Mjerenje struje(skraćeno mjerenje struje) je korisna vještina koja će vam dobro doći više puta u životu. Pri određivanju potrošnje snage potrebno je znati veličinu struje. Za mjerenje struje koristi se uređaj koji se zove ampermetar.
Postoji izmjenična i istosmjerna struja, stoga se za njihovo mjerenje koriste različiti mjerni instrumenti. Struja se uvijek označava slovom I, a njena jakost se mjeri u Amperima i označava se slovom A. Na primjer, I = 2 A pokazuje da je jakost struje u strujnom krugu koji se ispituje 2 Ampera.
Razmotrimo detaljno kako su različiti mjerni instrumenti označeni za mjerenje različiti tipovi struje
- Na mjernom uređaju za mjerenje istosmjerna struja Ispred slova A nalazi se simbol "-".
- Na mjernom uređaju za mjerenje izmjenične struje na istom mjestu se nalazi simbol “~”.
- ~Uređaj za mjerenje izmjenične struje.
- -Uređaj za mjerenje istosmjerne struje.
Ovdje je fotografija ampermetra dizajniranog za Mjerenja istosmjerne struje.
Prema zakonu, jakost struje koja teče u zatvorenom krugu u bilo kojoj točki jednaka je istoj vrijednosti. Kao rezultat toga, da biste izmjerili struju, trebate odspojiti strujni krug na bilo kojem mjestu prikladnom za spajanje mjernog uređaja.
Treba imati na umu da količina napona prisutna u električnom krugu nema nikakvog utjecaja na mjerenje struje. Izvor struje može biti kućno napajanje od 220 V ili baterija od 1,5 V, itd.
Kada planirate mjeriti struju u strujnom krugu, obratite posebnu pozornost na to kakva struja teče u krugu, jednosmjerna ili izmjenična. Uzmite odgovarajući mjerni uređaj i ako ne znate očekivanu jakost struje u strujnom krugu, postavite prekidač za mjerenje struje na maksimalnu poziciju.
Razmotrimo detaljno kako izmjeriti snagu struje električnim uređajem.
Za sigurnost mjerenja potrošnje struje električni uređaji napravit ćemo produžni kabel domaće izrade s dvije utičnice. Nakon montaže dobit ćemo produžni kabel vrlo sličan standardnom produžnom kabelu za spremnike.
Ali ako ga rastavite i usporedite domaći i produžni kabel kupljen u trgovini, onda unutarnja struktura jasno ćemo vidjeti razlike. Igle unutar utičnica domaći produžni kabel spojeni u seriju, a u trgovini spojeni paralelno.
Fotografija jasno pokazuje da su gornji terminali međusobno povezani žicom žuta boja, a mrežni napon se dovodi na donje stezaljke utičnica.
Sada počinjemo mjeriti struju; da biste to učinili, umetnite utikač električnog uređaja u jednu od utičnica, a sonde ampermetra u drugu utičnicu. Prije mjerenja struje, ne zaboravite informacije koje ste pročitali o tome kako pravilno i sigurno mjeriti struju.
Sada pogledajmo kako ispravno protumačiti očitanja ampermetra s brojčanikom. Na mjerenje potrošnje struje instrumenta, igla ampermetra se zaustavila na podjeli 50, prekidač je postavljen na maksimalnu granicu mjerenja od 3 ampera. Ljestvica mog ampermetra ima 100 podjeljaka. To znači da je lako odrediti izmjerenu struju pomoću formule (3/100) X 50 = 1,5 Ampera.
Formula za izračun snage uređaja na temelju trenutne potrošnje.
Imajući podatke o količini struje koju troši bilo koji električni uređaj (TV, hladnjak, glačalo, zavarivanje itd.), lako možete odrediti koju potrošnju energije ima ovaj električni uređaj. U svijetu postoji fizikalni zakon kojem se elektricitet uvijek pokorava. Otkrivači ovog uzorka bili su Emil Lenz i James Joule, a njima u čast danas se naziva Joule-Lenzov zakon.
- I - jakost struje, mjerena u amperima (A);
- U - napon, mjeren u voltima (V);
- P je snaga mjerena u vatima (W).
Napravimo jedan od trenutnih izračuna.
Izmjerio sam trenutnu potrošnju hladnjaka i jednaka je 7 Ampera. Napon mreže je 220 V. Dakle, potrošnja struje hladnjaka je 220 V X 7 A = 1540 W.
Mjerenje istosmjerne 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 slici. 1. Mjerač sadrži magnet u obliku potkove 1. U zračnom rasporu između njegovih polova 2 i nepokretne cilindrične jezgre 5, izrađene od mekog magnetskog materijala, stvara se jednoliko magnetsko polje, čije su indukcijske linije okomite na površina jezgre. U tom razmaku postavlja se okvir 4, namotan tankom bakrenom izoliranom žicom (promjera 0,02...0,2 mm) na pravokutni okvir od laganog papira ili aluminija. Okvir se može okretati zajedno s osi 6 i kazaljkom 10, čiji se kraj pomiče iznad skale. Ravne spiralne opruge 5 služe za stvaranje momenta koji se suprotstavlja rotaciji okvira, kao i za opskrbu strujom okvira. Jedna opruga je pričvršćena između osovine i tijela. Druga opruga je jednim krajem pričvršćena za osovinu, a drugim za polugu korektora 7, čija vilica pokriva ekscentričnu šipku vijka 8. Okretanjem ovog vijka kazaljka se postavlja na nulti podjelak skale. Protuutezi 9 služe za uravnoteženje pokretnog dijela mjerača kako bi se stabilizirao položaj strelice pri promjeni položaja uređaja.
Riža. 1. Projektiranje magnetoelektričnog mjernog mehanizma.
Izmjerena struja, koja prolazi kroz zavoje okvira, djeluje u interakciji s magnetskim poljem trajnog magneta. Moment stvoren u ovom slučaju, čiji je smjer određen dobro poznatim pravilom lijeve ruke, uzrokuje da se okvir zakrene pod kutom na koji je uravnotežen protudjelujućim momentom koji se javlja prilikom uvijanja opruga 5. Zbog jednolikost konstante magnetsko polje u zračnom rasporu, zakretni moment, a time i kut otklona strelice, ispada da je proporcionalan struji teče kroz okvir. Stoga magnetoelektrični uređaji imaju jednolike skale. Ostale veličine koje utječu na vrijednost momenta - magnetska indukcija u zračnom rasporu, broj zavoja i površina okvira - ostaju konstantne i zajedno s elastičnom silom opruga određuju osjetljivost mjerača.
Kada se okvir okreće, u njegovom aluminijskom okviru induciraju se struje čija interakcija s poljem trajnog magneta stvara moment kočenja koji brzo umiruje pokretni dio brojila (vrijeme smirivanja ne prelazi 3 s).
Mjerila karakteriziraju tri električna parametra: a) ukupna otklonska struja Ii, koja uzrokuje otklon igle do kraja ljestvice; b) ukupni napon odstupanja Ui, tj. napon na okviru brojila, stvarajući struju Ii u njegovom krugu; c) unutarnji otpor Ri, koji je otpor okvira. Ovi parametri su međusobno povezani Ohmovim zakonom:
Koristi se u radio mjernim instrumentima Različite vrste magnetoelektrični mjerači, čija ukupna struja odstupanja obično leži u rasponu od 10 ... 1000 μA. Brojila čija ukupna struja odstupanja ne prelazi 50-100 μA smatraju se visoko osjetljivima.
