммутации.

Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления.

Реактивное сопротивление дросселя (и любого индуктивного элемента) зависит от частоты переменного тока (для бытовой электросети 50 Гц) и индуктивности, оно рассчитывается по формуле:

где ω – угловая частота в рад/с, L-индуктивность, 2пи – необходимо для перевода угловой частоты в обычную, f – частота напряжения в Гц.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от его емкости (чем меньше С, тем больше сопротивление) и частоты тока в цепи (чем больше частота, тем меньше сопротивление). Его можно рассчитать так:

Пример использования индуктивного сопротивление — это питание люминесцентных ламп освещения, ДРЛ ламп и ДНаТ. Дроссель ограничивает ток через лампу, в ЛЛ и ДНаТ лампах он используется в паре со стартером или импульсным зажигающем устройством (пусковое реле) для формирования всплеска высокого напряжения включающего лампу. Это связано с природой и принципом работы таких светильников.

А конденсатор используют для питания маломощных устройств, его устанавливают последовательно с питаемой цепью. Такой блок питания называется «бестрансфоматорный блок питания с балластным (гасящим) конденсатором».

Очень часто встречают в качестве ограничителя тока заряда аккумуляторов (например, свинцовых) в носимых фонарях и маломощных радиоприемниках. Недостатки такой схемы очевидны — нет контроля уровня заряда аккумулятора, их выкипание, недозаряд, нестабильность напряжения.

Как понизить и стабилизировать напряжение постоянного тока

Чтобы добиться стабильного выходного напряжения можно использовать параметрические и линейные стабилизаторы. Часто их делают на отечественных микросхемах типа КРЕН или зарубежных типа L78xx, L79xx.

Линейный преобразователь LM317 позволяет стабилизировать любое значение напряжения, он регулируемый до 37В, вы можете сделать простейший регулируемый блок питания на его основе.

Если нужно незначительно снизить напряжение и стабилизировать его описанные ИМС не подойдут. Чтобы они работали должна быть разница порядка 2В и более. Для этого созданы LDO(low dropout)-стабилизаторы. Их отличие заключается в том, что для стабилизации выходного напряжение нужно, чтобы входное его превышало на величину от 1В. Пример такого стабилизатора AMS1117, выпускается в версиях от 1.2 до 5В, чаще всего используют версии на 5 и 3.3В, например в платах Arduino и многом другом.

Конструкция всех вышеописанных линейных понижающих стабилизаторов последовательного типа имеет существенный недостаток – низкий КПД. Чем больше разница между входным и выходным напряжением – тем он ниже. Он просто «сжигает» лишнее напряжение, переводя его в тепло, а потери энергии равны:

Pпотерь = (Uвх-Uвых)*I

Компания AMTECH выпускает ШИМ аналоги преобразователей типа L78xx, они работают по принципу широтно-импульсной модуляции и их КПД равен всегда более 90%.

Они просто включают и выключают напряжение с частотой до 300 кГц (пульсации минимальны). А действующее напряжение стабилизируется на нужном уровне. А схема включения аналогичная линейным аналогам.

Как повысить постоянное напряжение?

Для повышения напряжения производят импульсные преобразователи напряжения. Они могут быть включены и по схеме повышения (boost), и понижения (buck), и по повышающе-понижающей (buck-boost) схеме. Давайте рассмотрим несколько представителей:

1. Плата на базе микросхемы XL6009

2. Плата на базе LM2577, работает на повышение и понижение выходного напряжения.

3. Плата преобразователь на FP6291, подходит для сборки 5 V источника питания, например powerbank. С помощью корректировке номиналов резисторов может перестраиваться на другие напряжения, как и любые другие подобные преобразователь – нужно корректировать цепи обратной связи.

4. Плата на базе MT3608

Здесь всё подписано на плате – площадки для пайки входного – IN и выходного – OUT напряжения. Платы могут иметь регулировку выходного напряжения, а в некоторых случая и ограничения тока, что позволяет сделать простой и эффективный лабораторный блок питания. Большинство преобразователей, как линейных, так и импульсных имеют защиту от КЗ.

Как повысить переменное напряжение?

Для корректировки переменного напряжения используют два основных способа:

1. Автотрансформатор;

2. Трансформатор.

Автотрансформатор – это дроссель с одной обмоткой. Обмотка имеет отвод от определенного количества витков, так подключаясь между одним из концов обмотки и отводом, на концах обмотки вы получаете повышенное напряжение во столько раз, во сколько соотносится общее количество витков и количество витков до отвода.

Промышленностью выпускаются ЛАТРы – лабораторные автотрансформаторы, специальные электромеханические устройства для регулировки напряжения. Очень широко применение они нашли в разработке электронных устройств и ремонте источников питания. Регулировка достигается за счет скользящего щеточного контакта, к которому подключается питаемое устройство.

Недостатком таких устройств является отсутствие гальванической развязки. Это значит, что на выходных клеммах может запросто оказаться высокое напряжение, отсюда опасность поражения электрическим током.

Трансформатор – это классический способ изменения величины напряжения. Здесь есть гальваническая развязка от сети, что повышает безопасность таких установок. Величина напряжения на вторичной обмотке зависит от напряжений на первичной обмотки и коэффициента трансформации.

Uвт=Uперв*Kтр

Kтр=N1/N2

Отдельный вид – это импульсные трансформаторы. Они работают на высоких частотах в десятки и сотни кГц. Используются в подавляющем большинстве импульсных блоках питания, например:

— Зарядное устройство вашего смартфона;

— Блок питания ноутбука;

— Блок питания компьютера.

За счет работы на большой частоте снижаются массогабаритные показатели, они в разы меньше чем у сетевых (50/60 Гц) трансформаторов, количество витков на обмотках и, как следствие, цена. Переход на импульсные блоки питания позволил уменьшить габариты и вес всей современной электроники, снизить её потребление за счет увеличения кпд (в импульсных схемах 70-98%).

В магазинах часто встречаются электронные траснформаторы, на их вход подаётся сетевое напряжение 220В, а на выходе например 12 В переменное высокочастотное, для использования в нагрузке которая питается от постоянного тока нужно дополнительно устанавливать на выход диодный мост из высокоскоростных диодов.

Внутри находится импульсный трансформатор, транзисторные ключи, драйвер, или автогенераторная схема, как изображена ниже.

Достоинства – простота схемы, гальваническая развязка и малые размеры.

Недостатки – большинство моделей, что встречаются в продаже, имеют обратную связь по току, это значит что без нагрузки с минимальной мощностью (указано в спецификациях конкретного прибора) он просто не включится. Отдельные экземпляры оборудованы уже ОС по напряжению и работают на холостом ходу без проблем.

Используются чаще всего для питания 12В галогенных ламп, например точечные светильники подвесного потолка.

Заключение

Мы рассмотрели базовые сведения о напряжении, его измерении, а также регулировки. Современная элементная база и ассортимент готовых блоков и преобразователей позволяет реализовывать любые источники питания с необходимыми выходными характеристиками. Подробнее о каждом из способов можно написать отдельную статью, в пределах этой я постарался уместить базовые сведения, необходимые для быстрого подбора удобного для вас решения.

Ранее ЭлектроВести писали о топе-5 самых безумных батарей будущего

По материалам: electrik.info.

 

Напряжения — глоссарий технических терминов

Напряжение в механике — это мера интенсивности распределения внутренних сил R в окрестности точки в пределах данного сечения площадью A.

