Prilikom testiranja energetskih električnih kola, često postoji potreba za mjerenjem struje. Za mjerenje vrijednosti jednosmerna struja U pravilu se koristi otpornički šant, povezan serijski s opterećenjem, napon na kojem je proporcionalan struji. Međutim, ako postoji potreba za mjerenjem velikih struja, tada će biti potreban šant impresivne snage, pa je preporučljivije koristiti druge metode mjerenja.
S tim u vezi, došao sam na ideju da sastavim strujomjer baziran na Hall senzoru. Njegov dijagram je prikazan na slici.
Karakteristike ampermetra:
- Izmjerite izmjeničnu ili istosmjernu struju bez električnog kontakta sa strujnim krugom
- Mjeri pravu RMS struju bez obzira na valni oblik, kao i maksimalnu vrijednost tokom perioda (približno 0,5 sekundi)
- Izlaz informacija u simbolički LCD ekran
- Dva načina mjerenja (do 10A i do 50A)
Shema funkcionira na sljedeći način. Žica koja nosi struju nalazi se unutar feritnog prstena, stvarajući magnetsko polje čija je veličina direktno proporcionalna jačini struje. Holov senzor koji se nalazi u vazdušnom zazoru jezgra pretvara vrednost indukcije polja u napon i ovaj napon se dovodi do operacionih pojačala. Operativna pojačala su potrebna za usklađivanje nivoa napona od senzora do raspona ulaznog napona ADC-a. Primljene podatke mikrokontroler obrađuje i prikazuje na LCD displeju.
Preliminarni proračun sheme
Kao jezgro se koristi prsten R20*10*7 od materijala N87. Hall senzor - SS494B.
Pomoću turpije pravi se razmak u prstenu takve debljine da senzor može stati tamo, odnosno oko 2 mm. U ovoj fazi već je moguće približno procijeniti osjetljivost senzora na struju i maksimalnu moguću izmjerenu struju.
Ekvivalentna permeabilnost jezgra s razmakom je približno jednaka omjeru dužine magnetske linije i veličine jaza:
Zatim, zamjenjujući ovu vrijednost u formulu za izračunavanje indukcije u jezgri i sve to pomnožeći osjetljivošću senzora, nalazimo ovisnost izlaznog napona senzora o jačini struje:
Evo K B- osjetljivost senzora na indukciju magnetsko polje, izraženo u V/T (preuzeto iz tablice).
Na primjer, u mom slučaju lh= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T, gdje dobijamo:
Ispostavilo se da je stvarna osjetljivost na struju jednaka 0,03V/A, odnosno računica se ispostavila vrlo tačna.
Prema tablici sa podacima na SS494B, maksimalna indukcija koju mjeri senzor je 420 Gausa, stoga je maksimalna izmjerena struja:
Fotografija senzora u procjepu:
Proračun krugova op-amp
Ampermetar ima dva kanala: do 10 A (pin 23 MK) i do 50 A (pin 24 MK). ADC multiplekser prebacuje modove.
Interni ION je odabran kao referentni napon ADC-a, tako da se signal mora dovesti u raspon od 0 - 2,56 V. Prilikom mjerenja struja od ±10 A, napon senzora je 2,5 ± 0,3 V, stoga je potrebno pojačajte i pomaknite ga tako da nulta tačka bude tačno u sredini ADC opsega. U tu svrhu se koristi op-amp IC2:A, spojen kao neinvertujuće pojačalo. Napon na njegovom izlazu opisan je jednadžbom:
Ovdje R2 označava R2 i P2 povezane u seriju, a R3, redom, R3 i P3, tako da izraz ne izgleda previše glomazan. Da bismo pronašli otpore otpornika, pišemo jednačinu dva puta (za struje -10A i +10A):
Znamo napone:
Postavljanjem R4 na 20 kOhm dobijamo sistem od dve jednačine, gde su varijable R2 i R3. Rješenje za sistem se lako može pronaći korištenjem matematički paketi, na primjer MathCAD (datoteka proračuna je u prilogu članka).
Drugi krug, koji se sastoji od IC3:A i IC3:B, izračunava se na sličan način. U njemu signal sa senzora prvo prolazi kroz repetitor IC3:A, a zatim ide do razdjelnika na otpornicima R5, R6, P5. Nakon što je signal oslabljen, on se dalje pomjera operaciono pojačalo IC3:B.
Opis rada mikrokontrolera
ATmega8A mikrokontroler obrađuje signale iz op-pojačala i prikazuje rezultate na displeju. Taktuje se od internog oscilatora na 8 MHz. Osigurači su standardni, sa izuzetkom CKSEL. U PonyProgu su postavljeni ovako:
ADC je konfigurisan da radi na 125 kHz (faktor podele 64). Kada je ADC konverzija završena, poziva se rukovalac prekida. Nezaboravno je maksimalna vrijednost struja, a takođe zbraja kvadrate struja uzastopnih uzoraka. Kada broj uzoraka dostigne 5000, mikrokontroler izračunava RMS vrijednost struje i prikazuje podatke na displeju. Tada se varijable resetuju i sve se dešava iz početka. Dijagram prikazuje WH0802A displej, ali se može koristiti bilo koji drugi ekran sa HD44780 kontrolerom.
Firmver mikrokontrolera, projekat za CodeVision AVR i simulacioni fajl u Proteusu su priloženi članku.
Postavljanje šeme
Podešavanje uređaja svodi se na podešavanje otpornika za trimiranje. Prvo morate podesiti kontrast ekrana okretanjem P1.
Zatim, prebacivanjem tipkom S1 u režim do 10A, konfigurišemo P2 i P3. Jedan od otpornika uvijamo što je više moguće udesno i rotacijom drugog otpornika postižemo nula očitavanja na uređaju. Pokušavamo izmjeriti struju čija je vrijednost tačno poznata, a očitanja ampermetra bi trebala biti niža nego što jesu. Oba otpornika uvijamo malo ulijevo, tako da se nulta tačka sačuva, i ponovo mjerimo struju. Ovaj put očitanja bi trebala biti malo veća. Nastavljamo tako sve dok ne postignemo tačan prikaz trenutne vrijednosti.
Sada pređimo na režim do 50A i konfigurirajmo ga. Otpornik P4 postavlja nulu na displeju. Mjerimo neku struju i gledamo očitanja. Ako ih ampermetar precijeni, onda okrenite P5 ulijevo; ako podcjenjuje, onda okrenite udesno. Ponovo ga postavljamo na nulu, provjeravamo očitanja na datoj struji, i tako dalje.
Fotografija uređaja
Mjerenje istosmjerne struje:
Zbog nedovoljno precizne kalibracije, vrijednosti su malo precijenjene.
Mjerenje naizmjenične struje frekvencije 50 Hz, glačalo se koristi kao opterećenje:
U teoriji, efektivna struja sinusoida je jednaka 0,707 od maksimuma, ali sudeći po očitanjima, ovaj koeficijent je jednak 0,742. Nakon provjere oblika napona u mreži, pokazalo se da samo podsjeća na sinusni val. Uzimajući to u obzir, takva očitanja instrumenta izgledaju prilično pouzdana.
Uređaj i dalje ima nedostatak. Postoji konstantan šum na izlazu senzora. Prolazeći kroz op-amp, dolaze do mikrokontrolera, zbog čega je nemoguće postići savršenu nulu (prikazuje se otprilike 30-40 mA RMS umjesto nule). Ovo se može ispraviti povećanjem kapaciteta C7, ali će se onda pogoršati frekvencijske karakteristike: on visoke frekvencije očitavanja će biti potcijenjena.
Korišteni izvori
Spisak radioelemenata
| Oznaka | Tip | Denominacija | Količina | Bilješka | Prodavnica | Moja beležnica |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR 8-bit | ATmega8A | 1 | DIP-28 | U notes | |
| IC2, IC3 | Operativno pojačalo | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | U notes | |
| IC4 | Linearni regulator | L78L05 | 1 | U notes | ||
| IC5 | Hall senzor | SS494B | 1 | U notes | ||
| C1-C7 | Kondenzator | 100 nF | 9 | K10-17b | U notes | |
| R1, R3, R6, R9 | Otpornik | 10 kOhm | 4 | SMD 1206 | U notes | |
| R2 | Otpornik | 12 kOhm | 1 | SMD 1206 | U notes | |
| R4 | Otpornik | 20 kOhm | 1 | SMD 1206 | U notes | |
| R5 | Otpornik | 6,8 kOhm | 1 | SMD 1206 | U notes | |
| R7, R8 | Otpornik | 100 kOhm | 2 | SMD 1206 | U notes | |
| P1 | Trimer otpornik | 10 kOhm | 1 | 3362P | U notes | |
| P2 | Trimer otpornik | 4,7 kOhm | 1 | 3362P |
U praksi se mjerenja napona moraju provoditi prilično često. Napon se mjeri u radiotehnici, električnim uređajima i strujnim krugovima itd. Vrsta naizmjenične struje može biti pulsna ili sinusna. Izvori napona su ili strujni generatori.
voltaža pulsna struja ima parametre amplitude i srednjeg napona. Izvori takvog napona mogu biti generatori impulsa. Napon se mjeri u voltima i označava se "V" ili "V". Ako je napon naizmjeničan, tada se simbol “ ~ ", Za DC napon označen je simbol “-”. Naizmjenični napon u kućnoj kućnoj mreži je označen sa ~220 V.