Neka brojila opremljena su magnetskim šantom u obliku čelične ploče, koja se može pomaknuti bliže krajnjim površinama polova i magneta ili ukloniti s njih. U tom će se slučaju ukupna otklonska struja I odgovarajuće smanjiti ili povećati u malim granicama zbog promjene magnetskog toka koji djeluje na okvir zbog grananja dijela ukupnog magnetskog toka kroz shunt.
Ukupni napon odstupanja Ui za većinu brojila je u rasponu od 30-300 mV. Otpor okvira Ri ovisi o opsegu okvira, broju zavoja i promjeru žice. Što je mjerač osjetljiviji, to njegov okvir ima više zavoja tanje žice i veći mu je otpor. Povećanje osjetljivosti mjerača postiže se i korištenjem jačih magneta, okvira bez okvira, opruga s malim protudejnim momentom i ovjesom pokretnog dijela na zatezne žice (dvije tanke niti).
U osjetljivim mjeračima s okvirima bez okvira, igla, otklonjena strujom koja prolazi kroz okvir, napravi niz oscilacija prije nego što se zaustavi u ravnotežnom položaju. Kako bi se smanjilo vrijeme smirivanja igle, okvir je spojen s otpornikom s otporom reda tisuća ili stotina ohma. Ulogu potonjeg ponekad igra električni dijagram uređaj spojen paralelno s okvirom.
Mjerači s pomičnim okvirima omogućuju postizanje punog kuta 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 osjetljiva mjerila koja se koriste za mjerenje vrlo malih struja (manjih od 0,01 μA) i napona (manjih od 1 μV) nazivaju se galvanometri. Često se koriste kao nulti indikatori (indikatori nepostojanja struje ili napona u krugu) pri mjerenju metodama usporedbe. Prema načinu očitavanja galvanometri se dijele na kazaljke i zrcale; kod potonjeg se referentna oznaka na ljestvici stvara pomoću svjetlosne zrake i zrcala postavljenog na pokretni dio uređaja.
Magnetoelektrični mjerači prikladni su samo za mjerenje istosmjerne struje. Promjena smjera struje u okviru rezultira promjenom smjera zakretnog momenta i otklonom strelice u obrnuta strana. Kada je mjerač spojen na krug izmjenične struje frekvencije do 5-7 Hz, kazaljka će stalno oscilirati oko nule na skali s tom frekvencijom. Pri višoj frekvenciji struje pokretni sustav zbog svoje inercije nema vremena pratiti promjene struje i kazaljka ostaje u nultom položaju. Ako kroz mjerač teče pulsirajuća struja, tada je otklon igle određen konstantnom komponentom te struje. Kako bi se spriječilo podrhtavanje igle, mjerač je spojen kondenzatorom veliki kapacitet.
Brojila namijenjena za rad u krugu istosmjerne struje, čiji je smjer nepromijenjen, imaju jednostranu ljestvicu, čiji je jedan kraj nulti podjeljak. Da bi se dobio točan otklon igle, potrebno je da struja teče kroz okvir u smjeru od priključka označenog s "+" do priključka označenog s "-". Brojila dizajnirana za rad u krugovima istosmjerne struje, čiji se smjer može mijenjati, opremljena su dvostranom ljestvicom, čija se nulta podjela obično nalazi u sredini; Kada struja teče u uređaju od terminala "+" do terminala "-", strelica odstupa udesno.
Magnetoelektrična brojila mogu izdržati kratkotrajna preopterećenja koja dosežu 10 puta veću trenutnu vrijednost Ii i 3 puta veća dugotrajna preopterećenja. Nisu osjetljivi na vanjska magnetska polja (zbog prisutnosti jakog unutarnjeg magnetskog polja), troše malo energije tijekom mjerenja i mogu se izvoditi u svim klasama točnosti.
Za mjerenja na naizmjenična struja magnetoelektrični mjerači koriste se u kombinaciji s poluvodičkim, elektroničkim, fotoelektričnim ili toplinskim pretvaračima; zajedno tvore ispravljačke, elektroničke, fotoelektrične ili termoelektrične uređaje.
Mjerni instrumenti ponekad koriste elektromagnetske, elektrodinamičke i ferodinamičke mjerače, koji su prikladni za izravno mjerenje istosmjernih struja i efektivnih vrijednosti izmjenične struje, s frekvencijom do 2,5 kHz. Međutim, mjerači ove vrste znatno su inferiorni u odnosu na magnetoelektrične u pogledu osjetljivosti, točnosti i potrošnje energije tijekom mjerenja. Osim toga, imaju neujednačenu ljestvicu, komprimiranu u početnom dijelu i osjetljivi su na učinke vanjskih magnetskih polja, za čije oslabljenje je potrebno koristiti magnetske zaslone i komplicirati dizajn uređaja.
Određivanje električnih parametara magnetoelektričnih brojila
Pri uporabi mjernog mehanizma kao mjerača magnetoelektričnog uređaja nepoznata vrsta parametri potonjeg - ukupna struja odstupanja I i unutarnji otpor R i - moraju se odrediti eksperimentalno.
Riža. 2. Sheme za mjerenje električnih parametara magnetoelektričnih mjerača
Otpor okvira Ri može se približno izmjeriti ohmmetrom koji ima traženu granicu mjerenja. Pri ispitivanju visokoosjetljivih mjerača treba biti oprezan jer velika struja ohmmetar ih može oštetiti. Ako se koristi baterijski ohmmetar s više raspona, tada mjerenje treba započeti s najvećom granicom otpora pri kojoj je struja u strujnom krugu ohmmetra najmanja. Prijelaz na druge granice dopušten je samo ako to ne uzrokuje spuštanje igle mjerača izvan skale.
Parametri mjerača mogu se vrlo točno odrediti pomoću dijagrama na sl. 2, a. Krug se napaja iz izvora Istosmjerni napon B kroz otpornik R1, koji služi za ograničenje struje u krugu. Reostat R2 služi za otklon kazaljke I do pune skale. U ovom slučaju, trenutna vrijednost Ii računa se pomoću standardnog (referentnog) mikroampermetra (miliampermetra) μA (Prilikom postavljanja, provjere i umjeravanja mjernih instrumenata, u nedostatku standardnih instrumenata i mjera, radni instrumenti i mjere veći od visoka klasa točnost od predmeta; Takve ćemo uređaje i mjere zvati referentnim). Zatim se paralelno s mjeračem spoji referentni spremnik otpora Ro, čijom se promjenom otpora struja kroz mjerač smanjuje točno dva puta u odnosu na struju u zajednički krug. To će se dogoditi uz otpor Ro = Ri. Umjesto spremnika otpora, možete koristiti bilo koji promjenjivi otpornik nakon čega slijedi mjerenje njegovog otpora Ro = Ri pomoću ommetra ili istosmjernog mosta. Također je moguće spojiti paralelno s mjeračem neregulirani otpornik s poznatim otporom R, po mogućnosti blizu očekivanog otpora R; onda je vrijednost potonjeg određena formulom
Ri = (I/I1 - 1) * R,
gdje su I i I1 struje, mjerene μA odnosno I uređajima.