Таким образом, напряжения p измеряются в единицах силы, отнесенной к единице площади dA
Полные напряжения в точке
Единица измерения напряжений — Паскаль (Н/м2=Па).
Рассмотрим подробнее:

Система приложенных к телу внешних нагрузок, приводит к возникновению в его сечениях внутренней силы R и момента M

Внутренние сила и момент в сечении бруса

При этом надо понимать что внутренняя сила и внутренний момент воздействуют на всё сечение бруса в целом.

Выделим в рассматриваемом сечении элементарную площадку dA бесконечно малой площади.

Элементарная площадка в сечении бруса

Полное напряжение – часть внутренних усилий, приходящаяся на конкретную точку сечения.

Вектор полного напряжения в точке

Обозначение полного напряжения в точке – p.
Единица измерения – Паскаль [Па] (Н/м2).

Ввиду того, что большинство конструкционных материалов обладает высокой прочностью часто напряжения, возникающие в них, измеряются в кратных величинах, например мегапаскаль [МПа].

В общем случае вектор полного напряжения в точке может располагаться под любым углом к сечению. В таких случаях для существенного упрощения расчетов его удобно раскладывать на составляющие (проекции):

Нормальное и касательное напряжения

Проекция вектора полного напряжения p на нормаль к сечению называется нормальным напряжением и обозначается через σ, а проекция вектора полного напряжения на плоскость сечения называется касательным напряжением и обозначается через τ.

Разложение вектора полного напряжения на две указанные составляющие имеет конкретный физический смысл – с нормальным напряжением связано разрушение путем отрыва, а с касательным – разрушение путем сдвига или среза.

В частных случаях (например при растяжении-сжатии и кручении) в поперечных сечениях бруса имеют место только нормальные и только касательные напряжения соответственно.

При решении таких задач, величина нормальных и касательных напряжений сравнивается с соответствующими допустимыми значениями напряжений.

Примеры расчета напряжений >>

Если напряжение измеряется между двумя точками на проводе, если между ними нет сопротивления, разве напряжение равно нулю?

Кажется, у вас есть напряжение и ток, связанные между собой.

Напряжение более правильно называется электродвижущей силой . Само по себе оно не течет и не передает энергию.

Ток (обычно измеряется в амперах) является мерой того, сколько электрического заряда движется в единицу времени. Сам по себе ток также не является потоком энергии.

Поток энергии называется силой . Чтобы получить питание, вам нужны ток ( ) и напряжение ( ). Мощность равна произведению двух:ЕIIEE

P=IEP=IE

Это помогает думать об этом с точки зрения аналогичных механических систем, поскольку мы можем наблюдать механические системы непосредственно своими чувствами. Механические системы также имеют мощность, где она равна произведению силы и скорости:

P=FvP=Fv

Если у вас есть сила, но нет скорости, у вас нет силы. Примером может служить резиновая полоса, натянутая между двумя неподвижными опорами. Полоса оказывает усилие на опоры. Это напряжение — потенциальная энергия. Но ничто не движется, и ни одна из этой энергии, накопленной в растянутой полосе, не переносится ни на что другое.

Однако, если полоса может перемещать опоры, теперь у нас есть скорость. Когда полоса перемещает опоры, энергия, накопленная в растянутой полосе, будет преобразована в кинетическую энергию в опорах. Скорость, с которой происходит передача энергии, является мощностью.

Напряжение — это сила, которая перемещает электрический заряд. Ток — это скорость электрического заряда. Сопротивление — это как легко перемещать опоры.

Вот механическая система, которая больше похожа на вашу схему:

У нас есть жесткое кольцо, прикрепленное к двигателю, которое прикладывает некоторую силу для его поворота. Также к кольцу прикреплен тормоз, который сопротивляется повороту кольца. Чтобы эта аналогия была правильной, это должен быть тормоз, который обеспечивает силу, пропорциональную скорости движения кольца через него. Представьте, что он соединен с вентилятором, поэтому, когда кольцо вращается быстрее, вентилятор вращается быстрее, создавая более аэродинамическое сопротивление .

Если двигатель прикладывает усилие 1 , то тормоз должен прикладывать равную силу в противоположном направлении. Если сила тормоза не равна силе двигателя, то кольцо будет испытывать суммарную силу, которая будет ускорять или замедлять его, пока сила тормоза не станет равной, и кольцо не начнет вращаться с постоянной скоростью. Таким образом, если сила двигателя постоянна, скорость кольца является функцией силы тормоза. Это аналогично закону Ома.1kN1kN

Какие еще силы действуют на ринге? Поскольку мы рассматриваем идеализированную систему без трения, ее нет. Если вы должны были вставить тензодатчики в точках A и B, вы бы измерили разницу между ними. B сжимается, когда двигатель толкает кольцо в тормоз против его сопротивления, а A растягивается, когда двигатель высасывает его из тормоза.

Но в чем разница между B и C? здесь ничего нет. Если это не очевидно интуитивно, учтите, что вы должны вырезать зазор в кольце и вставить руку, чтобы эта машина могла разбить его. Есть ли момент, когда вы бы предпочли это сделать? Нет, ваша рука будет одинаково разбита независимо от того, где вы делаете это на левой стороне ринга.

Усилия, измеряемые тензодатчиками, аналогичны напряжению. Мы можем измерять только напряжения относительно некоторого другого напряжения. Вот почему ваш вольтметр имеет два датчика. Куда бы вы ни положили, черный вывод определяется как «0 В». Итак, сценарий, который вы представляете в своем вопросе, похож на измерение разницы между B и C: он равен нулю.

Это кажется немного странным, потому что мы знаем, что существует сила сжатия на всей этой стороне кольца. Кажется, что это должно быть хорошо для чего-то. Но учтите: вес всего газа в атмосфере Земли приводит к давлению на уровне моря около 15 фунтов на квадратный дюйм. Означает ли это, что мы можем сделать машину, которая работает только потому, что она подвержена этому давлению? Нет. Чтобы работать с этим атмосферным давлением, нам нужна разница в давлении. Без разницы мы не можем заставить воздух двигаться. Рассмотрим снова определения силы, приведенные выше, и должно стать ясно, насколько это верно.

Эффективное / Полное напряжение в грунте | Напряжение в массиве грунта | GEO5

Эффективное / Полное напряжение в грунте

class=»h2″>

Вертикальное рабочее напряжение σz определяется следующим образом:

где:

σz

вертикальное рабочее общее напряжение

γef

вес погруженной единицы грунта

z

глубина под поверхностью земли

γw

удельный вес воды

Данное выражение в общей форме описывает т.н. концепцию действительного напряжения:

где:

σ

общее напряжение

σef

действительное напряжение (активное)

u

нейтральное напряжение (давление поровой воды)

Общее, действительное и нейтральное напряжение в грунте

Концепция действительного напряжения действительно только для рабочего напряжения σ, поскольку сдвиговое напряжение τ не передается водой, а, значит, не действует. Общее напряжение определяется с помощью основных понятий теоретической механики, действительное напряжение определяется как разница между общим напряжением и нейтральным (пластовым) давлением (всегда рассчитывается, его нельзя измерить). Поровое давление определяется лабораторными или эксплуатационными испытаниями, либо расчетным способом. Ответ на вопрос выбора напряжения для расчёта — эффективного (общего) или полного (действительного) — не однозначен. Следующая таблица может служить своего рода общими рекомендациями для большинства случаев. Необходимо помнить, что полное напряжение зависит от того, как на грунт действует собственный вес и внешние факторы. Что касается порового давления, то считается, что для текущей поровой воды поровое давление равно гидродинамическому давлению, а при отсутствии движения — гидростатическому. Для частично насыщенных грунтов с более высоким поровым давлением необходимо учитывать тот факт, что оно присутствует и в воде и в воздухе.