To su uređaji dizajnirani za mjerenje i kontrolu karakteristika električni signali. Osciloskopi rade na principu otklona elektronski snop, koji na displeju prikazuje vrednosti promenljivih veličina.
Merenje naizmeničnog napona
Prema regulatornim dokumentima, napon u kućnoj mreži mora biti jednak 220 volti sa tačnošću odstupanja od 10%, odnosno napon može varirati u rasponu od 198-242 volti. Ako je rasvjeta u vašem domu postala slabija, lampe su počele češće da kvare ili kućni aparati počeo raditi nestabilno, a zatim da biste identificirali i otklonili ove probleme, prvo morate izmjeriti napon u mreži.
Prije mjerenja potrebno je pripremiti svoj postojeći mjerni uređaj za upotrebu:
- Provjerite integritet izolacije kontrolnih žica sondama i vrhovima.
- Postavite prekidač na AC napon, s gornjom granicom od 250 volti ili više.
- Ubacite ispitne vodove u utičnice mjernog uređaja, na primjer. Da biste izbjegli greške, bolje je pogledati oznake utičnica na kućištu.
- Uključite uređaj.
Slika pokazuje da je granica mjerenja od 300 volti odabrana na testeru, a 700 volti na multimetru. Neki uređaji zahtijevaju da se nekoliko različitih prekidača postavi na željeni položaj za mjerenje napona: vrstu struje, vrstu mjerenja, kao i umetanje vrhova žice u određene utičnice. Kraj crnog vrha u multimetru je umetnut u COM utičnicu (uobičajena utičnica), crveni vrh se ubacuje u utičnicu označenu "V". Ova utičnica je uobičajena za mjerenje bilo koje vrste napona. Utičnica sa oznakom "ma" se koristi za merenje malih struja. Utičnica s oznakom "10 A" koristi se za mjerenje značajne količine struje, koja može doseći 10 ampera.
Ako mjerite napon sa žicom umetnutom u utičnicu „10 A“, uređaj će pokvariti ili će pregorjeti osigurač. Stoga treba biti oprezan pri obavljanju mjernih radova. Najčešće se greške javljaju u slučajevima kada je otpor prvo izmjeren, a zatim, zaboravljajući prijeći na drugi način rada, počinju mjeriti napon. U tom slučaju, otpornik odgovoran za mjerenje otpora izgara unutar uređaja.
Nakon pripreme uređaja, možete započeti mjerenja. Ako se ništa ne pojavi na indikatoru kada uključite multimetar, to znači da je baterija koja se nalazi unutar uređaja istekla i da je potrebna zamjena. Najčešće, multimetri sadrže "Kronu", koja proizvodi napon od 9 volti. Njegov vijek trajanja je oko godinu dana, ovisno o proizvođaču. Ako multimetar nije korišten duže vrijeme, krunica je možda još uvijek neispravna. Ako je baterija dobra, multimetar bi trebao pokazati jednu.
Žičane sonde moraju biti umetnute u utičnicu ili dodirnuti golim žicama.
Displej multimetra će odmah pokazati vrijednost mrežnog napona digitalni oblik. Na mjeraču brojčanika, igla će odstupiti za određeni ugao. Pointer tester ima nekoliko stepenovanih skala. Ako ih pažljivo pogledate, sve postaje jasno. Svaka skala je dizajnirana za određeno mjerenje: struju, napon ili otpor.
Granica mjerenja na uređaju je postavljena na 300 volti, tako da treba računati na drugu skalu, koja ima granicu od 3, a očitavanja uređaja moraju se pomnožiti sa 100. Skala ima vrijednost podjele jednaku 0,1 volti, tako da dobijemo rezultat prikazan na slici, oko 235 volti. Ovaj rezultat je u prihvatljivim granicama. Ako se očitanja brojila stalno mijenjaju tokom mjerenja, može biti loš kontakt u priključcima električnih instalacija, što može dovesti do stvaranja luka i kvarova na mreži.
Merenje jednosmernog napona
Izvori konstantnog napona su baterije, niskonaponske ili baterije čiji napon ne prelazi 24 volta. Stoga dodirivanje polova baterije nije opasno i nema potrebe za posebnim sigurnosnim mjerama.
Za procjenu performansi baterije ili drugog izvora, potrebno je izmjeriti napon na njegovim polovima. Za AA baterije, polovi za napajanje nalaze se na krajevima kućišta. Pozitivni pol je označen sa “+”.
Meri se jednosmerna struja isti put, kao varijabla. Jedina razlika je u postavljanju uređaja na odgovarajući način rada i promatranju polariteta terminala.
Napon baterije obično je označen na kućištu. Ali rezultat mjerenja još ne ukazuje na zdravlje baterije, jer se mjeri elektromotorna sila baterije. Trajanje rada uređaja u koji će se ugraditi baterija ovisi o njegovom kapacitetu.
Za preciznu procjenu performansi baterije potrebno je izmjeriti napon s priključenim opterećenjem. Za AA baterija kao teret obicna ce doci Sijalica za baterijsku lampu od 1,5 volti. Ako se napon neznatno smanji kada je svjetlo uključeno, odnosno ne više od 15%, dakle, baterija je prikladna za rad. Ako napon padne znatno više, onda takva baterija može služiti samo u zidnom satu, koji troši vrlo malo energije.
Measurement jednosmerne struje najčešće se proizvode magnetoelektrični galvanometri, mikroampermetri, miliampermetri i ampermetri, čiji je glavni dio magnetoelektrični mjerni mehanizam (metar). Struktura jednog od uobičajenih dizajna brojčanika prikazana je na Sl. 1. Mjerač sadrži magnet u obliku potkovice 1. U zračnom procjepu između njegovih polova 2 i nepokretnog cilindričnog jezgra 5, napravljenog od mekog magnetskog materijala, stvara se jednolično magnetsko polje čije su indukcijske linije okomite na površine jezgra. U ovaj razmak se postavlja okvir 4, namotan tankom bakarnom izolovanom žicom (0,02...0,2 mm u prečniku) na lagani papirni ili aluminijumski pravougaoni okvir. Okvir se može rotirati zajedno sa osom 6 i pokazivačem 10, čiji se kraj pomiče iznad skale. Ravne spiralne opruge 5 služe za stvaranje momenta koji sprečava rotaciju okvira, kao i za dovod struje u okvir. Jedna opruga je pričvršćena između osovine i karoserije. Druga opruga je jednim krajem pričvršćena za osu, a drugim za ručicu korektora 7, čija viljuška pokriva ekscentrični štap vijka 8. Rotacijom ovog zavrtnja pokazivač se postavlja na nultu skalu. Protivtegovi 9 služe za balansiranje pokretnog dijela mjerača kako bi se stabilizirao položaj strelice kada se položaj uređaja promijeni.
Rice. 1. Dizajn magnetoelektričnog mjernog mehanizma.
Izmjerena struja, prolazeći kroz zavoje okvira, stupa u interakciju s magnetskim poljem trajnog magneta. Obrtni moment koji se stvara u ovom slučaju, čiji je smjer određen poznatim pravilom lijeve ruke, uzrokuje rotaciju okvira pod uglom pod kojim je izbalansiran protumjernim momentom koji nastaje pri uvrtanju opruga 5. Zbog Ujednačenost konstantnog magnetnog polja u zračnom zazoru, momenta, a samim tim i odstupanja ugla strelice su proporcionalno struji teče kroz okvir. Stoga magnetoelektrični uređaji imaju ujednačene skale. Ostale veličine koje utiču na vrijednost momenta - magnetna indukcija u zračnom zazoru, broj zavoja i površina okvira - ostaju konstantne i zajedno sa elastičnom silom opruga određuju osjetljivost mjerača.
Kada se okvir okreće, u njegovom aluminijskom okviru induciraju se struje, čija interakcija s poljem trajnog magneta stvara kočni moment koji brzo smiruje pokretni dio mjerača (vrijeme taloženja ne prelazi 3 s).
Brojila karakterišu tri električna parametra: a) ukupna struja otklona Ii, koja uzrokuje da se igla skrene do kraja skale; b) ukupni napon devijacije Ui, odnosno napon na okviru brojila, koji stvara struju Ii u njegovom kolu; c) unutrašnji otpor Ri, koji je otpor okvira. Ovi parametri su međusobno povezani Ohmovim zakonom:
Koristi se u radio mernim instrumentima Razne vrste magnetoelektrični brojila, čija ukupna struja odstupanja obično leži u rasponu od 10...1000 μA. Mjerila čija ukupna struja devijacije ne prelazi 50-100 μA smatraju se visoko osjetljivim.
Neki mjerači su opremljeni magnetnim šantom u obliku čelične ploče, koji se može pomicati bliže krajnjim površinama stubova i magneta ili ukloniti s njih. U ovom slučaju, ukupna struja otklona I će se odgovarajuće smanjiti ili povećati u malim granicama zbog promjene magnetskog fluksa koji djeluje na okvir zbog grananja dijela ukupnog magnetskog fluksa kroz šant.