Ako I metar ima jedinstvenu skalu koja sadrži αn podjeljaka, 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, redom, a R1 i R2 su poznati otpori otpornika, koji se uzimaju približno istih vrijednosti. Što je očitanje α1 bliže kraju ljestvice, manja je pogreška mjerenja, što se postiže odgovarajućim izborom otpora
Magnetoelektrični miliampermetri i ampermetri
Magnetoelektrična brojila na izravno uključivanje V električni krugovi mogu se koristiti samo kao istosmjerni mikroampermetri s granicom mjerenja jednakom ukupnoj struji odstupanja Ii. Za proširenje granice mjerenja, I mjerač je spojen na strujni krug paralelan s šantom - otpornik niskog otpora Rsh (slika 3); u tom će slučaju samo dio izmjerene struje protjecati kroz mjerač, i to manji, to je manji otpor Rsh u usporedbi s otporom mjerača Ri. Za elektronička mjerenja, najveća potrebna granica za mjerenje istosmjernih struja rijetko prelazi 1000 mA (1 A).
Pri odabranoj graničnoj vrijednosti izmjerene struje Ip kroz brojilo mora teći ukupna struja odstupanja Ii; 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 Ohma, na vrijednost Ip = 20 mA, potrebno je koristiti shunt s otporom od Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohma.
Riža. 3. Kalibracijski dijagram magnetoelektričnog miliampermetra (ampermetra)
Shuntovi za miliampermetre izrađuju se od manganinske ili konstantanske žice. Zahvaljujući visokom otpornost materijala, dimenzije shuntova su male, što im omogućuje izravno spajanje između stezaljki uređaja unutar ili izvan njegovog kućišta. Ako je poznata vrijednost struje Ip (u amperima), tada se promjer shunt žice d (u milimetrima) odabire iz uvjeta
d >= 0,92 I p 0,5 , (2)
pri čemu gustoća struje u šantu ne prelazi 1,5 A/mm 2. Na primjer, miliampermetarski shunt s granicom mjerenja od Ip = 20 mA trebao bi biti izrađen od žice promjera 0,13 mm.
Odabirom žice odgovarajućeg promjera d (u milimetrima), njezina duljina (u metrima) potrebna za izradu šanta s otporom Rsh (u ohmima) približno se nalazi formulom
L = (1,5...1,9)d 2 * Rsh (3)
i precizno se podešava kada je uređaj uključen prema dijagramu na sl. 3 u seriji s referentnim miliampermetrom mA.
Shuntovi za velike struje (na ampermetre) obično se izrađuju od limenog manganina. Da bi se uklonio utjecaj prijelaznih otpora kontakata i otpora spojnih vodiča, takvi shuntovi imaju četiri stezaljke (slika 4, a). Vanjske masivne stezaljke nazivamo strujnim stezaljkama i koriste se za uključivanje šanta u krug mjerene struje. Unutarnje stezaljke nazivaju se potencijalne i namijenjene su za spajanje brojila. Ovaj dizajn također eliminira mogućnost oštećenja mjerača zbog velike struje ako se shunt slučajno odvoji.
Da bi se smanjila pogreška mjerenja temperature uzrokovana različitim temperaturnim ovisnostima otpora okvira mjerača i šanta, manganinski otpornik Rk spojen je u seriju s mjeračem (slika 4, b); pogreška se smanjuje onoliko koliko raste otpor kruga brojila. Više vrhunski rezultati postižu se uključivanjem termistora Rk s negativnim temperaturnim koeficijentom otpora. Pri proračunu uređaja s temperaturnom kompenzacijom pod otporom R i in formule za izračun treba razumjeti ukupni otpor mjerač i otpornik Rk.
Riža. 4. Krugovi za spajanje šanta za velike struje (a) i elementa temperaturne kompenzacije (b)
Uzimajući u obzir utjecaj šanta, unutarnji otpor miliampermetra (ampermetra)
Rma = RiRsh/(Ri+Rsh). (4)
Dovoljno za pružanje visoka preciznost V širok raspon izmjerene struje, uređaj mora imati nekoliko granica mjerenja; To se postiže upotrebom niza promjenjivih shuntova dizajniranih za različita značenja granična struja Ip.
Faktor prijelazne ljestvice N je omjer gornjih graničnih vrijednosti dviju susjednih granica mjerenja. Kada je N = 10, kao npr. kod četverograničnog miliampermetra s 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 ograničenja množenjem očitanja s odgovarajućim množiteljem je 10, 100 ili 1000. U tom će slučaju raspon mjerenja doseći 90% raspona očitanja, što će dovesti do zamjetnog povećanja pogreške mjerenja onih trenutnih vrijednosti koje odgovaraju očitanjima u početnim dijelovima ljestvice.
Riža. 5. Skale višegraničnih magnetoelektričnih miliampermetara
Kako bi se povećala točnost mjerenja u nekim instrumentima, granične vrijednosti izmjerenih struja biraju se iz niza brojeva 1, 5, 20, 100, 500 itd., koristeći zajedničku ljestvicu s nekoliko redova brojčanih oznake za čitanje (slika 5, a). Ponekad se granične vrijednosti biraju iz niza brojeva 1, 3, 10, 30, 100 itd., što omogućuje uklanjanje brojanja na prvoj trećini ljestvice; međutim, ljestvica bi trebala imati dva reda oznaka, stupnjevanih u vrijednostima koje su višestruke od 3 odnosno 10 (slika 5, b).
Prebacivanje shuntova potrebnih za pomicanje s jedne granice mjerenja na drugu može se izvesti pomoću prekidača kada se koriste zajednički ulazni terminali na svim granicama (slika 6) ili korištenjem sustava razdvojenih utičnica, čije su polovice međusobno povezane metalnim utikač mjernog kabela (slika 7). Značajka sklopova na Sl. 6, b i 7, b je da shunt svake granice mjerenja uključuje otpornike shuntova drugih, manje osjetljivih granica.
Riža. 6. Sheme višegraničnih miliampermetara sa sklopkama mjernih granica.
Prilikom prebacivanja pod strujnu granicu mjerenja uređaja, moguće je oštećenje brojila ako je nakratko spojeno bez shunta u krug mjerene struje. Da bi se to izbjeglo, dizajn sklopki (slika 6) mora osigurati prijelaz s jednog kontakta na drugi bez prekida strujnog kruga. U skladu s tim, dizajn razdvojenih utičnica (slika 7) trebao bi omogućiti da se utikač mjernog kabela, kada je uključen, prvo zatvori s šantom, a zatim s krugom brojila.
Riža. 7. Sheme višegraničnih miliampermetara s preklapanjem granica mjerenja utikač-utičnica.
Kako bi se mjerač zaštitio od opasnih preopterećenja, ponekad se postavlja gumb Kn s prekidnim kontaktom paralelno s njim (slika 7, b); Mjerač je uključen u strujni krug samo kada se pritisne tipka. Učinkovit način zaštita osjetljivih brojila je njihovo šantiranje (u smjeru prema naprijed) s posebno odabranim poluvodičke diode; u ovom slučaju, međutim, moguće je kršenje ujednačenosti ljestvice.
U usporedbi s uređajima s preklopnim šantovima, uređaji s više opsega s univerzalnim šantovima pouzdaniji su u radu. Univerzalni shunt je skupina serijski spojenih otpornika koji zajedno s mjeračem tvore zatvoreni krug (slika 8). Za spajanje na strujni krug koji se ispituje koristi se uobičajena negativna stezaljka i stezaljka spojena na jedan od odvojaka. U tom slučaju nastaju 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 s mjeračem. Otpor Rsh.d mora biti takav da pri maksimalnoj izmjerenoj struji Ip kroz brojilo teče ukupna struja odstupanja Ii. Općenito
Rsh.d = (Rsh + Ri) (Ii/Ip). (5)
gdje je Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... ukupni otpor šanta.