Принимаемые условия

Дренированный слой

Недренированный слой

Краткосрочные

эффективное напряжение

полное напряжение

Долгосрочные

эффективное напряжение

эффективное напряжение

В слоевом подгрунте в многослойной среде с разным удельным весом грунтов в отдельных горизонтальных слоях вертикальное полное напряжение определяется как сумма тяжести всех слоев грунта над рассматриваемой точкой и порового давления:

где:

σz

вертикальное рабочее общее напряжение (нормальное)

γ

удельный вес грунта

— удельный вес грунта в естественном для грунта состоянии над уровнем грунтовых вод и сухими слоями

— удельный вес грунта под водой в иных случаях

d

глубина уровня грунтовых вод ниже поверхности земли

z

глубина от поверхности земли

γw

удельный вес единицы воды

Напряжение (сопромат)

Напряженное состояние в точке тела является ключевым понятием в сопромате. Необходимость введения понятия напряжения в точке для суждения об интенсивности внутренних сил в некоторой точке сечения стержня вызвана неравномерным распределением внутренних сил по длине и поперечному сечению в общем случае нагружения.

Напряжение в точке тела K (обозначено буквой p) – это интенсивность внутренней силы , возникающей на бесконечно малой площадке в окрестности данной точки (рис. 1.4, а).

В количественном выражении .

Понятие о напряжении в точке твердого тела в некотором смысле напоминает понятие о давлении, действующем, например, внутри жидкости. Однако давление в точке жидкости одинаково во всех направлениях. Если проведем через точку K тела другое сечение, иной будет внутренняя сила. Следовательно, иным будет и напряжение, хотя оно возникает в той же самой точке K.

Напряжение в точке тела в разных направлениях (на разных площадках, проходящих через данную точку тела) может быть различным (в частности, оно может возникать только в одном направлении).

Понятие о напряжении в точке деформируемого твердого тела ввел в 1822 г. французский ученый Огюстен Луи Коши.

Основную роль в расчетах прочности играет не полное напряжение p, а его проекции на оси координат x, y и z: нормальное напряжение ( – сигма), направленное по перпендикуляру к площадке (параллельно оси z), и касательные напряжения ( – тау), лежащие в плоскости сечения и направленные, соответственно, вдоль осей x и y (рис. 1.4, б). Первый индекс у касательных напряжений характеризует нормаль к площадке z, на которой они возникают.

Между полным (), нормальным () и касательными напряжениями ( и ) существует зависимость:

.

Касательные напряжения служат мерой тенденции одной части сечения смещаться (или скользить) относительно другой его части.

Единицы нормальных и касательных напряжений в СИ – паскаль (Па). Один паскаль – это напряжение, при котором на площадке в один квадратный метр возникает внутренняя сила, равная одному ньютону (то есть равная, приблизительно, весу одного яблока). Как мы увидим в дальнейшем, эта единица напряжения мизерно мала. В сопромате чаще используются другие единицы:

1 МПа = 106 Па; 1 кН/см2 = 107 Па.

В технической системе единиц напряжения измеряются в килограммах силы на миллиметр (сантиметр) в квадрате (кгс/мм2 или кгс/см2) . Следует запомнить, что 1 кН/см2 » 1 кгс/мм2.

Измерение напряжения: 3 используемых прибора, примеры

Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.

Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.

Используемые приборы

В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы. 

В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:

  • Вольтметры;
  • Мультиметры
  • Осциллографы.

Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.

Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.

Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими  параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.

Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При  этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.

Измерение напряжения в сети

Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.

Рис. 1. Схема измерения напряжения

Если говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.

Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.

С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.

Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.

Постоянного тока

Рис. 2. Измерение напряжения постоянного тока

Для цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:

  1. Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
  2. Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
  3. Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Приложите щупы мультиметра  сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.

На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений. Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.

Переменного тока

Рис. 3. Измерение переменного напряжения

В цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».

В остальном процесс измерения идентичен:

  1. Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как  V со значком «~» или аббревиатурой AC.
  2. Установите ручкой деление на нужный предел по принципу ближайшего большего потенциала относительно измеряемого номинала. 
  3. Выполните подключение щупов к соответствующим выводам: черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Подключите измерительный прибор к нужному устройству, заметьте, что полярность щупов здесь значения не имеет.

На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.

Реальные примеры измерения напряжения

Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.

Рис. 4. Пример измерения напряжения на батарейке

Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.

При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.

Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.

Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.

Видео по теме

Метод измерения действующего значения напряжения с применением МК / Хабр

    В данном посте речь пойдет об одном из вариантов измерения действующего значения напряжения и частоты сети на 8-ми битном микроконтроллере PIC18. При желании, можно метод перенести на любой другой МК, вплоть до всеми любимых ARDUINO (если они поддерживают реализацию прерываний по таймеру с частотой 5-10 кГц).

    Также, рассматриваемый метод позволяет измерять частоту сетевого напряжения без использования внешних дополнительных средств, таких как компараторы. Но, при этом приходится жертвовать либо временными ресурсами МК, либо точностью измерения частоты.


    Почему важно измерять действующее значение, а не какое либо другое, например, средневыпрямленное? Большинство “китайских” электронных вольтметров измеряют сетевое напряжение по средневыпрямленному значению. Методика измерения следующая: за период сетевого напряжения делается выборка из N значений амплитуды напряжения, результаты суммируются (без знака), делятся на N (усредняются), после чего полученный результат умножается на коэффициент


    Указанный коэффициент определяет зависимость действующего значения синусоидального (!) сигнала от средневыпрямленного.

    Такая методика измерения проста, не требует много ресурсов микроконтроллера (как временных, так и ресурсов памяти). Основным недостатком такой методики измерения является большая ошибка измерения на несинусоидальных сигналах.

    Как все знают, изменение сигнала сетевого напряжения подчиняется синусоидальному закону (вследствие применения синхронных генераторов на электростанции), с частотой изменения сигнала 50 Гц (60 Гц). Однако, на практике вследствие влияния сторонних факторов (в основном подключение к сети мощных нелинейных нагрузок), а также применения инверторов с квазисинусоидальным выходным напряжением (см. рисунок), синусоида напряжения либо значительно искажается, либо заменятся прямоугольными импульсами. В таких случаях указанный выше метод измерения даст очень большую погрешность (например, в квазисинусоидальных инверторах выходное напряжение, измеренное “китайским» вольтметром может быть равно 180-200В, в то время как действующее напряжение будет равно 220В ).


    Например, напряжение у меня дома

    Почему важно измерять именно действующее значение напряжения (тока)? Потому что именно действующие (еще называют его эффективными) значения напряжения и тока определяют работу электрической системы (грубо говоря, электронагреватель выделяет тепло в прямой зависимости от действующих значений напряжения и тока сети).
    Действующее значение измеряемой периодической величины рассчитывается по формуле

    Или после дискретизации получим

    Т.е. нам нужно делать выборку ряда значений за период сетевого напряжения, просуммировать значения квадратов точек выборки, поделить на количество точек за период (при определении количества точек выборки не забываем про теорему Котельникова-Шеннона), и взять квадратный корень из полученного результата.
    Вроде бы ничего сложного, если бы не но:
      1)  Каждый период точки выборки набираются заново, что увеличивает погрешность измерения;
      2)  В реальной сети, около нуля напряжения, могут встречаться как “нулевые полки”, так и повторные переходы через ноль напряжения, что значительно внесет погрешность в измерение.
    С первым пунктом будем бороться измерением измерением суммы квадратов точек выборки за каждый полупериод, после чего суммируя n-ую сумму квадратов с (n+1)-й и откидывая (n-1)-ую.
    Со вторым пунктом будем бороться введением зон нечувствительности по напряжению (введем границы напряжения перехода через ноль с положительной и отрицательной сторон) обычно 5-10 В в обе стороны, а также зон нечувствительности по частоте (ограничим допустимую частоту сигнала напряжения).