Ukupni napon devijacije Ui za većinu brojila je u rasponu od 30-300 mV. Otpor okvira Ri zavisi od perimetra okvira, broja zavoja i prečnika žice. Što je mjerač osjetljiviji, njegov okvir ima više zavoja tanje žice i veći je njegov otpor. Povećanje osjetljivosti mjerača postiže se i korištenjem snažnijih magneta, okvira bez okvira, opruga sa malim protumomentom i ovjesom pokretnog dijela na zavojnim žicama (dva tanka navoja).
U osjetljivim mjeračima s okvirima bez okvira, igla, odbijena strujom koja prolazi kroz okvir, čini niz oscilacija prije nego što se zaustavi u ravnotežnom položaju. Da bi se smanjilo vrijeme slijeganja igle, okvir se šantira otpornikom s otporom reda tisuća ili stotina oma. Ulogu potonjeg ponekad igraju električni dijagram uređaj povezan paralelno sa okvirom.
Merači sa pokretnim okvirima omogućavaju vam da dobijete puni ugao otklona igle do 90-100°. Mjerači male veličine ponekad se izrađuju s fiksnim okvirom i pokretnim magnetom postavljenim na istoj osi sa strelicom. U ovom slučaju moguće je povećati kut punog otklona strelice na 240°.
Posebno osjetljivi mjerači koji se koriste za mjerenje vrlo malih struja (manje od 0,01 μA) i napona (manje od 1 μV) nazivaju se galvanometri. Često se koriste kao nulti indikatori (indikatori odsustva struje ili napona u strujnom kolu) pri mjerenju metodama poređenja. Prema načinu očitavanja galvanometri se dijele na pokazivačke i zrcalne; u potonjem se referentna oznaka na skali kreira pomoću svjetlosnog snopa i ogledala postavljenog na pokretni dio uređaja.
Magnetoelektrični mjerači su pogodni samo za mjerenja jednosmjerne struje. Promjena smjera struje u okviru rezultira promjenom smjera momenta i otklonom strelice u poleđina. Kada je mjerač spojen na krug naizmjenične struje frekvencije do 5-7 Hz, igla će kontinuirano oscilirati oko nule na skali s ovom frekvencijom. Na višoj frekvenciji struje, pokretni sistem zbog svoje inercije nema vremena da prati promjene struje i igla ostaje u nultom položaju. Ako pulsirajuća struja teče kroz mjerač, tada je otklon igle određen konstantnom komponentom ove struje. Da bi se spriječilo da se igla potrese, mjerač je ranžiran kondenzatorom veliki kapacitet.
Brojila dizajnirana za rad u krugu istosmjerne struje, čiji je smjer nepromijenjen, imaju jednostranu skalu, čiji je jedan od krajeva nulta podjela. Da bi se postigao ispravan otklon igle, potrebno je da struja teče kroz okvir u smjeru od terminala označenog "+" do terminala označenog "-". Brojila dizajnirani za rad u krugovima istosmjerne struje, čiji se smjer može promijeniti, opremljeni su dvostranom skalom, čija se nulta podjela obično nalazi u sredini; Kada struja teče u uređaju od “+” terminala do “-” terminala, strelica skreće udesno.
Magnetoelektrični brojila mogu izdržati kratkoročna preopterećenja koja dostižu 10 puta veću trenutnu vrijednost Ii i 3 puta dugotrajna preopterećenja. Nisu osjetljivi na vanjska magnetna polja (zbog prisustva jakog unutrašnjeg magnetnog polja), troše malo energije tokom mjerenja i mogu se izvoditi u svim klasama tačnosti.
Za mjerenja na naizmjenična struja magnetoelektrični brojila se koriste u kombinaciji sa poluvodičkim, elektronskim, fotoelektričnim ili termičkim pretvaračima; zajedno čine ispravljačke, elektronske, fotoelektrične ili termoelektrične uređaje.
Merni instrumenti ponekad koriste elektromagnetna, elektrodinamička i ferodinamička merila, koja su pogodna za direktno merenje i jednosmernih struja i efektivnih vrednosti naizmenične struje, sa frekvencijom do 2,5 kHz. Međutim, mjerači ovih vrsta znatno su inferiorniji od magnetoelektričnih u smislu osjetljivosti, tačnosti i potrošnje energije tijekom mjerenja. Osim toga, imaju neujednačenu skalu, sabijenu u početnom dijelu, i osjetljivi su na efekte vanjskih magnetnih polja, za slabljenje kojih je potrebno koristiti magnetne ekrane i komplicirati dizajn uređaja.
Određivanje električnih parametara magnetoelektričnih brojila
Kada koristite mjerni mehanizam kao mjerač magnetoelektričnog uređaja nepoznata vrsta parametri potonjeg - ukupna struja devijacije I i unutrašnji otpor R i - moraju se odrediti eksperimentalno.
Rice. 2. Šeme za mjerenje električnih parametara magnetoelektričnih brojila
Otpor okvira Ri može se približno izmjeriti ommetrom koji ima potrebnu granicu mjerenja. Mora se paziti pri testiranju visoko osjetljivih mjerača jer visoka struja ommetar ih može oštetiti. Ako se koristi baterijski ohmmetar sa više opsega, tada bi mjerenje trebalo započeti s najvišom granicom otpora na kojoj je struja u strujnom krugu ohmmetra najmanja. Prelazak na druge granice je dozvoljen samo ako to ne uzrokuje da igla mjerača izađe van skale.
Parametri mjerača mogu se prilično precizno odrediti pomoću dijagrama na Sl. 2, a. Kolo se napaja iz izvora konstantnog napona B preko otpornika R1, koji služi za ograničavanje struje u kolu. Reostat R2 se koristi za skretanje igle merača I do pune skale. U ovom slučaju, trenutna vrijednost Ii se računa pomoću standardnog (referentnog) mikroampermetra (miliampermetra) μA (Pri postavljanju, provjeri i kalibraciji mjernih instrumenata, u nedostatku standardnih instrumenata i mjera, radni instrumenti i mjere veće od visoko društvo tačnost od subjekata; Takve uređaje i mjere ćemo nazvati referentnim). Zatim se referentno skladište otpora Ro povezuje paralelno sa brojilom, promjenom otpora čije se struja kroz mjerač smanjuje tačno dva puta u odnosu na struju u zajedničko kolo. To će se dogoditi sa otporom Ro = Ri. Umjesto spremnika za otpor, možete koristiti bilo koji varijabilni otpornik nakon čega slijedi mjerenje njegovog otpora Ro = Ri pomoću ohmmetra ili DC mosta. Također je moguće spojiti paralelno sa mjeračem neregulirani otpornik sa poznatim otporom R, po mogućnosti blizu očekivanog otpora R; tada se vrijednost potonjeg određuje formulom
Ri = (I/I1 - 1) * R,
gdje su I i I1 struje, mjerene μA i I uređajima.
Ako I metar ima uniformnu skalu koja sadrži αn podjele, tada možete primijeniti krug prikazan na Sl. 2, b. Potrebni parametri mjerača izračunavaju se pomoću formula:
Ii = U/(R1+R2) * αp/α1 ; Ri = (α2 * R2)/(α1-α2) - R1,
gdje je U napon napajanja, izmjeren voltmetrom V, α1 i α2 su očitanja na skali mjerača kada je prekidač B postavljen na položaje 1 i 2, a R1 i R2 su poznati otpori otpornika koji se uzimaju približno istih vrijednosti. Što je očitavanje α1 bliže kraju skale, manja je greška mjerenja, što se postiže odgovarajućim izborom otpora
Magnetoelektrični miliampermetri i ampermetri
Magnetoelektrični brojila na direktno uključivanje V električna kola mogu se koristiti samo kao mikroampermetri jednosmjerne struje sa granicom mjerenja koja je jednaka ukupnoj struji odstupanja Ii. Za proširenje granice mjerenja, I mjerač je spojen na strujni krug paralelno sa šantom - otpornik niskog otpora Rsh (slika 3); u ovom slučaju će samo dio izmjerene struje teći kroz mjerač, a što je manji, to je manji otpor Rsh u odnosu na otpor mjerača Ri. Za elektronska mjerenja, maksimalno potrebno ograničenje za mjerenje jednosmjernih struja rijetko prelazi 1000 mA (1 A).
Pri odabranoj graničnoj vrijednosti izmjerene struje Ip, ukupna struja odstupanja Ii mora teći kroz mjerač; to će se dogoditi na otporu šanta
Rsh = Ri:(Ip/Ii - 1). (1)
Na primjer, ako je potrebno proširiti granicu mjerenja mikroampermetra tipa M260, koji ima parametre Ip = 0,2 mA i Ri = 900 Ohm, na vrijednost Ip = 20 mA, potrebno je koristiti šant sa otporom od Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.