Univerzalni shunt općenito obavlja funkciju aktivnog shunta na granici 1, koja odgovara najmanjoj granična vrijednost izmjerena struja Ip1; njegov se otpor može izračunati pomoću formule (1). Ako su odabrane granice mjerenja Ip2 = = N12*Ip1; Ip3 = N23*Ip2; Ip4 = N34 * Ip3, itd., tada će otpor pojedinih dijelova šanta biti određen izrazima:
Rsh2 + Rsh3 + RSH4 + ... = Rsh/N12;
Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23);
Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23*N34), itd. Razlika u otporu iz dviju susjednih jednakosti omogućuje nam određivanje otpora pojedinačne komponente shunt Rsh1, Rsh2, Rsh3, itd.
Riža. 8. Sheme višegraničnih miliampermetara s univerzalnim šantovima
Iz gornjih izraza jasno je da su prijelazni faktori N12, N23, N34 itd. u potpunosti određeni omjerom otpora pojedinih dijelova šanta i potpuno su neovisni o podacima mjerača. Stoga će isti univerzalni shunt, paralelno povezan s različitim brojilima, promijeniti svoje granice za isti broj puta; u ovom slučaju početna granica mjerenja određena je formulom
Ip1 = Ii*(Ri/Rsh + 1). (6)
Iz dijagrama na Sl. Slika 8 pokazuje da se u uređajima s univerzalnim šantovima granice mjerenja mogu odabrati i pomoću prekidača i utičnica redovnog tipa. Prekidanje kontakta u ovim krugovima sigurno je za mjerač. Ako je približna vrijednost struje koju treba izmjeriti nepoznata, tada prije spajanja uređaja s više granica na strujni krug koji se ispituje, treba postaviti najveću gornju granicu mjerenja,
Kalibracija magnetoelektričnih miliampermetara i ampermetara
Umjeravanje mjernog uređaja sastoji se u određivanju njegove kalibracijske karakteristike, odnosno odnosa između vrijednosti mjerene veličine i očitanja uređaja za očitanje, izraženog u obliku tablice, grafikona ili formule. U praksi se umjeravanje kazaljke završava primjenom podjela na njegovoj ljestvici koja odgovaraju određenim numeričkim vrijednostima mjerene veličine.
Za magnetoelektrične uređaje s ujednačenim ljestvicama, glavni zadatak kalibracije je utvrditi podudarnost konačnog podjela ljestvice s graničnom vrijednošću izmjerene vrijednosti, što se može učiniti pomoću dijagrama sličnog onom prikazanom na sl. 3. Uređaj koji se kalibrira spojen je na stezaljke 1 i 2. S reostatom R u strujnom krugu napajanom izvorom istosmjerne struje, granična vrijednost struje Ip postavlja se pomoću referentnog uređaja mA i točke ljestvice do koje mjerač bilježi se otklon igle I. Ako uređaj koji se kalibrira ima jedno ograničenje, tada iza krajnja točka vaga se može uzeti na bilo kojoj točki blizu graničnika koji ograničava kretanje strelice. U višelimitnim instrumentima s više ljestvica, takav proizvoljan izbor kraja ljestvice može se napraviti samo na jednoj granici, koja se uzima kao početna.
Ako strelica na trenutnom Ip nije na krajnjem podjeli skale, potrebno je podešavanje uređaja. U uređajima s jednom granicom ili na početnoj granici uređaja s više granica, ovo podešavanje može se izvršiti pomoću magnetskog šanta. U nedostatku potonjeg, podešavanje se provodi podešavanjem otpora šanta. Ako pri struji Ip strelica ne dosegne krajnju podjelu, tada treba povećati otpor shunta Rsh; kada strelica ode izvan skale, otpor šanta se smanjuje.
Prilikom kalibriranja uređaja s više granica koji rade prema shemama prikazanim na sl. 6, b, 7, b i 8, podešavanje šantova mora se provesti određenim redoslijedom, počevši od otpora šanta Rsh, koji odgovara najvećoj graničnoj struji Ip3; tada se sekvencijalno podešavaju otpori šantova Rsh2 i Rsh1. Kod prebacivanja granica može biti potrebno zamijeniti referentni uređaj, čija gornja granica mjerenja u svim slučajevima mora biti jednaka ili malo veća od granične vrijednosti kalibrirane ljestvice.
Poznavajući položaje početnih i završnih podjela jedinstvene ljestvice, lako je odrediti položaje svih međupodjela. Međutim, treba uzeti u obzir da neki magnetoelektrični uređaji, zbog nedostataka dizajna ili značajki, mjerni krug Možda neće postojati točna proporcionalnost između kutnog pomicanja pokazivača i struje koja se mjeri. Stoga je preporučljivo nekoliko puta provjeriti kalibraciju vage međutočke, mijenjanje struje reostatom R. Otpor Ro služi za ograničenje struje u krugu.
Kalibracija se mora izvesti s potpuno sastavljenim instrumentom i pod normalnim radnim uvjetima. Rezultirajuće referentne točke nanesu se na površinu ljestvice zašiljenom olovkom (sa skinutim staklom s kućišta mjerača) ili se učvrste prema oznakama na postojećoj ljestvici uređaja. Ako je stara mjerna ljestvica neupotrebljiva, izrađuje se nova ljestvica od debelog, glatkog papira, koji se na mjesto stare ljestvice lijepi ljepilom otpornim na vlagu. Položaj nove ljestvice mora strogo odgovarati poziciji koju je zauzimala stara ljestvica prilikom kalibracije uređaja. Dobri rezultati postižu se iscrtavanjem ljestvice crnom tintom u uvećanoj ljestvici i njezinom fotokopijom potrebne veličine.
Razmotreno gore generalni principi gradacije se odnose na pokazivače mjerni instrumenti za razne namjene.
Značajke mjerenja istosmjerne struje
Za mjerenje struje, uređaj (na primjer, miliampermetar) spojen je u seriju na ispitni krug; to dovodi do povećanja ukupnog otpora kruga i smanjenja struje koja u njemu teče. Stupanj tog smanjenja procjenjuje se (u postocima) utjecajnim koeficijentom miliampermetra
Vma = 100*Rma/(Rma + Rc),
gdje je Rts ukupni otpor krugove između priključnih točaka uređaja (na primjer, stezaljke 1 i 2 u dijagramu na slici 3).
Množenjem brojnika i nazivnika na desnoj strani formule s vrijednošću struje u krugu I i uzimajući u obzir da je I * Rma pad napona na miliampermetru Uma, a I (Rma + Rc) jednak je emf E, koji djeluje u krugu koji se proučava, dobivamo
Vma = 100*Uma/E.
U složenom (razgranatom) lancu pod e. d.s. Morate razumjeti napon otvorenog kruga između točaka prekida na koje se uređaj mora spojiti.