    Таким образом, мы получим рассчитанное значение действующего значения сетевого напряжения за период на каждом полупериоде сетевого напряжения.

    Частота напряжения вычисляется по формуле:

где Fд — частота дискретизации (для удобства и увеличения точности измерения частоты выбрана равной 10 кГц (период выборки — 100 мкс)).
    Теперь рассмотрим структурную схему измерительной части (в реальной схеме следует добавить фильтрующие и защитные элементы).2/R) — чтобы не превышала допустимой мощности резисторов. Плечи дифференциального усилителя тоже делаем равными. Тогда, напряжение в точке 1 рассчитывается по формуле:

А напряжение в точке 1 будет иметь вид:

    Также, половина опорного напряжения подается на один из каналов АЦП. Это позволяет в постоянном режиме (например, один раз за период) определять положение уровня нуля измеряемого напряжения.
Т.е. мы обошлись операционным усилителем с однополярным питанием, и наш входной сигнал в точке 1 изменяется от 0 до Uоп. Такой способ дает достаточно точные результаты, по сравнению, например, с выпрямлением напряжения с помощью диодов.
    Расчет делителя и коэффициента АЦП сводится к следующему:

где A и В — замеры АЦП (за вычетом измеренного значения нуля сигнала — AN1) для текущего и предыдущего полупериодов; N1, N2 — число замеров для текущего и предыдущего полупериодов; Nadс — разрядность АЦП; U’оп — опорное напряжение за вычетом зон нелинейности (нечувствительности) операционного усилителя (обычно 0,6 В).
    Расчет делителя удобно проводить считая сигнал постоянным, приведенным к амплитуде синусоидального, а не синусоидальным. Тогда действующее значение сигнала равно амплитудному и равно значению каждого замера.
Например, нужно рассчитать делитель для измерения максимального значения 420В переменного тока:

Сопротивление Ra выбирается в диапазоне от 500 кОм до 1500 кОм. По выбранному сопротивлению Ra рассчитывается Rb.
    В итоге, алгоритм расчета действующего значения напряжения и частоты примет вид:

При этом часть затратных расчетов (деление, извлечение корня) можно перенести из прерывания в основную программу.

    При расчете действующих значений на 8-ми битном МК целесообразно пользоваться целочисленными методами (с использованием масштабных коэффициентов) не прибегая к расчетам с плавающей запятой, а также упрощать по возможности арифметические операции (деление, изъятие квадратного корня и проч.). Это значительно экономит ресурсы МК.

Что такое измерение напряжения? (с иллюстрациями)

Измерение напряжения выполняется во многих приложениях с помощью вольтметра, который представляет собой переносное устройство, которое измеряет разность потенциалов или напряжений между положительной и отрицательной клеммами, которые находятся в контакте с точками в проводящей электрической цепи. Поскольку напряжение определяется как разность потенциалов между двумя точками в проводящей цепи, существует множество цепей, которые также имеют встроенную способность измерения напряжения.Напряжение определяется как электрическая разность между двумя точками в цепи, которая передает ток в один ампер и рабочую энергию в один ватт, и является важной характеристикой любого электрического устройства.

Когда происходит измерение напряжения, если показание показывает положительное значение, это означает, что устройство измерения напряжения отображает истинный характер протекания тока в цепи от положительного провода через устройство измерения напряжения к отрицательному выводу и обратно в схему.Если вольтметр показывает отрицательное значение, это означает, что положительный и отрицательный выводы поменяны местами, и ток фактически течет в обратном направлении. Независимо от того, как выводы вольтметра размещены в точках цепи, измерение напряжения является индикатором только разности потенциалов в двух точках цепи и, строго говоря, является переменным измерением, а не измерением фактического протекания тока.

Ток в цепи течет от положительного к отрицательному потенциалу.Вольтметры показывают это как положительное значение на показаниях. Верно также и то, что реальный физический поток электронов в схемах имеет противоположное направление от отрицательного к положительному, что является уравновешивающим эффектом протекания тока. Измерение напряжения часто путают с протеканием тока, но на самом деле протекание тока измеряется в амперах, в то время как напряжение можно рассматривать как моментальный снимок разницы в электрическом потенциале в двух точках цепи.

Когда устройство измерения напряжения работает, оно также перенаправляет часть тока в цепи в процессе его измерения через устройство.Это изменяет фактическое напряжение цепи, пока подключен вольтметр. Однако большинство вольтметров построены таким образом, чтобы оказывать очень незначительное влияние на характеристики цепи во время таких измерений.

К другим типам внешних и встроенных схемных устройств, измеряющих напряжение, относятся карты осциллографа и аналого-цифрового преобразователя (A / D) в компьютерах.Некоторые устройства также измеряют больше, чем просто напряжение, например, измерение комбинированного напряжения и тока или сопротивление цепи, и эти единицы называются мультиметрами. Многие современные версии устройств измерения напряжения являются цифровыми и обеспечивают одно дискретное считываемое значение, и в случае мультиметров их обычно называют цифровыми мультиметрами (DMM).

Ранние формы вольтметров были построены на аналоговом принципе непрерывного измерения значения напряжения и имели градуированный датчик со стрелкой, которая колебалась вверх и вниз при изменении напряжения.В этом отношении они до некоторой степени напоминают показания осциллографа, который обеспечивает графическое отображение непрерывного измерения напряжения в течение заданного периода времени. В компьютерах используются аналого-цифровые преобразователи для измерения напряжения и преобразования измерения в двоичный сигнал, который понимает компьютер. Эти устройства также принимают истинное входное напряжение с точки зрения аналогового сигнала и изменяют его на цифровое значение, которое может анализировать программное обеспечение на компьютере.

Низковольтные методы измерения | Tektronix

Как показано на рис. 2b, , измеряемые вольтметром напряжения включают ошибку из-за увеличения термоэлектрического напряжения в цепи и больше не имеют одинаковой величины.Однако абсолютная разница между измерениями составляет ошибку на постоянную величину в 100 нВ, поэтому этот член можно отменить. Первый шаг — вычислить дельта-напряжение. Первое дельта-напряжение (V a ) равно:

В a = шаг в отрицательном направлении = (В 1 — В 2 ) / 2 = 2,45 мкВ

Напряжение второго треугольника (В b ) создается на шаге положительного тока и равно:

В b = прямой шаг = (V 3 — V 2 ) / 2 = 2.55 мкВ

Термоэлектрическое напряжение добавляет отрицательный член ошибки в Va и положительный член ошибки при вычислении Vb. Когда тепловой дрейф является линейным, эти члены погрешности равны по величине. Таким образом, мы можем отменить ошибку, взяв среднее значение V a и V b :

.

В f = окончательное значение напряжения = (В a + В b ) / 2 = ½ [(В 1 — В 2 ) / 2 + (В 3 — В 2 ) ) / 2] = 2,5 мкВ

Дельта-метод исключает ошибку из-за изменения термоэлектрического напряжения

Следовательно, измерение вольтметра — это напряжение, индуцированное только стимулирующим током.По мере продолжения чередования каждое последующее чтение представляет собой среднее значение трех последних аналого-цифровых преобразований.