Rice. 3. Kalibracioni dijagram magnetoelektričnog miliampermetra (ampermetra)
Šantovi za miliampermetre izrađuju se od manganinske ili konstantanske žice. Zbog visokog specifičnog otpora materijala, dimenzije šantova su male, što im omogućava da se direktno povezuju između terminala uređaja unutar ili izvan njegovog kućišta. Ako je poznata vrijednost struje Ip (u amperima), tada se iz uvjeta odabire promjer šant žice d (u milimetrima)
d >= 0,92 I p 0,5 , (2)
tokom kojeg gustina struje u šantu ne prelazi 1,5 A/mm 2. Na primjer, miliampermetarski šant sa granicom mjerenja od Ip = 20 mA treba biti izrađen od žice promjera 0,13 mm.
Nakon odabira žice odgovarajućeg prečnika d (u milimetrima), njena dužina (u metrima) potrebna za izradu šanta sa otporom Rsh (u omima) približno se nalazi po formuli
L = (1,5...1,9)d 2 * Rsh (3)
i precizno se podešava kada se uređaj uključi prema dijagramu na sl. 3 u seriji sa referentnim miliampermetrom mA.
Šantovi za velike struje (do ampermetara) se obično izrađuju od pločastog manganina. Da bi se eliminisao uticaj prolaznih otpora kontakata i otpora spojnih provodnika, takvi šantovi imaju četiri stezaljke (slika 4, a). Vanjske masivne stezaljke nazivaju se strujne stezaljke i koriste se za uključivanje šanta u krug mjerene struje. Interni terminali se nazivaju potencijalni i namijenjeni su za spajanje brojila. Ovaj dizajn također eliminira mogućnost oštećenja mjerača zbog velike struje ako se šant slučajno isključi.
Da bi se smanjila greška mjerenja temperature uzrokovana različitim temperaturnim ovisnostima otpora okvira mjerača i šanta, manganinski otpornik Rk je povezan u seriju sa mjeračem (slika 4, b); greška se smanjuje onoliko koliko se povećava otpor mjernog kruga. Još bolji rezultati se postižu upotrebom termistora Rk sa negativnim temperaturnim koeficijentom otpora. Prilikom izračunavanja uređaja s temperaturnom kompenzacijom pod otporom R i in formule za izračunavanje treba razumjeti totalni otpor brojilo i otpornik Rk.
Rice. 4. Krugovi za povezivanje šanta za velike struje (a) i elementa za temperaturnu kompenzaciju (b)
Uzimajući u obzir uticaj šanta, unutrašnji otpor miliampermetra (ampermetra)
Rma = RiRsh/(Ri+Rsh). (4)
Dovoljno da se obezbedi visoka preciznost V širok raspon izmjerene struje, uređaj mora imati nekoliko granica mjerenja; Ovo se postiže korištenjem serije promjenjivih šantova dizajniranih da različita značenja granična struja Ip.
Faktor prelazne skale N je omjer gornje granične vrijednosti dvije susjedne mjerne granice. Kada je N = 10, kao, na primjer, u četverograničnom miliampermetru sa granicama od 1, 10, 100 i 1000 mA, skala instrumenta napravljena za jednu od granica (1 mA) može se lako koristiti za mjerenje struja na drugim granice množenjem očitanja sa odgovarajućim množiteljem su 10, 100 ili 1000. U ovom slučaju, opseg mjerenja će dostići 90% opsega očitavanja, što će dovesti do primjetnog povećanja greške mjerenja onih trenutnih vrijednosti koje odgovaraju očitanjima u početnim dijelovima skale.
Rice. 5. Skale višegraničnih magnetoelektričnih miliampermetara
Kako bi se povećala tačnost mjerenja u nekim instrumentima, granične vrijednosti izmjerenih struja biraju se iz niza brojeva 1, 5, 20, 100, 500 itd., koristeći zajedničku skalu s nekoliko redova numeričkih oznake za čitanje (slika 5, a). Ponekad se granične vrijednosti biraju iz niza brojeva 1, 3, 10, 30, 100, itd., što omogućava eliminaciju brojanja na prvoj trećini skale; međutim, skala treba da ima dva reda oznaka, gradiranih u vrijednostima koje su višekratne od 3 i 10, respektivno (slika 5, b).
Prebacivanje šantova potrebnih za prelazak s jedne granice mjerenja na drugu može se izvršiti pomoću prekidača kada se koriste zajednički ulazni terminali na svim granicama (slika 6) ili korištenjem sistema podijeljenih utičnica čije su polovice međusobno povezane. sa metalnim utikačem mernog kabla (sl. 7 ). Karakteristika kola na sl. 6, b i 7, b je da šant svake granice mjerenja uključuje otpornike šantova drugih, manje osjetljivih granica.
Rice. 6. Šeme višegraničnih miliampermetara sa prekidačima granica mjerenja.
Prilikom prebacivanja ispod strujne granice mjerenja uređaja moguće je oštećenje brojila ako se na kratko spoji bez šanta na kolo mjerene struje. Da bi se to izbjeglo, dizajn prekidača (slika 6) mora osigurati prijelaz s jednog kontakta na drugi bez prekida strujnog kruga. Shodno tome, dizajn razdvojenih utičnica (slika 7) treba da omogući da se utikač mernog kabla, kada je uključen, u početku zatvori sa šantom, a zatim sa krugom brojila.
Rice. 7. Šeme višegraničnih miliampermetara sa utičnim prebacivanjem granica mjerenja.
Kako bi se mjerač zaštitio od opasnih preopterećenja, ponekad se paralelno s njim postavlja Kn dugme sa prekidnim kontaktom (Sl. 7, b); Mjerač je uključen u krug samo kada se pritisne dugme. Efikasan način Zaštita osjetljivih brojila je da ih ranžira (u smjeru naprijed) posebno odabranim poluvodičke diode; u ovom slučaju, međutim, moguće je narušavanje ujednačenosti skale.
U poređenju sa uređajima sa preklopnim šantovima, uređaji sa više opsega sa univerzalnim šantovima su pouzdaniji u radu. Univerzalni šant je grupa serijski povezanih otpornika koji zajedno sa mjeračem čine zatvoreno kolo(Sl. 8). Za spajanje na strujni krug koji se ispituje koristi se zajednička negativna stezaljka i stezaljka spojena na jedan od šant slavina. U ovom slučaju formiraju se dvije paralelne grane. Na primjer, kada je prekidač B postavljen na položaj 2 (slika 8, a), jedna grana uključuje otpornike aktivnog dijela šanta, koji ima otpor Rsh.d = Rsh2 + Rsh3, a druga grana uključuje otpornik Rsh1 u seriji sa meračem. Otpor Rsh.d mora biti takav da pri maksimalnoj izmjerenoj struji Ip, struja ukupnog odstupanja Ii teče kroz mjerač. Uglavnom
Rsh.d = (Rsh + Ri) (Ii/Ip). (5)
gdje je Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... ukupni otpor šanta.
Univerzalni šant općenito obavlja funkciju aktivnog šanta na granici 1, što odgovara najmanjem granična vrijednost izmjerena struja Ip1; njegov otpor se može izračunati pomoću formule (1). Ako su odabrane granice mjerenja Ip2 = = N12*Ip1; Ip3 = N23*Ip2; Ip4 = N34*Ip3, itd., tada će se otpor pojedinih sekcija šanta odrediti izrazima:
Rsh2 + Rsh3 + RSH4 + ... = Rsh/N12;
Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23);
Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23*N34), itd. Razlika otpora iz dvije susjedne jednakosti nam omogućava da odredimo otpor pojedinačne komponentešant Rsh1, Rsh2, Rsh3, itd.
Rice. 8. Šeme višegraničnih miliampermetara sa univerzalnim šantovima
Iz gornjih izraza jasno je da su faktori tranzicije N12, N23, N34 itd. u potpunosti određeni odnosom otpora pojedinih sekcija šanta i potpuno su nezavisni od podataka brojila. Stoga će isti univerzalni šant, paralelno spojen na različita brojila, promijeniti svoje granice za isti broj puta; u ovom slučaju, početna granica mjerenja je određena formulom
Ip1 = Ii*(Ri/Rsh + 1). (6)
Iz dijagrama na sl. 8 pokazuje da se u uređajima sa univerzalnim šantovima granice mjerenja mogu odabrati i pomoću prekidača i utičnica regularnog tipa. Prekid kontakta u ovim krugovima je siguran za mjerač. Ako je približna vrijednost struje koju treba izmjeriti nepoznata, prije povezivanja višegraničnog uređaja na kolo koje se testira, treba postaviti najveću gornju granicu mjerenja,
Kalibracija magnetoelektričnih miliampermetara i ampermetara
Kalibracija mjernog uređaja sastoji se u određivanju njegove kalibracijske karakteristike, odnosno odnosa između vrijednosti mjerene veličine i očitavanja uređaja za očitavanje, izraženih u obliku tabele, grafikona ili formule. U praksi, kalibracija pokazivača se završava primjenom podjela na njegovoj skali koji odgovaraju određenim numeričkim vrijednostima mjerene veličine.