Granična vrijednost napona Uma je pad napona na uređaju Up, uzrokujući otklon njegove igle do konačne oznake ljestvice. Stoga je izuzetno moguće značenje koeficijent utjecaja pri korištenju ovog uređaja
Bp = 100Up/E. (7)
Iz gornjih formula slijedi da što je manje e. d.s. E, to jače uređaj utječe na izmjerenu struju. Na primjer, ako je Up/E = 0,1, tada je Vp = 10%, tj. uključivanje uređaja može uzrokovati smanjenje struje u krugu za 10%; pri Up/E = 0,01, smanjenje struje ne prelazi 1%. Stoga pri mjerenju struje žarne niti radiocijevi ili struje emitera tranzistora treba očekivati značajno veća promjena struje u krugu nego kod mjerenja anodne, zaslonske ili kolektorske struje. Također je očito da, uz iste granice mjerenja, uređaj karakteriziran nižom vrijednošću napona Up ima manji utjecaj na izmjerenu struju. U miliampermetrima s više raspona s 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 s 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) (s povećanje snage koju troši uređaj u (Ri + Rsh)/Ri puta), budući da predstavlja zbroj padova napona na brojilu i serijski spojenoj sekciji s njim. Posljedično, uređaj s univerzalnim shuntom, pod jednakim uvjetima, ima jači učinak na način rada krugova koji se proučavaju od uređaja s preklopnim shuntovima.
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 najmanja granična struja Ip1 uređaja povećati. Stoga je u svakom konkretnom slučaju potrebno riješiti pitanje prihvatljiva vrijednost shunt otpor Rsh.
Kada se magnetoelektrični uređaj spoji na pulsirajuću ili impulsna struja Za mjerenje istosmjerne komponente te struje potrebno je paralelno s uređajem spojiti veliki kondenzator koji ima znatno manji otpor za izmjeničnu komponentu struje. unutarnji otpor uređaj Rma. Kako bi se eliminirao utjecaj kapacitivnosti uređaja u odnosu na tijelo instalacije koja se proučava, mjesto na kojem je uređaj spojen na visokofrekventne krugove odabire se na način da je jedan od njegovih terminala spojen izravno ili preko kondenzator velikog kapaciteta na tijelo.
U nekim slučajevima, u različitim krugovima testa radio-elektronički uređaj uključuju trajne shuntove, što omogućuje korištenje istog magnetoelektričnog mjerača za naizmjenično praćenje struja u tim krugovima bez njihovog prekida.
Zadatak 1. Izračunajte strujni krug miliampermetra s univerzalnim šantom (slika 8) za tri granice mjerenja: 0,2; 2 i 20 mA s faktorom prijelaza N = 10. Mjerni uređaj - 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 najvećoj struji, kao i najveći mogući utjecaj uređaja na izmjerenu struju, ako postoji električna struja u strujnom krugu potonjeg. d.s. E = 20 V.
1. Na granici 1 (Ip1 = 0,2 mA), shunt prema mjeraču je univerzalni shunt kao cjelina. Impedancija potonji, određen formulom (1), Rsh = 2550 Ohm.
Pad napona na uređaju pri najvećoj struji je Up1 = Ui = 0,128 V. Maksimalni mogući utjecajni koeficijent miliampermetra je Vp1 = (Up1/E)*100 = 0,64%.
2. Za granicu 2 (Ip2 = 2 mA), otpor sekcije shunta univerzalnog shunta 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 utjecaja Vp2 = 100*Up2/E = 3,63%.
3. Za ograničenje 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh/N 2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohma; Up3 = Ip*(Ri + Rsh1 + Rsh2) = 0,761 V; Bp3 = 100*p3/E = 3,80%.
Zadatak 2. Izračunajte strujni krug miliampermetra s 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. Odredite utjecaj uređaja na izmjerenu struju ako se mjerenja u granicama od 5 i 50 mA provode u krugovima u kojima je npr. d.s. ne manje od 200 V, a na granici od 500 mA - u krugu žarne niti radio cijevi napajane iz baterije s emf. 6 V.
Odgovor: Rsh = 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohma; Rsh2= 1,5 Ohm; Rsh3=0,17 Ohma; Up1 = 75 mV; Bp1 = 0,037%; Up2 = 82,5 mV; Bp2 = 0,041%; Up3 = 83 mV; VP3= 1,4%.
Odgovor: 1) Rsh1 = 16,67 Ohma; Rsh2 = 1,52 0m; Rsh3=0,15 Ohm; 2) Rsh1 =15,15 Ohma; Rsh2= 1,37 Ohma; Rsh3 = 0,15 Ohma.
Tranzistorski istosmjerni mikroampermetri
Ako je potrebno mjeriti vrlo male struje, znatno manje od ukupne struje odstupanja I postojećeg magnetoelektričnog brojila, potonji se koristi u kombinaciji s pojačalom istosmjerne struje. Najjednostavniji i najekonomičniji su pojačala na bazi bipolarni tranzistori. Pojačanje struje može se postići povezivanjem tranzistora pomoću krugova sa zajedničkim emiterom i zajedničkim kolektorom, ali je prvi krug poželjniji jer daje manje ulazna impedancija pojačalo
Riža. 9. Sklopovi mikroampermetara istosmjerne struje s jednim tranzistorom
Najjednostavnija shema je jedna tranzistorski mikroampermetar, napajan iz izvora s emf. E = 1,5...4,5 V, prikazano na sl. 9, a, pune linije. Bazna struja Ib je izmjerena struja, pri čijoj određenoj nazivnoj vrijednosti In struja Ik teče u kolektorskom krugu, jednaka struji ukupno odstupanje Ii brojila I. Statički koeficijent prolaza struje Vst = Ik/Ib = Ii/In, odakle nazivna izmjerena struja In = Ii/Bst. Na primjer, kada se koristi tranzistor tipa GT115A s 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% njezine duljina). Spajanjem posebno odabranog šanta između ulaznih stezaljki, možete povećati maksimalnu izmjerenu struju na vrijednost prikladnu za izračune (na primjer, do 10 μA).
U stvarni sklopovi tranzistorski mikroampermetri poduzimaju mjere usmjerene na stabilizaciju načina rada i ispravljanje njegovih mogućih odstupanja. Prije svega, to je neprihvatljivo (pogotovo kada povećani napon napajanje) otvoreni krug baze tranzistora, koji se može pojaviti tijekom mjerenja. Stoga je baza spojena na emiter preko otpornika malog otpora ili, kao što je prikazano isprekidanom linijom na sl. 9, a, c negativan pol izvor kroz otpornik Rb s otporom reda veličine stotina kilo-oma. U potonji slučaj Na bazu se dovodi prednapon koji postavlja način rada pojačala. Zatim, kako bi se prilagodili potrebni nazivna struja(uz pretpostavku 10 µA za gornji primjer) uključite otpornik za podešavanje Rsh = (2...5) Ri paralelno s mjeračem (ili u seriji s njim).
Treba uzeti u obzir da će u nedostatku izmjerene struje početna kolektorska struja Ik.n teći kroz mjerač, dosežući 5-20 μA i zbog prisutnosti nekontrolirane povratne kolektorske struje Ik.o i struje u krugu otpornika baze Rb. Učinak struje Ik.n može se kompenzirati postavljanjem igle mjerača na nulu pomoću mehaničkog korektora uređaja. Međutim, to je racionalnije provesti električne instalacije nula, na primjer, korištenjem pomoćne baterije E0 i reostata R0 = (5...10) Rand, stvarajući u strujnom krugu brojila kompenzacijsku struju I0, jednaku vrijednosti, ali suprotnog smjera od struje Ik.n. Umjesto dva izvora napajanja, možete koristiti jedan (slika 9, b), paralelno s njim spojiti razdjelnik napona koji se sastoji od dva otpornika R1 i R2 s otporima reda stotina ohma. Ovo stvara istosmjerni strujni krug mosta (vidi Metoda mosta za mjerenje električnog otpora), koji se uravnotežuje promjenom otpora jednog od krakova (R0).