Трехступенчатый дельта-метод — лучший выбор для высокоточных измерений сопротивления. Рисунок 3 сравнивает 1000 измерений резистора 100 Ом, выполненных с испытательным током 10 нА в течение примерно 100 секунд. В этом примере скорость изменения термоэлектрического напряжения составляет не более 7 мкВ / с. Двухступенчатый дельта-метод колеблется на 30% по мере дрейфа напряжения термоэлектрической ошибки.Напротив, трехступенчатый дельта-метод имеет гораздо более низкий уровень шума — на измерение не влияют термоэлектрические изменения в испытательной цепи.

Как измеряется напряжение?

Спросил: Алена Виндлер
Оценка: 4.9 / 5 (54 голоса)

При измерении напряжения рассматривается разность потенциалов между двумя точками. Другими словами, они смотрят на разницу электрического давления в двух точках. … Напряжение измеряется просто , помещая цифровой мультиметр в две точки , где должно быть измерено напряжение.

Что такое напряжение и как оно измеряется?

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через проводящую петлю, позволяя им выполнять такую ​​работу, как включение света. Короче говоря, напряжение = давление , и оно измеряется в вольтах (В).

Что такое измерение напряжения?

Обзор измерения напряжения

Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками электрической или электронной цепи, выраженная в вольтах.Он измеряет потенциальную энергию электрического поля, которая вызывает электрический ток в электрическом проводнике.

Как в физике измеряется напряжение?

Напряжение измеряется в вольтах, часто сокращенно до В. Напряжение на компоненте в цепи измеряется с помощью вольтметра . Вольтметр необходимо подключить параллельно компоненту.

Какая сейчас формула?

Текущая формула имеет вид I = V / R .Единица измерения тока в системе СИ — Ампер (Ампер).

Найдено 16 похожих вопросов

Почему мы измеряем напряжение?

В то время как измерения тока говорят нам о потоке заряда (кулон в секунду), измерения напряжения предоставляют информацию о мощности, рассеиваемой этим зарядом (ватт на ампер) в различных частях цепи . Мы действительно считаем важным не зайти слишком далеко с детьми младшего возраста.

Какие бывают два типа напряжения?

Два распространенных типа напряжения: Постоянный и переменный ток

Есть два распространенных способа передачи электрической энергии: постоянный ток и переменный ток.

В чем разница между ампер и вольт?

Напряжение и сила тока — это два показателя электрического тока или потока электронов. Напряжение — это мера давления, которое позволяет электронам течь, а сила тока — это мера объема электронов. … Из этих двух наибольший риск представляет сила тока.

В чем разница между током и напряжением?

Ток — это скорость, с которой электрический заряд проходит через точку в цепи.Другими словами, ток — это скорость протекания электрического заряда. Напряжение, также называемое электродвижущей силой, представляет собой разность потенциалов заряда между двумя точками электрического поля. … Напряжение — это причина, а ток — это следствие.

Как вы читаете напряжение на мультиметре?

Как измерить напряжение переменного тока

  1. Поверните циферблат в положение ṽ. Некоторые цифровые мультиметры (DMM) также включают m ṽ….
  2. Сначала вставьте черный провод в разъем COM.
  3. Затем вставьте красный провод в гнездо VΩ. …
  4. Подключите щупы к цепи: сначала черный, затем красный. …
  5. Считайте результат измерения на дисплее.

Что создает напряжение?

Простой ответ заключается в том, что электрических потенциалов , как и электрические поля, — это всего лишь способ охарактеризовать то, как заряженные частицы взаимодействуют друг с другом.Итак, заряженные объекты создают напряжение аналогично тому, как они создают электрические поля и взаимодействуют друг с другом.

Как перевести из вольт в ватты?

Формула для преобразования напряжения в ватты: Вт = амперы x вольт.

Батарея переменного или постоянного тока?

Батареи и электронные устройства, такие как телевизоры, компьютеры и DVD-плееры, используют электричество постоянного тока — как только переменный ток поступает в устройство, он преобразуется в постоянный ток.Типичная батарея обеспечивает около 1,5 вольт постоянного тока.

Сколько вольт в трехфазной линии?

Для трехфазного тока вы подключаете линию 1 к линии 2 и получаете 208 вольт . В то же время вы [можете] подключить линию 2 к линии 3 и получить 208 вольт. И вы [можете] соединить линию 3 с линией 1 и получить 208 вольт.

Сколько ампер в трехфазном?

Например, трехфазная цепь, использующая мощность 25000 Вт и сетевое напряжение 250, будет иметь ток 25000 / (250 x 1.73), что равно 57,80 ампер .

Какое напряжение в аккумуляторной батарее?

Что такое напряжение батареи? … Напряжение составляет единица силы тока в вашей батарее и измеряется в вольтах. Если вы думаете о своей батарее как о водопроводной трубе, напряжение будет представлять собой давление воды в трубе. Это давление заставляет ток течь через батарею, обеспечивая питание вашего устройства.

Какой диапазон амперметра?

Амперметр имеет диапазон 0–3 ампер и имеет 30 делений на его шкале.

Какие 4 основных единицы электричества?

Таким образом, четыре основных единицы электричества — это вольт, ампер, ом и ватт.

Сколько вольт в кулонах?

Определение вольта

Вольт — электрическая единица измерения напряжения или разности потенциалов (обозначение: В). Один вольт определяется как потребление энергии в один джоуль на один электрический заряд в один кулон.

Что такое единица измерения силы тока и напряжения?

Напряжение измеряется в единицах измерения вольт (В) . Сила тока измеряется в амперах или амперах (А). Сопротивление измеряется в омах (Ом).

Выполнение точных измерений напряжения постоянного тока при наличии сигналов переменного тока последовательного режима

Авторы: Пол Робертс и Мартин Эдвардс.Fluke Precision Measurement Ltd.

1. Аннотация

Точные измерения напряжения постоянного тока обычно не производятся при наличии значимых сигналов переменного тока режима серии
. Нежелательные сигналы помех можно избежать за счет использования соответствующих конфигураций проводов и защиты
, а также других передовых методов измерения. Однако есть некоторые приложения
, в которых присутствует содержание переменного тока — одним из примеров является выход многопереходных термопреобразователей
, где относительно высокая связь между нагревателем и термочувствительными элементами
приводит к значительному содержанию переменного тока в выходном напряжении постоянного тока.Другой — измерение смещения постоянного тока
на выходе источника переменного тока. В этой статье исследуются типичные реакции прецизионного цифрового мультиметра
(DMM) на последовательные сигналы в режиме переменного тока и их отклонение, рассматривается, как архитектура конструкции
влияет на отклик, и предлагаются полезные тактики избегания для сохранения точности измерения
.