Za magnetoelektrične uređaje sa ujednačenim skalama, glavni zadatak kalibracije je da se uspostavi korespondencija konačne podele skale sa graničnom vrednošću merene vrednosti, što se može uraditi pomoću dijagrama sličnog onom prikazanom na sl. 3. Uređaj koji se kalibrira spojen je na terminale 1 i 2. Sa reostatom R u kolu koje napaja izvor jednosmjerne struje, granična vrijednost struje Ip se postavlja pomoću referentnog uređaja mA i točke skale do koje je mjerač Uočeno je odstupanje igle I. Ako uređaj koji se kalibrira ima jednu granicu, onda iza krajnja tačka skala se može uzeti u bilo kojoj tački blizu graničnika koji ograničava kretanje strelice. Kod višegraničnih instrumenata sa više skala, takav proizvoljan izbor kraja skale može se izvršiti samo na jednoj granici, koja se uzima kao početna.
Ako strelica na trenutnom Ip nije na konačnoj podjeli skale, potrebno je podešavanje uređaja. Kod uređaja sa jednim ograničenjem ili na početnoj granici uređaja sa više ograničenja, ovo podešavanje se može izvršiti pomoću magnetnog šanta. U nedostatku potonjeg, podešavanje se vrši podešavanjem otpora šanta. Ako pri struji Ip strelica ne dostigne konačnu podjelu, tada treba povećati otpor šanta Rsh; kada strelica izađe van skale, otpor šanta se smanjuje.
Prilikom kalibracije višegraničnih uređaja koji rade prema shemama prikazanim na sl. 6, b, 7, b i 8, podešavanje šantova mora se izvršiti određenim redoslijedom, počevši od otpora šanta Rsh, koji odgovara najvišoj graničnoj struji Ip3; tada se uzastopno podešavaju otpori šantova Rsh2 i Rsh1. Prilikom prebacivanja granica može biti potrebno zamijeniti referentni uređaj, čija gornja granica mjerenja u svim slučajevima mora biti jednaka ili malo premašiti graničnu vrijednost kalibrirane skale.
Poznavajući položaje početnih i konačnih podjela ujednačene skale, lako je odrediti položaje svih srednjih podjela. Međutim, treba uzeti u obzir da neki magnetoelektrični uređaji, zbog nedostataka u dizajnu ili karakteristika, mjerni krug Možda ne postoji tačna proporcionalnost između ugaonog pomeranja pokazivača i struje koja se meri. Stoga je preporučljivo provjeriti kalibraciju vage u nekoliko međutačke, mijenjanje struje pomoću reostata R. Otpornik Ro služi za ograničavanje struje u kolu.
Kalibracija se mora izvršiti sa instrumentom potpuno sastavljenim i pod normalnim radnim uslovima. Rezultirajuće referentne tačke se nanose na površinu vage naoštrenom olovkom (sa staklom uklonjenim sa kućišta merača) ili se fiksiraju prema oznakama na postojećoj skali uređaja. Ako je stara vaga neupotrebljiva, onda se izrađuje nova vaga od debelog, glatkog papira, koji se na mjesto stare vage lijepi ljepilom otpornim na vlagu. Položaj nove skale mora striktno odgovarati položaju koji zauzima stara vaga prilikom kalibracije uređaja. Dobri rezultati postižu se crtanjem skale crnim tušem na uvećanoj skali i zatim njenom fotokopijom potrebne veličine.
Raspravljano gore opšti principi diplome se odnose na pokazivače merni instrumenti za razne namjene.
Karakteristike mjerenja jednosmjerne struje
Da bi se izmjerila struja, uređaj (na primjer, miliampermetar) je povezan serijski na krug koji se testira; to dovodi do povećanja ukupnog otpora kola i smanjenja struje koja teče u njemu. Stepen ovog smanjenja se procjenjuje (u procentima) koeficijentom utjecaja miliampermetra
Vma = 100*Rma/(Rma + Rc),
gdje je Rc ukupni otpor kola između priključnih tačaka uređaja (na primjer, terminali 1 i 2 na dijagramu na slici 3).
Množenjem brojnika i nazivnika na desnoj strani formule sa vrijednošću struje u kolu I i uzimajući u obzir da je I * Rma pad napona na miliampermetru Uma, a I (Rma + Rc) je jednak emf. E, djelujući u strujnom krugu koji se proučava, dobijamo
Vma = 100*Uma/E.
U složenom (razgranatom) lancu pod e. d.s. Morate razumjeti napon otvorenog kruga između tačaka prekida na koje uređaj mora biti povezan.
Granična vrijednost napona Uma je pad napona na uređaju Up, koji uzrokuje da se njegova igla skrene do konačne oznake na skali. Stoga je izuzetno moguće značenje koeficijent utjecaja pri korištenju ovog uređaja
Bp = 100Up/E. (7)
Iz gornjih formula proizilazi da je manje e. d.s. E, što uređaj snažnije utiče na izmjerenu struju. Na primjer, ako je Up/E = 0,1, tada je Vp = 10%, tj. uključivanje uređaja može uzrokovati smanjenje struje u kolu za 10%; pri Up/E = 0,01, smanjenje struje ne prelazi 1%. Stoga, kada se mjeri struja žarne niti radio cijevi ili emiterska struja tranzistora, treba očekivati značajno veća promena struja u strujnom kolu nego kod mjerenja struja anode, ekrana ili kolektora. Takođe je očigledno da, uz iste granice merenja, uređaj koji karakteriše niža vrednost napona Up ima manji uticaj na merenu struju. U višeopseznim miliampermetrima sa preklopnim šantovima (sl. 6 i 7), na svim granicama mjerenja maksimalni pad napona na uređaju je isti i jednak naponu ukupnog odstupanja mjerača, tj. Up = Ui = Ii/ Ri, a snaga koju troši uređaj ograničena je na vrijednost
Pn = IiUi = Ip*Ii*Ri. U miliampermetrima sa univerzalnim šantovima (slika 8), pad napona na uređaju jednak je Ii*Ii samo na početnoj granici od 1. Na ostalim granicama raste do vrijednosti Up ≈ Ii*(Rp + Rsh) (sa povećanje snage koju troši uređaj u (Ri + Rsh)/Ri puta), budući da predstavlja zbir padova napona na brojilu i serijski spojenoj šant sekciji. Posljedično, uređaj s univerzalnim šantom, pod svim ostalim jednakim uvjetima, ima jači utjecaj na način rada strujnih krugova koji se proučavaju od uređaja sa preklopnim šantom.
Ako uzmemo ukupni otpor univerzalnog šanta Rsh >> Ri, tada će najniža granica miliampermetra biti blizu Ii, ali na drugim granicama pad napona na uređaju može biti pretjerano velik. Ako uzmemo otpor Rsh malim, tada će se povećati najmanja granična struja Ip1 uređaja. Stoga je u svakom konkretnom slučaju potrebno riješiti pitanje prihvatljivu vrijednost otpor šanta Rsh.
Prilikom spajanja magnetoelektričnog uređaja na kolo pulsirajuće ili impulsne struje radi mjerenja jednosmerne komponente ove struje, potrebno je paralelno sa uređajem priključiti veliki kondenzator, koji ima otpor za komponentu naizmjenične struje koji je znatno manji. unutrašnji otpor uređaj Rma. Da bi se eliminisao uticaj kapacitivnosti uređaja u odnosu na telo instalacije koja se proučava, mesto na kome je uređaj priključen na visokofrekventna kola bira se na način da se jedan od njegovih priključaka poveže direktno ili preko kondenzator velikog kapaciteta za tijelo.
U nekim slučajevima, u različitim krugovima testa radio-elektronski uređaj uključuju trajne šantove, što omogućava korištenje istog magnetoelektričnog mjerača za naizmjenično praćenje struja u tim krugovima bez njihovog prekida.
Zadatak 1. Izračunajte kolo miliampermetra sa univerzalnim šantom (slika 8) za tri mjerne granice: 0,2; 2 i 20 mA sa prelaznim faktorom N = 10. Merač uređaja - mikroampermetar tipa M94 - ima podatke: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii/Ri = 0,128 V. Za svaku granicu, pronaći pad napona na uređaju pri maksimalnoj struji, kao i maksimalni mogući utjecaj uređaja na izmjerenu struju, ako postoji električna struja u krugu potonjeg. d.s. E = 20 V.
1. Na granici 1 (Ip1 = 0,2 mA), šant prema mjeraču je univerzalni šant kao cjelina. Impedansa potonji, određen formulom (1), Rsh = 2550 Ohm.
Pad napona na uređaju pri maksimalnoj struji je Up1 = Ui = 0,128 V. Maksimalni mogući koeficijent uticaja miliampermetra je Vp1 = (Up1/E)*100 = 0,64%.
2. Za granicu 2 (Ip2 = 2 mA), otpor sekcije šanta univerzalnog šanta je Rsh2+ Rsh3 = Rsh/N = 255 Ohm. Dakle, otpor Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohma.
Maksimalni pad napona na uređaju Up2 = Ii/(Ri + Rsh1) = 0,727 V. Koeficijent graničnog uticaja Vp2 = 100*Up2/E = 3,63%.
3. Za granicu 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh/N 2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 = Ip*(Ri + Rsh1 + Rsh2) = 0,761 V; Bp3 = 100*p3/E = 3,80%.
Zadatak 2. Izračunajte kolo miliampermetra sa univerzalnim šantom za tri mjerne granice: 5, 50 i 500 mA. Mjerač uređaja - mikroampermetar tipa M260M - ima sljedeće podatke: Ii = 500 µA, Ri = 150 Ohm. Odrediti uticaj uređaja na izmerenu struju ako se merenja u granicama od 5 i 50 mA vrše u kolima u kojima je npr. d.s. ne manje od 200 V, a na granici od 500 mA - u strujnom kolu radio cijevi koja se napaja iz baterije s emf. 6 V.