Potreba za kompliciranjem izvornog kruga jednotranzistorskog pojačala dovodi do činjenice da je strujni dobitak
Ki = Ui/In (8)
ispada da je manji od koeficijenta prijenosa struje Vst korištenog tranzistora. Štoviše, pouzdan rad tranzistorski mikroampermetar može se osigurati 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 gotovo 2 puta za svakih 10 K povećanja temperature. To uzrokuje primjetnu promjenu u trenutnom pojačanju Ki i ulaznom otporu pojačala, što može dovesti do potpunog kršenja kalibracijskih karakteristika uređaja. Također treba uzeti u obzir nepovratnu promjenu parametara ("starenje") tranzistora koja se promatra tijekom vremena, što stvara potrebu za periodičnom provjerom i korekcijom kalibracijskih karakteristika tranzistorskog uređaja.
Ako se promjena struje Ik.o može donekle kompenzirati postavljanjem nule prije početka mjerenja, tada se moraju poduzeti posebne mjere za stabilizaciju pojačanja Ki. Dakle, pristranost na bazu (slika 9, b) dovodi se kroz razdjelnik napona iz otpornika Rb1 i Rb2, a termistor koji ima negativan temperaturni koeficijent otpora ponekad se koristi kao potonji. Termistor se može zamijeniti diodom D spojenom paralelno s otpornikom Rb1. S povećanjem temperature, obrnuti otpor diode se smanjuje, što dovodi do preraspodjele napona između elektroda tranzistora, što se suprotstavlja povećanju struje kolektora. Negativna povratna veza između kolektora i baze djeluje u istom smjeru, što se pojavljuje zbog spajanja izlaza otpornika Rb2 na kolektor (a ne na minus napajanja). Najučinkovitiji učinak daje negativna povratna sprega koja se javlja kada je otpornik Re spojen na krug emitera.
Povećanje stabilnosti pojačala korištenjem dovoljno duboke negativne povratne veze dovodi do malog omjera koeficijenata Ki/Bst. Stoga, da bi se dobio dobitak Ki jednak nekoliko desetaka, potrebno je odabrati germanijski tranzistor s visokim koeficijentom prijenosa struje za mikroampermetar: Vst = 120 ... 200.
U mikroampermetrima je moguće koristiti silicijeve tranzistore, koji u usporedbi s germanijskim imaju parametre koji su stabilniji i vremenski i u odnosu na temperaturne utjecaje. Međutim, koeficijent Vst za silicijske tranzistore obično je mali. Može se povećati korištenjem složenog tranzistorskog kruga (slika 9, c); potonji ima koeficijent prijenosa struje Vst približno jednak umnošku odgovarajućih koeficijenata njegovih sastavnih tranzistora, tj. Vst ≈ Vst1*Vst2. Međutim, struja reverznog kolektora kompozitnog tranzistora je:
Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1
značajno premašuje odgovarajuće struje svojih komponenti i podložan je vidljivim temperaturnim fluktuacijama, što dovodi do potrebe za stabilizacijom načina rada pojačala.
Visoku stabilnost rada tranzistorskog mikroampermetra lakše je postići ako je njegovo pojačalo konfigurirano u uravnoteženom krugu s dva konvencionalna ili kompozitna tranzistora, posebno odabrana prema identičnosti njihovih parametara (prvenstveno, prema približnoj jednakosti koeficijenata Vst a struje Ik.o). Tipični dijagram takvog uređaja s elementima stabilizacije i korekcije prikazan je na slici. 10. Budući da početne kolektorske struje tranzistora približno jednako ovise o temperaturi i naponu napajanja, a kroz mjerač teku u suprotnim smjerovima kompenzirajući se međusobno, povećava se stabilnost nultog položaja kazaljke mjerača i jednolikost njezine skale. Duboka negativna povratna sprega koju pružaju otpornici Re i Rb.k povećava stabilnost strujnog pojačanja. Uravnoteženi krug također povećava osjetljivost mikroampermetra, budući da mjerena struja stvara potencijale različitih predznaka na ulaznim elektrodama oba tranzistora; Zbog toga se unutarnji otpor jednog tranzistora povećava, a drugog smanjuje, što povećava neravnotežu točke istosmjerne struje, u čiju je dijagonalu uključen AND mjerač.
Prilikom postavljanja uravnoteženog mikroampermetra, potenciometar za ugađanje Rk koristi se za izjednačavanje potencijala kolektora, što se prati odsutnošću očitanja mjerača kada su ulazni terminali kratko spojeni. Podešavanje nule tijekom rada provodi se pomoću potenciometra Rb izjednačavanjem baznih struja s otvorenim ulaznim stezaljkama. Treba uzeti u obzir da su ove dvije prilagodbe međusobno ovisne i da se prilikom uklanjanja pogrešaka uređaja moraju ponoviti nekoliko puta zaredom.
Riža. 10. Uravnoteženi krug 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; njezino točno određivanje, kao i nazivna granična struja In, moraju se odrediti eksperimentalno. Prikladno je podesiti potrebnu vrijednost nazivne struje pomoću lančanog otpornika otpornika, čiji se otpor mora uzeti u obzir pri određivanju ulaznog otpora Rμm.
Stabilnost ulaznog otpora omogućuje proširenje granice mjerenja u smjeru smanjenja osjetljivosti pomoću shuntova. Otpor šanta potreban za postizanje najveće izmjerene struje Ip,
Rsh.p = Rmka*In/(Ip - In) = Rmka*Ii/(Ki*Ip - Ii) (9)
S numeričkim podacima navedenim u dijagramu i upotrebom tranzistora s Vst ≈ 150, uravnoteženi mikroampermetar ima pojačanje Ki ≈ 34 i može se podesiti na nazivnu struju In = 10 μA pomoću podesnog otpornika Rm. Ako je potrebno dobiti nazivnu struju od približno 1 μA, pojačalo se nadopunjuje drugim stupnjem, koji se često implementira u krug emiterskog sljedbenika, što olakšava usklađivanje izlazne impedancije pojačala s niskom impedancijom I mjerač.
Osnovna mjerna jedinica za električni napon je volt. Ovisno o veličini, napon se može mjeriti u volti(U), kilovolti(1 kV = 1000 V), milivolti(1 mV = 0,001 V), mikrovolti(1 µV = 0,001 mV = 0,000001 V). U praksi se najčešće morate nositi s voltima i milivoltima.
Postoje dvije glavne vrste stresa - trajnog I varijabla. Baterije i akumulatori služe kao izvor konstantnog napona. Izvor izmjeničnog napona može biti npr. napon u električnoj mreži stana ili kuće.
Za mjerenje napona koristite voltmetar. Postoje voltmetri sklopke(analogni) i digitalni.
Danas su pokazivački voltmetri inferiorni u odnosu na digitalne, jer su potonji praktičniji za upotrebu. Ako se pri mjerenju voltmetrom pokazivača očitanja napona moraju izračunati na ljestvici, a zatim s digitalnim, rezultat mjerenja odmah se prikazuje na indikatoru. A što se tiče dimenzija, pokazivački instrument je inferioran od digitalnog.