2. Справочная информация

Функция постоянного напряжения цифрового мультиметра предназначена для измерения сигналов, которые представляют собой по существу прямые напряжения
с минимальным содержанием переменного тока в последовательном (нормальном) режиме.Фактически, некоторая часть содержимого сигнала переменного тока или прием сигнала
могут быть неизбежными, и конструкции цифрового мультиметра используют ряд функций для удаления или отклонения содержимого переменного тока
и реагирования только на средний уровень постоянного тока. В прецизионных приложениях большие количества сигнала
переменного тока обычно не присутствуют, но бывают случаи, когда некоторое содержание переменного тока
неизбежно и отклик цифрового мультиметра, хотя и минимальный, может быть значительным по сравнению с требуемой точностью
. Одним из таких случаев является использование нановольтметра для измерения выходной мощности многопереходного термопреобразователя
(MJTC), где относительно высокая связь между нагревателем и термочувствительными элементами
приводит к значительному содержанию переменного тока в выходном напряжении постоянного тока.Недавнее международное сравнение измерений разности переменного и постоянного тока
выявило специфические проблемы
, с которыми столкнулись несколько групп, использующих планарные MJTC. Филипски и Бёкер [1] также
исследовали эти проблемы и обнаружили, что один конкретный вид нановольтметра генерирует
значительных синфазных ошибки, зависящих от частоты. Было обнаружено, что наблюдаемый эффект различается по величине и знаку
с другими нановольтметрами того же типа. Во время аналогичного сравнения
Early [2] обнаружил доказательства аналогичного эффекта нормального режима, вводящего кажущееся смещение постоянного тока
с использованием двух разных типов цифрового мультиметра, что привело к дальнейшим исследованиям в сотрудничестве с авторами
этой статьи.(Взаимосвязь между эффектами обычного и нормального режимов обсуждается позже). Чтобы охарактеризовать универсальность и значимость этих смещений, дальнейшие измерения описаны с использованием ряда распространенных цифровых мультиметров. С недавним выпуском нового высокоточного 8,5-разрядного цифрового мультиметра Fluke 8508A появилась возможность исследовать вероятную причину этих ошибок смещения в конкретном случае этого цифрового мультиметра.

3. Архитектура Dmm и реакция в последовательном режиме

На рисунке 1 показана обобщенная блок-схема типичной функции постоянного напряжения цифрового мультиметра.



Рис. 1. Функциональная блок-схема обобщенного цифрового мультиметра DC.



Рисунок 2. Частотная характеристика АЦП

Схемы масштабирования и преобразования сигнала обычно состоят из аттенюаторов и входного усилителя
, который масштабирует входной сигнал до соответствующего значения для аналого-цифрового преобразования в аналоговом преобразователе
в цифровой (АЦП). Комбинации затухания и усиления обеспечивают различные диапазоны
, доступные в цифровом мультиметре.Фильтр нижних частот может быть включен до или после усилителя для удаления
нежелательных сигналов переменного тока и быстрых переходных процессов, присутствующих на входе постоянного тока. Выбор расположения фильтра
до или после усилителя требует компромиссов в конструкции, таких как низкочастотные шумовые характеристики
, допустимый входной динамический диапазон и сложность схемы.

В идеале измерительный прибор постоянного тока должен реагировать только на среднее значение входного сигнала,
другими словами, только на составляющую постоянного тока на входе.Наличие компонентов переменного тока на входе постоянного тока
может иметь пагубные последствия. Сильные сигналы переменного тока во входном усилителе могут вызвать перегрузку
и привести к значительным смещениям. Обычно полоса пропускания относительно мала, но меньшие сигналы AC
могут вызвать проблемы выпрямления в активных устройствах, особенно на очень высоких частотах
, как описано в [3].

Если в АЦП присутствуют сигналы переменного тока, они могут вызывать «шумные» показания. Как правило, в прецизионных цифровых мультиметрах
используются многоступенчатые интегрирующие АЦП со временем интегрирования, равным целому кратному периоду линии электропередачи
, чтобы гарантировать, что любой захват сигнала переменного тока, связанный с частотой сети, интегрирован до нуля
и поэтому отклоняется.(Большинство нежелательных наводок переменного тока обычно происходит от источников линии питания
50/60 Гц). При соответствующем выборе времени интегрирования можно исключить захват линии
как с частотой 50 Гц, так и с частотой 60 Гц. На рисунке 2 показаны эти «отметки для подавления интеграции» в частотной характеристике АЦП.
Другие конструкции цифрового мультиметра могут использовать схему выборки и хранения для получения выборки сигнала для преобразования
с помощью некоторой другой формы аналого-цифрового преобразователя, который не обеспечивает неотъемлемого подавления переменного тока
. В этом случае время выборки и удержания обычно устанавливается равным периоду линии
, чтобы обеспечить подавление переменного тока на частоте линии.

Вышеизложенное рассматривает эффекты последовательного (нормального) режима, вызванные сигналами, которые
появляются по-разному между входными клеммами цифрового мультиметра. В идеале цифровой мультиметр не должен реагировать на обычные сигналы режима
, которые одинаково появляются на входных клеммах Hi и Lo с нулевым дифференциальным содержанием
. На практике схема цифрового мультиметра (в частности, входной усилитель) будет иметь некоторую реакцию
на сигнал синфазного режима, эффективно преобразуя его в сигнал последовательного режима через
несовершенное подавление синфазного сигнала этих схем.Результирующий сигнал последовательного режима будет уменьшен на коэффициент
на коэффициент, соответствующий подавлению синфазного сигнала, и будет стимулировать любые эффекты последовательного режима
, которые могут присутствовать, хотя и на пониженном уровне.

4. Наблюдаемые характеристики режима серии Dmm

Краткое изложение измеренного поведения смещения для ряда широко используемых моделей цифрового мультиметра показано
в таблице 1. Простая измерительная схема (см. Вставку на рис. 3), состоящая из источника
переменного тока и фильтра верхних частот для блокировки любого постоянного тока. от источника используется для обеспечения последовательного режима переменного тока
напряжения.Наихудший случай смещения постоянного тока, наблюдаемый в диапазонах постоянного напряжения 100 мВ цифрового мультиметра (или эквивалентных), составляет
, зарегистрированный как функция частоты для нескольких значений приложенного среднеквадратичного напряжения.


Таблица 1. Сравнение измеренных характеристик смещения
для ряда цифровых мультиметров, идентифицированных по номеру модели. Все цифровые мультиметры
были настроены на диапазон 100 мВ постоянного тока (или аналогичный)
, и использовался фильтр верхних частот 100 нФ / 10 кОм.



Рисунок 3. Установка для измерения смещения режима серии
цифрового мультиметра.C и R образуют фильтр
верхних частот, блокирующий любое смещение постоянного тока от источника переменного тока
.

Цифровые мультиметры имеют существенно разную архитектуру схемотехники, и результаты показывают, что образец поведения смещения
также разнообразен. Примечательно, что 5,5-разрядный цифровой мультиметр с более низкой точностью и 6,5-разрядный цифровой мультиметр
не подвержены именно этому эффекту.

5. Исследование Fluke 8508A

Измеренная характеристика в последовательном режиме для Fluke 8508A 8.5-значный цифровой мультиметр показан на рисунке 4,
, демонстрируя пик на частоте около 5 кГц. Упрощенная блок-схема для функции постоянного напряжения показана на рисунке 5. Конструкция 8508A отражает предполагаемое метрологическое приложение, требующее точности при умеренных скоростях считывания, а не очень высокой скорости выборки (оцифровки). R 1 и C 1 обеспечивают фильтр нижних частот (-3 дБ при 10 кГц), в первую очередь, для удаления любых быстрых переходных процессов во входном сигнале, которые могут нарушить или перегрузить предусилитель. Предварительный усилитель масштабирует входной сигнал перед преобразованием в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с многосклонным интегрированием.В диапазоне 200 мВ предусилитель имеет коэффициент усиления приблизительно 50. R 2 и C 2 обеспечивают фильтрацию нижних частот для удаления любых быстрых переходных процессов до преобразования АЦП (-3 дБ на 40 кГц), с дополнительной фильтрацией, доступной из выбираемых фильтр нижних частот. На этой схеме не показаны различные схемы защиты и зажимов для предотвращения повреждения или неисправности в случае перегрузки или неисправности. Первоначальные исследования показали, что смещение создается самим предусилителем и все еще присутствует, когда (нелинейная) защита и схемы фиксации удалены.



Рис. 4. Fluke 8508A, диапазон 200 мВ постоянного тока, последовательный режим
вызвал отклик смещения. Легенда показывает приложенное напряжение последовательного режима
RMS. На рис. 1 показана схема, используемая для проведения измерений
, где C = 100 нФ и R = 10 кОм.