Odgovor: Rsh = 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2= 1,5 Ohm; Rsh3=0,17 Ohm; Up1 = 75 mV; Bp1 = 0,037%; Up2 = 82,5 mV; Bp2 = 0,041%; Up3 = 83 mV; VP3= 1,4%.
Odgovor: 1) Rsh1 = 16,67 Ohm; Rsh2 = 1,52 0m; Rsh3=0,15 Ohm; 2) Rsh1 =15,15 Ohm; Rsh2= 1,37 Ohm; Rsh3 = 0,15 Ohm.
Tranzistorski DC mikroampermetri
Ako je potrebno izmjeriti vrlo male struje, znatno manje od ukupne struje devijacije I postojećeg magnetoelektričnog mjerača, potonji se koristi u sprezi sa jednosmjernim pojačivačem. Najjednostavniji i najekonomičniji su pojačala zasnovana na bipolarnim tranzistorima. Pojačanje struje može se postići povezivanjem tranzistora pomoću kola sa zajedničkim emiterom i zajedničkim kolektorom, ali je prvo kolo poželjnije jer daje manje ulazna impedansa pojačalo
Rice. 9. Sklopovi jednotranzistorskih DC mikroampermetara
Najjednostavniji krug mikroampermetra s jednim tranzistorom koji se napaja iz izvora s emf. E = 1,5...4,5 V, prikazano na sl. 9, a, pune linije. Osnovna struja Ib je izmjerena struja, pri čijoj određenoj nominalnoj vrijednosti u kolektorskom kolu teče struja Ik, jednaka ukupnoj struji devijacije Ii brojila I. Koeficijent prijenosa statičke struje Vst = Ik/Ib = Ii/ In, odakle je nazivna izmjerena struja In = Ii/ Bst. Na primjer, kada se koristi tranzistor tipa GT115A sa Vst = 60 i mjerač tipa M261 sa strujom Ii = 500 μA, nazivna struja In = 500/60 ≈ 8,3 μA. Budući da je odnos između struja Ik i Ib blizak linearnom, skala mjerača, graduirana u vrijednostima izmjerene struje, bit će gotovo ujednačena (s izuzetkom malog početnog dijela skale do 10% svoje dužina). Povezivanjem posebno odabranog šanta između ulaznih terminala, možete povećati maksimalnu izmjerenu struju na vrijednost pogodnu za proračune (na primjer, do 10 μA).
IN stvarna kola tranzistorski mikroampermetri poduzimaju mjere usmjerene na stabilizaciju načina rada i ispravljanje njegovih mogućih odstupanja. Prije svega, to je neprihvatljivo (naročito kada povećan napon napajanje) otvoreni krug baze tranzistora, koji može nastati tokom mjerenja. Stoga je baza spojena na emiter preko malog otpornika ili, kao što je prikazano isprekidanom linijom na Sl. 9, a, c negativni pol izvor kroz otpornik Rb sa otporom reda stotine kilo-oma. IN poslednji slučaj Na bazu se dovodi prednapon koji postavlja način rada pojačala. Zatim, kako biste podesili potrebno nazivna struja(pretpostavljajući 10 µA za gornji primjer) uključite trim-otpornik Rsh = (2...5) Ri paralelno sa mjeračem (ili u seriji s njim).
Treba uzeti u obzir da će u nedostatku izmjerene struje početna kolektorska struja Ik.n teći kroz mjerač, dostići 5-20 μA i zbog prisustva nekontrolisane reverzne kolektorske struje Ik.o i struje u krugu baznog otpornika Rb. Učinak struje Ik.n može se kompenzirati postavljanjem igle mjerača na nulu pomoću mehaničkog korektora uređaja. Međutim, racionalnije je izvršiti električne instalacije nula, na primjer, pomoću pomoćne baterije E0 i reostata R0 = (5...10) Rand, stvarajući u krugu brojila kompenzacijsku struju I0, jednaku vrijednosti, ali suprotnog smjera od struje Ik.n. Umjesto dva izvora napajanja, možete koristiti jedan (slika 9, b), povezujući paralelno s njim razdjelnik napona koji se sastoji od dva otpornika R1 i R2 s otporima reda stotine oma. Ovo stvara DC mostno kolo (pogledajte Bridge metodu za mjerenje električnog otpora), koje se balansira promjenom otpora jednog od krakova (R0).
Potreba za kompliciranjem originalnog kruga jednotranzistorskog pojačala dovodi do činjenice da je strujni dobitak
Ki = Ui/In (8)
ispada da je manji od trenutnog koeficijenta prijenosa Vst korištenog tranzistora. Štaviše, pouzdan rad tranzistorski mikroampermetar se može dobiti samo ako je odabran Ki<< Вст.
Kao što je poznato, parametri tranzistora značajno ovise o temperaturi okoline. Promjena potonjeg dovodi do spontanih oscilacija (drifta) reverzne kolektorske struje Ik.o, koja se u germanijevim tranzistorima povećava skoro 2 puta na svakih 10 K porasta temperature. To uzrokuje primjetnu promjenu u strujnom pojačanju Ki i ulaznom otporu pojačala, što može dovesti do potpunog kršenja kalibracijske karakteristike uređaja. Treba uzeti u obzir i nepovratnu promjenu parametara („starenje“) tranzistora uočenu tokom vremena, što stvara potrebu za periodičnom provjerom i korekcijom kalibracijskih karakteristika tranzistorskog uređaja.
Ako se promjena struje Ik.o može do neke mjere kompenzirati postavljanjem nule prije početka mjerenja, tada se moraju poduzeti posebne mjere za stabilizaciju pojačanja Ki. Dakle, prednapon na bazu (slika 9, b) se dovodi preko djelitelja napona iz otpornika Rb1 i Rb2, a termistor koji ima negativan temperaturni koeficijent otpora se ponekad koristi kao potonji. Termistor se može zamijeniti diodom D spojenom paralelno sa otpornikom Rb1. S povećanjem temperature, obrnuti otpor diode opada, što dovodi do preraspodjele napona između elektroda tranzistora, što sprječava povećanje struje kolektora. Negativna povratna sprega između kolektora i baze djeluje u istom smjeru, što se javlja zbog spajanja izlaza otpornika Rb2 na kolektor (a ne na minus napajanja). Najefikasniji efekat daje negativna povratna sprega koja se javlja kada je otpornik Re spojen na emitersko kolo.
Povećanje stabilnosti pojačala korištenjem dovoljno duboke negativne povratne sprege dovodi do malog omjera koeficijenata Ki/Bst. Stoga, da bi se dobio dobitak Ki jednak nekoliko desetina, potrebno je odabrati germanijumski tranzistor s visokim koeficijentom prijenosa struje za mikroampermetar: Vst = 120...200.
U mikroampermetrima je moguće koristiti silicijumske tranzistori, koji u poređenju sa germanijumom imaju parametre koji su stabilniji kako tokom vremena tako i u odnosu na temperaturne uticaje. Međutim, koeficijent Vst za silicijumske tranzistore je obično mali. Može se povećati upotrebom složenog tranzistorskog kola (slika 9, c); potonji ima koeficijent prijenosa struje Vst približno jednak proizvodu odgovarajućih koeficijenata njegovih sastavnih tranzistora, tj. Vst ≈ Vst1*Vst2. Međutim, struja obrnutog kolektora kompozitnog tranzistora je:
Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1
značajno premašuje odgovarajuće struje njegovih komponenti i podložan je primjetnim temperaturnim fluktuacijama, što dovodi do potrebe za stabilizacijom režima pojačala.
Visoku stabilnost rada tranzistorskog mikroampermetra lakše je postići kada je njegovo pojačalo konfigurirano u balansirano kolo s dva konvencionalna ili kompozitna tranzistora, posebno odabrana prema identitetu njihovih parametara (prvenstveno, prema približnoj jednakosti koeficijenata Vst i struje Ik.o). Tipičan dijagram takvog uređaja sa elementima za stabilizaciju i korekciju prikazan je na Sl. 10. Budući da početne kolektorske struje tranzistora približno podjednako zavise od temperature i napona napajanja, a kroz mjerač teku u suprotnim smjerovima, kompenzujući jedna drugu, povećava se stabilnost nulte pozicije igle mjerača i ujednačenost njene skale. Duboka negativna povratna sprega koju pružaju otpornici Re i Rb.k povećava stabilnost strujnog pojačanja. Balansirano kolo također povećava osjetljivost mikroampermetra, jer izmjerena struja stvara potencijale različitih predznaka na ulaznim elektrodama oba tranzistora; Kao rezultat toga, unutarnji otpor jednog tranzistora se povećava, a drugi smanjuje, što povećava neravnotežu točke istosmjerne struje, u čiju je dijagonalu uključen AND metar.