Ali to ne znači da se kazaljke uopće ne koriste. Postoje neki procesi koji se ne mogu vidjeti digitalnim instrumentom, pa se prekidači više koriste u industrijskim poduzećima, laboratorijima, radionicama za popravak itd.
Na dijagramima električnog kruga voltmetar je označen krugom s velikim latiničnim slovom " V" iznutra. Pored simbola voltmetra navedena je njegova slovna oznaka " P.U." i serijski broj u dijagramu. Na primjer. Ako u krugu postoje dva voltmetra, tada pored prvog pišu " PU 1", i o drugom " PU 2».
Kod mjerenja istosmjernog napona dijagram označava polaritet spoja voltmetra, ali ako se mjeri izmjenični napon, polaritet spoja nije naznačen.
Napon se mjeri između dva boda sklopovi: u elektroničkim sklopovima između pozitivan I minus polova, u električnim krugovima između faza I nula. Spojen voltmetar paralelno s izvorom napona ili paralelno s lančanim dijelom- otpornik, svjetiljka ili drugi teret na kojem treba mjeriti napon:
Razmotrimo spajanje voltmetra: u gornjem dijagramu napon se mjeri na svjetiljci HL1 a istovremeno na izvoru struje GB1. U donjem dijagramu napon je izmjeren na svjetiljci HL1 i otpornik R1.
Prije mjerenja napona odredite ga pogled i približan veličina. Činjenica je da je mjerni dio voltmetara predviđen za samo jednu vrstu napona, što rezultira različitim rezultatima mjerenja. Voltmetar za mjerenje istosmjernog napona ne vidi izmjenični napon, ali voltmetar za izmjenični napon, naprotiv, može mjeriti istosmjerni napon, ali njegova očitanja neće biti točna.
Također je potrebno znati približnu vrijednost izmjerenog napona, budući da voltmetri rade u strogo definiranom području napona, a ako pogriješite s izborom raspona ili vrijednosti, uređaj se može oštetiti. Na primjer. Mjerni raspon voltmetra je 0...100 Volti, što znači da se napon može mjeriti samo unutar ovih granica, jer ako se izmjeri napon iznad 100 Volti, uređaj će otkazati.
Osim uređaja koji mjere samo jedan parametar (napon, struja, otpor, kapacitet, frekvencija), postoje višenamjenski koji mjere sve te parametre u jednom uređaju. Takav uređaj se zove tester(uglavnom pokazivački mjerni instrumenti) ili digitalni multimetar.
Nećemo se zadržavati na testeru, to je tema drugog članka, ali prijeđimo ravno na digitalni multimetar. Uglavnom, multimetri mogu mjeriti dvije vrste napona u rasponu od 0...1000 Volti. Radi lakšeg mjerenja oba su napona podijeljena u dva sektora, a unutar sektora u podpodručja: istosmjerni napon ima pet podpodručja, izmjenični napon dva.
Svaki podraspon ima svoju maksimalnu granicu mjerenja, koja je označena digitalnom vrijednošću: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. Na primjer. Na granici "200V" napon se mjeri u rasponu od 0...200 Volti.
Sada sam proces mjerenja.
1. Mjerenje istosmjernog napona.
Prvo odlučujemo o pogled izmjereni napon (DC ili AC) i pomaknite sklopku na željeni sektor. Na primjer, uzmimo AA bateriju, čiji je konstantni napon 1,5 volti. Odaberemo sektor konstantnog napona, au njemu je granica mjerenja "2V", čiji je raspon mjerenja 0...2 Volta.
Ispitni kablovi moraju biti umetnuti u utičnice kao što je prikazano na slici ispod:
Crvena obično se zove mjerna šipka pozitivan, i umetne se u utičnicu, nasuprot koje se nalaze ikone izmjerenih parametara: “VΩmA”;
crno mjerna šipka se zove minus ili Općenito i umetne se u utičnicu nasuprot koje se nalazi ikona “COM”. Sva mjerenja vrše se u odnosu na ovu sondu.
Pozitivnom sondom dodirujemo pozitivni pol baterije, a negativnom negativni pol. Rezultat mjerenja od 1,59 V odmah je vidljiv na indikatoru multimetra. Kao što vidite, sve je vrlo jednostavno.
Sada postoji još jedna nijansa. Ako se sonde na bateriji zamijene, znak minus će se pojaviti ispred one, što znači da je polaritet veze multimetra obrnut. Znak minus može biti vrlo zgodan u procesu postavljanja elektroničkih sklopova, kada trebate odrediti pozitivne ili negativne sabirnice na ploči.
Pa, sada razmotrimo opciju kada je vrijednost napona nepoznata. Kao izvor napona koristit ćemo AA bateriju.
Recimo da ne znamo napon baterije, a kako ne bismo spalili uređaj, počinjemo mjeriti od maksimalne granice "600V", što odgovara rasponu mjerenja od 0 ... 600 Volti. Pomoću sondi multimetra dodirujemo polove baterije i na indikatoru vidimo rezultat mjerenja jednak " 001 " Ovi brojevi pokazuju da nema napona ili je njegova vrijednost premala ili je mjerni raspon prevelik.
Idemo niže. Pomaknemo prekidač u položaj "200V", što odgovara rasponu od 0...200 Volti, i dodirnemo polove baterije sondama. Indikator je pokazao očitanja jednaka " 01,5 " U principu, ova očitanja su dovoljna da se kaže da je napon AA baterije 1,5 volti.
Međutim, nula ispred sugerira da idete još niže i točnije mjerite napon. Spuštamo se do granice "20V", koja odgovara rasponu od 0...20 Volti, i ponovno izvršimo mjerenje. Indikator je pokazao " 1,58 " Sada sa sigurnošću možemo reći da je napon AA baterije 1,58 volti.
Na taj način, bez poznavanja vrijednosti napona, pronalaze ga, postupno se smanjujući od visoke granice mjerenja do niske.
Postoje i situacije kada se prilikom mjerenja jedinica "" prikazuje u lijevom kutu indikatora. 1 " Jedinica označava da je izmjereni napon ili struja viši od odabrane granice mjerenja. Na primjer. Ako mjerite napon od 3 volta na granici "2V", tada će se na indikatoru pojaviti jedinica, budući da je mjerni raspon ove granice samo 0...2 volta.
Ostaje još jedno ograničenje “200m” s rasponom mjerenja od 0...200 mV. Ovo ograničenje je namijenjeno za mjerenje vrlo malih napona (milivolti), koji se ponekad susreću pri postavljanju nekih amaterskih radio dizajna.
2. Mjerenje izmjeničnog napona.
Postupak mjerenja izmjeničnog napona ne razlikuje se od mjerenja istosmjernog napona. Jedina razlika je u tome što za izmjenični napon nije potreban polaritet sondi.
Sektor izmjeničnog napona podijeljen je u dva podraspona 200V I 600V.
Na granici "200V" možete mjeriti, na primjer, izlazni napon sekundarnih namota silaznih transformatora ili bilo koji drugi napon u rasponu od 0...200 Volti. Na granici "600V" možete mjeriti napone od 220 V, 380 V, 440 V ili bilo koji drugi napon u rasponu od 0...600 Volti.
Kao primjer, izmjerimo napon kućne mreže od 220 V.