Рис. 5. Упрощенная блок-схема для функции Fluke
8508A DCV.

Предварительный усилитель представляет собой дискретную реализацию входного усилителя неинвертирующего JFET-транзистора для основного широкополосного тракта сигнала
с управлением смещением постоянного тока от параллельного прерывателя, стабилизированного низкочастотным трактом постоянного тока
.На рисунке 6 показана блок-схема этой топологии.



Рис. 6. Упрощенная блок-схема каскада предусилителя постоянного тока
Fluke 8508A. Прерыватель
работает на частоте 20 Гц, а кроссовер между основным трактом сигнала
и трактом
, стабилизированным прерывателем, составляет 1 Гц. Начальная загрузка основного тракта сигнала
входного каскада JFET обеспечивает адекватный общий входной диапазон
режима на более высоких диапазонах напряжения.

Подробное исследование показало, что смещение возникает при соединении между входным каскадом JFET
и следующим каскадом усиления. Пиковая характеристика, показанная на рисунке 4
, обусловлена ​​кроссовером между присущим ей эффектом смещения последовательной моды в предусилителе
, который увеличивается по величине с увеличением частоты, и фильтром нижних частот, сформированным R 1 и
C 1 , который ослабляет сигнал последовательного режима перед предусилителем.Произведение
ширины полосы усиления предусилителя также имеет значение. Диапазон 200 мВ является конфигурацией
с самым высоким коэффициентом усиления и демонстрирует наиболее значительную восприимчивость к этому конкретному эффекту. На
более высоких диапазонах, где усиление предусилителя уменьшается, величина смещения
пропорционально меньше.

5. Рекомендации по применению и тактика избегания

Использование соответствующих конфигураций выводов и защиты, а также других передовых методов измерения
позволит избежать большинства нежелательных сигналов помех.Например, использование выводов витой пары, экранированных выводов
и т. Д. Для минимизации наводок сигналов переменного тока при выполнении точных измерений постоянного тока или сопротивления
. Сильные сигналы переменного тока могут перегрузить входные каскады функции постоянного тока цифрового мультиметра, и
может вызвать серьезные эффекты смещения. Если значительная составляющая переменного тока в сигнале постоянного тока неизбежна, может оказаться полезным применение
внешнего фильтра нижних частот перед входом цифрового мультиметра.

Одним из примеров является измерение смещения постоянного тока на выходе источника сигнала переменного тока.
В этом случае сигнал переменного тока может быть очень большим по сравнению с измеряемым уровнем постоянного тока. Фильтр
следует выбирать так, чтобы обеспечить достаточное ослабление сигнала переменного тока, но избегайте чрезмерного последовательного сопротивления
, которое может привести к эффективному смещению при протекании входного тока смещения цифрового мультиметра.
Типичный входной ток прецизионного цифрового мультиметра обычно находится в диапазоне нескольких пикоампер или десятков
пикоампер (цифровые мультиметры с более низкой точностью могут иметь гораздо более высокие входные токи). Простой расчет по закону Ома
даст представление о вероятном эффекте смещения, вызванном током смещения.В качестве альтернативы используйте
функцию обнуления смещения цифрового мультиметра или функцию ввода нуля, чтобы обнулить любое смещение, позаботившись о замыкании цепи
перед фильтром. Чрезмерное дополнительное последовательное сопротивление также может вызвать шум (вызванный
внутренним тепловым шумом, генерируемым любым сопротивлением), который может быть значительным в некоторых приложениях
. Измеряемая цепь может быть чувствительной к любому подключенному к ней импедансу
, имея в виду, что входной импеданс цифрового мультиметра будет изменен любой схемой фильтра
, добавленной к цифровому мультиметру извне.Убедитесь, что номинальные параметры компонентов соответствуют приложенному напряжению.
Некоторые конструкции цифрового мультиметра содержат внутренний фильтр нижних частот, выбираемый пользователем, но пользователи должны знать,
что в некоторых моделях цифрового мультиметра фильтр может быть размещен после входного усилителя, поэтому
не может устранять эффекты, генерируемые внутри самого входного усилителя цифрового мультиметра.

Трудно обобщить, но в случае 8508A простой RC-фильтр нижних частот, добавленный на клеммах
, будет эффективен в большинстве приложений для минимизации восприимчивости в последовательном режиме
, обсуждаемой в этой статье.См. Рисунок 7 для деталей фильтра. Резистор сопротивлением 15 кОм выбран, чтобы избежать значительного шума с точки зрения
, и добавляет смещение <0,75 мкВ при заданном токе смещения
<50 пА для 8508A. С конденсатором 220 нФ граничная частота фильтра 3 дБ составляет приблизительно 60 Гц,
обеспечивает 40 дБ затухания сигнала переменного тока в последовательном режиме на частоте 5 кГц, где 8508A
наиболее чувствителен к описанному эффекту последовательного режима, уменьшая эффект в 100 раз. Другие конструкции фильтров могут быть более подходящими для различных ситуаций измерения, в зависимости от конфигурации
схемы и присутствующих сигналов.



Рис. 7. Входной фильтр для цифрового мультиметра Fluke 8508A
с функцией DCV для минимизации эффекта смещения режима серии
. Убедитесь, что номиналы компонентов
соответствуют приложенному напряжению.

Если измерения производятся в наиболее чувствительном диапазоне, другой подход состоит в том, чтобы использовать более высокий диапазон
и воспользоваться преимуществом уменьшенной чувствительности из-за уменьшения усиления предусилителя на более высоких диапазонах
. Например, для модели 8508A переход от диапазона 200 мВ к диапазону 2 В
резко снижает восприимчивость, но с 8.Доступно 5-значное разрешение, достаточная точность для
большинства приложений может быть сохранена.

6. Выводы

Высокоточные цифровые мультиметры

могут быть восприимчивы к смещениям в нормальном режиме, но для большинства приложений
, требующих точного измерения постоянного напряжения, эти эффекты несущественны. Если присутствуют сигналы режима серии AC
, пользователи должны осознавать их влияние и возможность появления ложных смещений
. Однако использование надлежащей практики измерения, чтобы избежать захвата сигнала
переменного тока, или использование фильтров для удаления неизбежных сигналов переменного тока устранит смещения
последовательного режима в большинстве приложений.

7. Список литературы

  1. П. С. Филипски и М. Бокер, «Опыт применения стандартов передачи MJTC AC-DC
    с высоким выходным сопротивлением на высоких частотах», IEEE Trans. Instrum. Измер., Том. IM-52, No. 4, pp.
    1314-1319, август 2003 г.
  2. P. C. A. Roberts и M. D. Ранние «Смещения нормального режима в высокопроизводительных цифровых мультиметрах
    », Конференция CPEM, июнь 2004 г.
  3. Ф. Фиори, «Восприимчивость интегральных схем к кондуктивным радиочастотным помехам», Compliance
    Engineering Magazine., Ноябрь / декабрь 2000 г. (https: //www.cemag.
    com / archive / 2000 / novdec / fiori.html)

Высоковольтные измерительные модули | CSM Products, Inc.

Для измерения высоковольтных компонентов с сертифицированной безопасностью — в испытательных поездках, полевых испытаниях и на испытательных стендах: системы измерения высокого напряжения CSM специально разработаны для безопасного и точного измерения температуры и аналоговых сигналов датчиков в средах высокого напряжения, особенно в электромобилях и гибридных автомобилях.