Prilikom postavljanja balansiranog mikroampermetra, potenciometar za podešavanje Rk koristi se za izjednačavanje potencijala kolektora, što se prati odsustvom očitavanja mjerača kada su ulazne stezaljke kratko spojene. Podešavanje nule u toku rada vrši se pomoću potenciometra Rb izjednačavanjem baznih struja sa otvorenim ulaznim stezaljkama. Treba uzeti u obzir da su ova dva podešavanja međusobno zavisna i da se prilikom otklanjanja grešaka na uređaju moraju ponoviti nekoliko puta zauzvrat.
Rice. 10. Balansno kolo tranzistorskog mikroampermetra
Ulazni otpor mikroampermetra Rmka uglavnom je određen ukupnim otporom R = Rb1 + Rb2 + R6, koji djeluje između baza tranzistora, i iznosi približno (0,8...0,9) * R; njegovo tačno određivanje, kao i nazivna granična struja In, mora se odrediti eksperimentalno. Pogodno je podesiti potrebnu vrijednost nazivne struje pomoću šanta lanca otpornika, čiji se otpor mora uzeti u obzir pri određivanju ulaznog otpora Rμm.
Stabilnost ulaznog otpora omogućava proširenje granice mjerenja u smjeru smanjenja osjetljivosti pomoću šantova. Otpor šanta potreban da bi se dobila maksimalna izmjerena struja Ip,
Rsh.p = Rmka*In/(Ip - In) = Rmka*Ii/(Ki*Ip - Ii) (9)
Uz numeričke podatke prikazane na dijagramu i korištenje tranzistora sa Vst ≈ 150, balansirani mikroampermetar ima pojačanje Ki ≈ 34 i može se podesiti na nazivnu struju In = 10 μA korištenjem triming otpornika Rm. Ako je potrebno dobiti nazivnu struju od približno 1 μA, pojačalo se dopunjava drugim stepenom, koji se često implementira u emitersko sljedbeno kolo, što olakšava usklađivanje izlazne impedanse pojačala s niskom impedancijom od I metar.
. Current ili amperaža određuje se brojem elektrona koji prolaze kroz tačku ili element kola unutar jedne sekunde. Na primjer, oko 2.000.000.000.000.000.000 (dva triliona) elektrona svake sekunde prođe kroz žarnu nit upaljene svjetiljke sa žarnom niti svjetiljke. Međutim, u praksi se ne mjeri broj elektrona, već njihovo kretanje izraženo u ampera(A).
Amper je jedinica električne struje, koja je dobila ime po francuskom fizičaru i matematičaru A. Ampereu, koji je proučavao interakciju provodnika sa strujom. Eksperimentalno je utvrđeno da sa strujom od 1A oko 6.250.000.000.000.000.000 elektrona prolazi kroz tačku ili element kola.
Osim ampera, koriste se i manje jedinice struje: miliamper(mA) jednako 0,001 A, i mikroampera(μA) jednako 0,000001 A ili 0,001 mA. dakle: 1 A = 1000 mA = 1 000 000 µA.
1. Uređaj za mjerenje jačine struje.
Kao napon, struja može biti konstantan I varijabla. Instrumenti koji se koriste za mjerenje struje nazivaju se ampermetri, miliampermetri I mikroampermetri. Kao i voltmetri, i ampermetri su strelica I digitalni.
Na električnim dijagramima uređaji su označeni krugom i slovom unutar: A(ampermetar), mA(miliampermetar) i µA(mikroampermetar). Pored simbola ampermetra, označena je njegova slovna oznaka " PA" i serijski broj na dijagramu. Na primjer. Ako su u krugu dva ampermetra, onda pored prvog pišu " PA1", a o drugom" PA2».
Za mjerenje struje ampermetar je uključen direktno u kolo u seriji sa opterećenjem, odnosno prekid u strujnom krugu opterećenja. Dakle, za vrijeme trajanja mjerenja, ampermetar postaje kao još jedan element električnog kola kroz koji struja teče, ali istovremeno ampermetar ne vrši nikakve promjene u kolu. Na slici ispod prikazan je dijagram povezivanja miliampermetra na strujni krug žarulje sa žarnom niti.
Također morate imati na umu da su ampermetri dostupni u različitim opsezima (skalama), a ako prilikom mjerenja koristite uređaj sa manjim rasponom u odnosu na izmjerenu vrijednost, uređaj se može oštetiti. Na primjer. Opseg mjerenja miliampermetra je 0...300 mA, što znači da se jačina struje mjeri samo u ovim granicama, jer ako se izmjeri struja iznad 300 mA, uređaj će otkazati.
2. Mjerenje struje multimetrom.
Mjerenje struje multimetrom praktički se ne razlikuje od mjerenja običnim ampermetrom ili miliampermetrom. Jedina razlika je u tome što konvencionalni uređaj ima samo jedno mjerno područje, dizajnirano za određenu maksimalnu vrijednost struje, dok multimetar ima nekoliko raspona, a prije mjerenja morate odrediti koji raspon ćete koristiti u ovom trenutku.
Konvencionalni multimetri, a ne profesionalni, dizajnirani su za mjerenje istosmjerne struje i imaju četiri podopsega, što je sasvim dovoljno na nivou domaćinstva. Svaki podopseg ima svoju maksimalnu granicu mjerenja, koja je označena digitalnom vrijednošću: 2m, 20m, 200m, 10A. Na primjer. na granici" 20m» DC struja se može mjeriti u opsegu 0...20 mA.
Na primjer, izmjerimo struju koju troši konvencionalna LED dioda. Da bismo to učinili, sastavit ćemo krug koji se sastoji od izvora napona (pen-AA baterija) GB1 i LED VD1, i spojite multimetar na otvoreni krug PA1. Ali prije uključivanja multimetra u krug, pripremit ćemo ga za mjerenja.
Mjerne vodove ubacujemo u utičnice multimetra, kao što je prikazano na slici:
crvena mjerna šipka se zove pozitivno, i ubacuje se u utičnicu, nasuprot kojoj se nalaze ikone mjerenih parametara: “ VΩmA»;
crnašipka je oduzeti ili general i ubacuje se u utičnicu, nasuprot kojoj piše “ COM" Sva mjerenja se vrše u odnosu na ovu sondu.
U sektoru mjerenja istosmjerne struje odaberite granicu " 2m", čiji je mjerni opseg 0...2 mA. Povezujemo sonde multimetra prema dijagramu, a zatim primjenjujemo napajanje. LED dioda je upalila i njena trenutna potrošnja je bila 1,74 mA. To je, u principu, cijeli proces mjerenja.
Međutim, ova opcija mjerenja je prikladna kada je poznata trenutna potrošnja. U praksi se često javlja situacija kada je potrebno izmjeriti struju u nekom dijelu kola čija je vrijednost nepoznata ili je približno poznata. U ovom slučaju, mjerenje počinje od najviše granice.
Pretpostavimo da je trenutna potrošnja LED-a nepoznata. Zatim prebacujemo prekidač na granicu " 200m", što odgovara opsegu 0...200 mA, a nakon toga u kolo povezujemo sonde multimetra.
Zatim primjenjujemo napon i gledamo očitanja multimetra. U ovom slučaju, trenutna očitavanja su bila “ 01,8 “, što znači 1,8 mA. Međutim, nula ispred označava da je moguće smanjiti za granicu " 20m».
Isključite struju. Pomeramo prekidač na granicu " 20m" Uključite napajanje i ponovo izvršite mjerenje. Očitavanje je bilo 1,89 mA.
Često postoji situacija kada se prilikom mjerenja struje ili napona pojavi indikator jedinica. Jedinica označava da je odabrana donja granica mjerenja i da je manja od vrijednosti mjerenog parametra. U tom slučaju morate ići na višu granicu.
Može doći i do trenutka kada je izmjerena struja iznad 200 mA i potrebno je ići do granice mjerenja " 10A" Međutim, postoji nijansa koju treba zapamtiti. Pored činjenice da je prekidač pomaknut do granice " 10A“, potrebno je i pozitivnu (crvenu) sondu premjestiti u krajnju lijevu utičnicu, nasuprot kojoj se nalazi alfanumerička vrijednost „10A”, što ukazuje da je ova utičnica namijenjena za mjerenje velikih struja.
I još jedan savjet. Neka postane pravilo: kada završite sva mjerenja na granici « 10A» Odmah pomaknite pozitivnu (crvenu) sondu na njeno normalno mjesto. Ovo će vam uštedjeti živce, sonde i multimetar.
Pa, to je u suštini sve što sam htio reći o mjerenju struje multimetrom. Glavna stvar koju treba razumjeti je kada je voltmetar povezan paralelno sa opterećenjem ili izvor napona, dok pri mjerenju struje ampermetar spojen direktno na kolo i kroz njega teče struja koja napaja elemente kola.
Pa, da pojačam ono što ste pročitali, predlažem da pogledate video koji koristi primjere sklopova za razgovor o mjerenju napona i struje multimetrom.
Tokom rada električne mreže ili bilo kojeg uređaja potrebno je izmjeriti jačinu struje.
Iz ovog članka ćete naučiti što se podrazumijeva pod ovim pojmom i koji se alati koriste u tu svrhu.
Istovremeno ćemo govoriti o sigurnosnim mjerama prilikom izvođenja takvih radova.
Trenutna jedinica
U fizici se jačina struje obično naziva količina naboja koja prelazi poprečni presjek provodnika u jedinici vremena. Jedinica mjerenja je amper (A). Struja od 1 A je takva da u 1 sekundi naelektrisanje od 1 kulona (C) prođe kroz poprečni presek provodnika.
Jačina struje se može uporediti sa pritiskom vode. Kao što znate, u stara vremena male rijeke su bile blokirane branama kako bi se stvorio pritisak koji je mogao okretati mlinski točak.
Što je pritisak jači, to bi mlin mogao biti produktivniji uz njegovu pomoć.
Na isti način, jačina struje karakterizira rad koji električna energija može obaviti. Jednostavan primjer: sijalica će gorjeti jače kako se struja u krugu povećava.
Zašto trebate znati kolika struja teče u provodniku? Jačina struje određuje kako će djelovati na osobu u slučaju slučajnog kontakta s dijelovima pod naponom. Efekt koji proizvodi električna energija prikazujemo u tabeli:
| Jačina struje, A (varijabilna sa frekvencijom 50 Hz) | Efekat |
| Manje od 0,5 mA | je nevidljivo za ljude |
| 0,5 do 2 mA | Pojavljuje se neosjetljivost na različite podražaje |
| 2 do 10 mA | Bol, grčevi mišića |
| 10 mA do 20 mA | Pojačani grčevi, neka tkiva su oštećena. Sa jačinom struje od 16 mA ili više, osoba gubi sposobnost otpuštanja ili povlačenja ruke kako bi otvorila kontakt sa dijelom pod naponom. |
| 20 mA do 100 mA | Respiratorna paraliza |
| 100 mA do 3 A | Fibrilacija srca, potrebne su hitne mjere za reanimaciju žrtve |
| Preko 3 A | Teške opekotine, srčani zastoj (uz kratkotrajno izlaganje ostaje mogućnost reanimacije) |
Evo još nekoliko razloga:
- Jačina struje karakterizira opterećenje vodiča. Maksimalna propusnost potonjeg ovisi o materijalu i površini poprečnog presjeka. Ako je struja previsoka, žica ili kabel će se jako zagrijati. To može uzrokovati topljenje izolacije, što rezultira kratkim spojem. Zbog toga je ožičenje uvijek zaštićeno od preopterećenja prekidačima ili osiguračima. Vlasnici stanova i kuća sa starim ožičenjem trebaju obratiti posebnu pažnju na struju koja teče u žicama: zbog korištenja sve većeg broja električnih uređaja, često postaje preopterećena.
- Na osnovu omjera trenutnih vrijednosti u različitim krugovima električnog uređaja, možemo zaključiti da radi ispravno. Na primjer, struje jednake jačine moraju teći u fazama elektromotora. Ako se uoče odstupanja, motor je neispravan ili je preopterećen. Stanje uređaja za grijanje ili električnog "toplog poda" određuje se na isti način: mjeri se jačina struje u svim komponentama uređaja.
Rad električne energije, tačnije njena snaga (količina rada u jedinici vremena), ne zavisi samo od jačine struje, već i od napona. Zapravo, proizvod ovih veličina određuje snagu:
W = U * I,
- W – snaga, W;
- U – napon, V;
- I – jačina struje, A.
Dakle, znajući napon u mreži i snagu uređaja, možete izračunati kolika će struja teći kroz njega pod uslovom da je u dobrom stanju: I = W/U. Na primjer, ako se zna da je snaga grijača 1,1 kW i da radi iz obične mreže od 220 V, tada će jačina struje u njemu biti: I = 1100 / 220 = 5 A.
Formula za mjerenje struje
Treba uzeti u obzir da je, prema Kirchhoffovim zakonima, jačina struje u žici prije grananja zbir struja u granama. Budući da su u stanu ili kući svi uređaji povezani u paralelni krug, onda ako, na primjer, dva uređaja sa strujom od 5 A rade istovremeno, tada će struja od 10 A teći u napojnoj žici i u zajedničkom neutralnom žica.
Reverzna operacija, odnosno izračunavanje snage potrošača množenjem izmjerene struje sa naponom, ne daje uvijek ispravan rezultat. Ako potrošački uređaj ima namote, kao kod elektromotora, koji imaju induktivnu reaktanciju, dio snage će se potrošiti na savladavanje tog otpora (reaktivne snage).
Da biste odredili aktivnu snagu (korisni rad električne energije), morate znati stvarni faktor snage za dati uređaj, a to je omjer aktivne i reaktivne snage.
Instrumenti za mjerenje struje i napona
Evo nekoliko mjernih alata koji će pomoći električaru u ovom pitanju:
Ampermetar
Postoji nekoliko varijanti ovog uređaja, koje se razlikuju po principima rada:
- elektromagnetski: Unutra je zavojnica, struja koja teče kroz njega stvara elektromagnetno polje. Ovo polje uvlači gvozdeno jezgro povezano sa strelicom u zavojnicu. Što je struja veća, to će jezgro više biti uvučeno i igla će više odstupiti.
- termalni: Uređaj sadrži zategnuti metalni navoj povezan sa strelicom. Struja koja teče uzrokuje zagrijavanje filamenta, čiji stupanj ovisi o jačini struje. I što se konac više zagrije, to će se više produžiti i spustiti, a prema tome, igla će se više skretati.
- Magnetoelektrični: Uređaj ima trajni magnet u čijem polju se nalazi aluminijumski okvir povezan sa strelicom sa žicom namotanom oko nje. Kada električna struja teče kroz žicu, okvir u magnetnom polju teži da se rotira za određeni ugao, koji zavisi od jačine struje koja teče. A pozicija strelice, koja označava trenutnu vrijednost na skali, ovisi o kutu rotacije.
- elektrodinamički: Unutar uređaja se nalaze dva serijski spojena namotaja, od kojih je jedan pomičan. Kada struja teče kroz zavojnice kao rezultat interakcije nastalih elektromagnetnih polja, pokretni kalem teži da se rotira u odnosu na stacionarni zavojnik i istovremeno vuče strelicu zajedno sa sobom. Ugao rotacije ovisit će o jačini struje koja teče.
- indukcija: struja prolazi kroz namotaje fiksnih namotaja povezanih magnetnim sistemom. Kao rezultat, formira se rotirajuće ili putujuće elektromagnetno polje koje djeluje određenom silom (ovisno o jačini struje) na pokretni metalni cilindar ili disk. Taj je povezan sa strelicom.
- elektronski: Takvi uređaji se nazivaju i digitalni. Unutra se nalazi električni krug, informacije se prikazuju na displeju sa tečnim kristalima.
Multimetar za mjerenje struje
Ovo je ono što se obično naziva univerzalni elektronski mjerač parametara struje. Može se prebaciti i na način rada ampermetra i na voltmetar, ohmmetar i megohmmetar (mjere se veliki otpori, obično izolacija).
Mjerenje struje multimetrom
Rezultati merenja se prikazuju na displeju sa tečnim kristalima. Uređaju je potrebna baterija za rad.
Tester
Što se tiče funkcionalnosti, ovo je isti multimetar, ali analogni. Rezultati mjerenja su prikazani na skali pomoću strelice; baterije su potrebne samo ako imate ohmmetar.
Merači stezaljki
Merači stezaljki su praktičniji. Oni samo trebaju stegnuti dio žice koji se testira, nakon čega će uređaj pokazati snagu struje koja teče u njemu.
Treba uzeti u obzir da samo provodnik koji se ispituje treba biti u stezaljkama. Ako stegnete nekoliko vodiča, uređaj će pokazati geometrijski zbir struja u njima.
Merači stezaljki
Dakle, prilikom postavljanja cijele 1-fazne žice u strujnu stezaljku, uređaj će pokazati "nula", jer višesmjerne struje iste veličine teku u faznom i neutralnom vodiču.
Metode mjerenja
Prva tri mjerna instrumenta moraju biti uključena u krug opterećenja u seriji s njim, odnosno u prekidu žice. Za jednofaznu mrežu, to može biti fazna ili neutralna žica. Za 3-faznu - samo fazu, jer na nuli geometrijski zbir struja teče u svim fazama (pri istom opterećenju jednak je nuli).
Napomenimo dvije važne okolnosti:
- Za razliku od voltmetra (mjera napona), ampermetar se ne može koristiti bez opterećenja, inače će doći do kratkog spoja.
- Sonde uređaja mogu dodirivati žice ili kontakte samo kada nema napona, odnosno linija koja se testira mora biti bez napona. U suprotnom, između blisko raspoređene sonde i žice može nastati luk, stvarajući dovoljno topline da se metal otopi.
Svi mjerni instrumenti imaju prekidač raspona koji podešava osjetljivost.
Uzemljenje je neophodno za siguran rad električne energije. – najvažnija komponenta električne mreže.
Transformator 220 do 12 volti - naći ćete namjenu i preporuke za proizvodnju.
Imajte na umu da struja koju troše neki uređaji, kao što su televizijska i kompjuterska oprema, štedne i LED lampe, nije sinusoidna.
Stoga neki mjerni instrumenti čiji je princip rada orijentiran na naizmjenični napon mogu s greškom odrediti vrijednost takve struje.
Video na temu