Безопасные и эффективные измерения в высоковольтных средах

Измерительные системы от CSM обеспечивают защиту от повреждений высокого напряжения во всей измерительной цепочке — от датчика до программного обеспечения для сбора данных и пользователя.Как и другие наши модули CAN и EtherCAT®, они обеспечивают быструю установку, а также точные и надежные результаты измерений во всем диапазоне рабочих температур.

Системные приложения

  • HV DTemp Measurement System для цифрового сбора нескольких сотен точек измерения температуры внутри высоковольтного компонента, такого как аккумулятор
  • Высоковольтные коммутационные модули для одновременного измерения напряжения, тока, тока экрана и мощности
  • Измерительные модули
  • AD для сбора аналоговых сигналов от стандартных датчиков (напряжения, влажности, давления и т. Д.)) расположен внутри высоковольтной среды
  • Модули измерения температуры с входами температуры NiCr-Ni (тип K)
  • PT-измерительные модули для точного измерения температуры с помощью датчиков PT100 и PT1000
  • HV IEPE Измерительные модули для получения быстрых аналоговых сигналов от стандартных пьезоэлектрических датчиков ускорения, силы и давления, расположенных внутри высоковольтной среды
  • HV STG Измерительные модули для измерения деформации стандартными тензодатчиками, расположенными внутри высоковольтной среды

Ключевые особенности высоковольтных безопасных измерительных систем

  • Сертифицированная высоковольтная безопасность для всей измерительной системы, состоящей из измерительных модулей CSM и специально разработанных многоканальных кабелей
  • Усиленная изоляция до 1000 В отделяет измерительную цепь от коммуникационной шины
  • 100% тестирование каждого модуля в конце линии; в том числе сертификат испытаний
  • Высокая точность измерения даже при экстремальных температурах и условиях окружающей среды
  • Доступны в корпусах MiniModule для мобильного использования в распределенных измерительных приложениях и в виде 19-дюймовых вставных модулей для использования на испытательных стендах и в транспортных средствах
  • Специально разработанные сенсорные кабели для безопасного подключения сенсоров к измерительным модулям

Системы измерения высокого напряжения CSM обеспечивают сертифицированную безопасность в соответствии с EN 61010

Используя измерительные системы CSM, можно создать безопасные цепи измерения высокого напряжения, от точки измерения до компьютера для сбора данных или регистратора.Перед отправкой каждый модуль проходит стандартные испытания. Многоканальные кабели с двойной изоляцией также играют важную роль в системе. Эти кабели предварительно собраны с полностью изолированными пластиковыми разъемами. С помощью каждого многоканального кабеля к измерительному модулю можно безопасно подключить до четырех точек измерения. Это сокращает время и затраты на прокладку кабелей. Кроме того, двойная изоляция увеличивает защиту от повреждений, вызванных истиранием. Внутренний изолирующий слой окрашен в синий цвет, поэтому поврежденные кабели можно обнаружить до того, как возникнет опасность для пользователя.

Загрузки

Имя файла

Категория

Загрузить Язык

Версия

Размер

Брошюры и информация

Английский

В.2.2.0

3,56 МБ

Измерение напряжения в цепях переменного тока

Измерение напряжения в цепях переменного тока

Рисунок 1. Измерительное напряжение В R упал на R в цепи переменного тока.

Существует три различных способа измерения переменного напряжения: В P-P , В P и В RMS . Последний, В RMS , обычно измеряется вольтметром переменного тока. Здесь мы рассмотрим пик напряжение В P , измеренное с помощью осциллографа.

Где измерять?

В большинстве цепей переменного тока точкой отсчета является заземление цепи. В схемах SPARKS отрицательный осциллограф зонд уже подключен к заземлению цепи — так же, как функция заземление генератора.

Рассмотрим простой AC Схема на Рисунке 1. Мы можем подключить щуп вольтметра к трем возможным точкам:

  • Точка 1: Здесь будет считываться напряжение источника питания (функционального генератора).
  • Точка 2: Считывает падение напряжения на резисторе.
  • Точка 3: Это будет считывать постоянный ноль, поскольку он имеет тот же потенциал, что и земля.

В осциллографе СПАРКС, Канал A автоматически показывает сигнал в точке 1 — источнике питания. Итак, размещая зонд канала B в точке 2 (или аналогичный) является единственным другим значимым измерение.

Хотя пример здесь использует схему резистора-индуктора (RL), те же принципы применимы к другим Цепи переменного тока в SPARKS.

Измерение цепи RL

Рисунок 2. Напряжение на выводах напряжения питания В R по фазовому углу φ .

Рассмотрим схему в Рисунок 1 и измерение в точке 2, показанное на рисунке 2. Примечание. что:

  • Резистор R подключен к земле, поэтому…
  • Пробник осциллографа, расположенный в точке 2, измеряет падение напряжения, В R .
  • Кривая В, R показывает меньшее напряжение, чем напряжение питания E .
  • Напряжение питания E ведет к V R посредством разности фаз φ .

Использование вольт / деление значений и вертикального положения пиков, мы можем вычислить меру напряжения для каждого канала. Здесь оба отображаются с вертикальной шкалой 5,00 В / дел. Канал B показывает, что В R имеет пиковое напряжение около 1.1 деление × 5,00 В / дел = 5,5 В.

Причина появления напряжения В R на рисунке 1? Это результат тока в цепи. Таким образом, при измерении V R , по закону Ома узнаем кое-что про переменную цепь ток: I = В R / R .

Например, мы можем наблюдать разность фаз тока этой цепи. Смотрите расстояние между двумя похожими точки, где кривые поднимаются и пересекают горизонтальную ось? Здесь мы видим, что напряжение источника E на канале A — ведущее В R на канале B (то же, что и ток цепи I ) примерно на 50 мк с.Как и ожидалось, в индуктивной последовательной цепи напряжение E опережает ток I. Как вы ожидаете, что кривые будут отличаться от емкостной цепи серии ?

Измерение напряжения и тока с помощью Fluke FieldSense I reichelt.com

Инженеры

Fluke разработали технологию, которая одновременно обеспечивает измерение тока и напряжения без контакта с металлом. Датчики Fluke, оснащенные запатентованной технологией FieldSense, также измеряют емкостное поле для напряжения с помощью открытых плоскогубцев в дополнение к магнитному полю (силе тока).По своей функциональности они явно выделяются среди других бесконтактных методов измерения, которые могут указывать только на наличие магнитных полей.

Как работает FieldSense

FieldSense преобразует существующий сигнал с помощью плоскогубцев, а затем получает измеренные значения для существующего напряжения. Сначала генерируется опорный сигнал с известной амплитудой и частотой, затем после установления заземления встроенный датчик обнаруживает результирующий смешанный сигнал.После цифрового усиления, обработки и расчета устройство получает точные измеренные значения напряжения и частоты. Ток определяется одновременно магнитным полем.

Преимущества FieldSense перед коммерческими электрическими тестерами и токовыми клещами

Открытые плоскогубцы

Fluke FieldSense позволяют выполнять точные измерения без протекания тока через измеритель. В большинстве случаев, например, в труднодоступных местах, таких как узкая распределительная коробка, измерения можно проводить даже одной рукой.Новые энкодеры Fluke FieldSense предоставляют электрикам, электромонтажникам и специалистам по обслуживанию единое устройство, которое может значительно снизить рабочую нагрузку.

FieldSense в Райхельте: Fluke T6-600 и Fluke T6-1000

В зависимости от требований компания Reichelt предлагает два измерительных прибора: Fluke T6-600 и Fluke T6-1000. Оба могут использоваться бесконтактно для измерения напряжения и измерять токи до 200 А переменного тока, а также существующую частоту.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.