Pomaknemo prekidač u položaj "600V" i umetnimo sonde multimetra u utičnicu. Rezultat mjerenja od 229 volti odmah se pojavio na indikatoru. Kao što vidite, sve je vrlo jednostavno.
I jedan trenutak.
Prije mjerenja visokog napona, UVIJEK još jednom provjerite je li izolacija sondi i žica voltmetra ili multimetra u dobrom stanju. te također dodatno provjerite odabranu granicu mjerenja. I tek nakon svih ovih operacija izvršite mjerenja. Na taj način ćete zaštititi sebe i uređaj od neočekivanih iznenađenja.
A ako nešto ostane nejasno, pogledajte video koji pokazuje kako mjeriti napon i struju pomoću multimetra.
. Trenutno ili jakost struje određuje se brojem elektrona koji prolaze kroz točku ili element kruga unutar jedne sekunde. Na primjer, oko 2 000 000 000 000 000 000 (dva trilijuna) elektrona prođe kroz nit goruće žarulje sa žarnom niti svjetiljke svake sekunde. 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 međudjelovanje vodiča sa strujom. Eksperimentalno je utvrđeno da uz struju od 1A kroz točku ili element strujnog kruga prođe oko 6 250 000 000 000 000 000 elektrona.
Osim ampera koriste se i manje jedinice struje: miliamper(mA) jednako 0,001 A, i mikroamper(μA) jednako 0,000001 A ili 0,001 mA. Stoga: 1 A = 1000 mA = 1.000.000 µA.
1. Uređaj za mjerenje jakosti struje.
Kao i napon, struja može biti konstantno I varijabla. Instrumenti koji služe za mjerenje struje nazivaju se ampermetri, miliampermetri I mikroampermetri. Kao i voltmetri, i ampermetri su strijela I digitalni.
Na električnim dijagramima uređaji su označeni krugom i slovom unutar: A(ampermetar), mA(miliampermetar) i µA(mikroampermetar). Pored simbola ampermetra navedena je njegova slovna oznaka " GODIŠNJE" i serijski broj u dijagramu. Na primjer. Ako u krugu postoje dva ampermetra, tada pored prvog pišu " PA1", i o drugom " PA2».
Za mjerenje struje uključuje se ampermetar izravno u krug u seriji s opterećenjem, odnosno prekid u strujnom krugu napajanja opterećenja. Dakle, za vrijeme trajanja mjerenja, ampermetar postaje kao još jedan element električnog kruga kroz koji teče struja, ali u isto vrijeme ampermetar ne čini nikakve promjene u krugu. Donja slika prikazuje dijagram spajanja miliampermetra na strujni krug žarulje sa žarnom niti.
Također morate imati na umu da ampermetri postoje u različitim rasponima (ljestvicama), a ako prilikom mjerenja koristite uređaj s manjim rasponom u odnosu na izmjerenu vrijednost, uređaj se može oštetiti. Na primjer. Mjerni raspon miliampermetra je 0...300 mA, što znači da se jakost struje mjeri samo u tim 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 područje mjerenja, predviđeno za određenu maksimalnu vrijednost struje, dok multimetar ima više područja, a prije mjerenja morate odrediti koji raspon koristiti u ovom trenutku.
Konvencionalni multimetri, a ne profesionalni, dizajnirani su za mjerenje istosmjerne struje i imaju četiri podraspona, što je sasvim dovoljno na razini kućanstva. Svaki podraspon 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 rasponu od 0...20 mA.
Na primjer, izmjerimo struju koju troši konvencionalna LED dioda. Da bismo to učinili, sastaviti 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.
Umetnemo mjerne vodove u utičnice multimetra, kao što je prikazano na slici:
Crvena mjerna šipka se zove pozitivan, te se umetne u utičnicu nasuprot koje se nalaze ikone mjerenih parametara: “ VΩmA»;
crno mjerna šipka je minus ili Općenito i umetne se u utičnicu, nasuprot koje je napisano " COM" Sva mjerenja vrše se u odnosu na ovu sondu.
U sektoru mjerenja istosmjerne struje odaberite granicu " 2m", čiji je mjerni raspon 0...2 mA. Spojimo sonde multimetra prema dijagramu, a zatim uključimo napajanje. LED dioda je zasvijetlila, a struja potrošnje iznosila je 1,74 mA. To je, u principu, cijeli proces mjerenja.
Međutim, ova opcija mjerenja je prikladna kada je trenutna potrošnja poznata. U praksi se često javlja situacija kada je potrebno izmjeriti struju u nekom dijelu kruga čija je vrijednost nepoznata ili približno poznata. U tom slučaju mjerenje počinje od najviše granice.
Pretpostavimo da je trenutna potrošnja LED-a nepoznata. Zatim pomaknemo prekidač do granice " 200m", što odgovara rasponu 0...200 mA, a nakon toga u strujni krug spajamo sonde multimetra.
Zatim primijenimo napon i pogledamo očitanja multimetra. U ovom slučaju, trenutna očitanja bila su " 01,8 ", što znači 1,8 mA. Međutim, nula ispred pokazuje da je moguće smanjiti za ograničenje " 20m».
Isključite struju. Pomičemo prekidač do kraja " 20m" Uključite napajanje i ponovno izvršite mjerenje. Očitano je 1,89 mA.
Često postoji situacija kada se prilikom mjerenja struje ili napona pojavi indikator jedinica. Jedinica označava da je odabrana niska granica mjerenja i manja je od vrijednosti izmjerenog parametra. U tom slučaju morate prijeći na viši limit.
Također može postojati trenutak kada je izmjerena struja iznad 200 mA i potrebno je prijeći na granicu mjerenja " 10A" Međutim, postoji nijansa koju treba zapamtiti. Pored činjenice da je prekidač pomaknut do granice " 10A", također je potrebno pomaknuti pozitivnu (crvenu) sondu na krajnju lijevu utičnicu, nasuprot koje stoji alfanumerička vrijednost "10A", što označava da je ova utičnica namijenjena za mjerenje velikih struja.
I još jedan savjet. Neka to postane pravilo: kada završite sva mjerenja na granici « 10A» Odmah pomaknite pozitivnu (crvenu) sondu na njeno normalno mjesto. Time ćete uštedjeti živce, sonde i multimetar.
Pa, to je u biti sve što sam htio reći o mjerenju struje multimetrom. Glavna stvar koju treba razumjeti je da kada je voltmetar spojen paralelno s opterećenjem ili izvor napona, dok je za mjerenje struje ampermetar spojen izravno na krug a kroz njega teče struja koja napaja elemente strujnog kruga.
Pa, da učvrstite ono što ste pročitali, predlažem da pogledate video koji koristi primjere krugova za razgovor o mjerenju napona i struje multimetrom.
Pri ispitivanju električnih strujnih krugova često postoji potreba za mjerenjem struje. Za mjerenje veličine istosmjerne struje u pravilu se koristi shunt otpornika, spojen u seriju s opterećenjem, čiji je napon 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, imao sam ideju sastaviti mjerač struje na bazi Hallovog senzora. Njegov dijagram prikazan je na slici.
Značajke ampermetra:
- Izmjerite izmjeničnu ili istosmjernu struju bez električnog kontakta s krugom
- Mjeri stvarnu RMS struju bez obzira na valni oblik, kao i maksimalnu vrijednost tijekom razdoblja (približno 0,5 sekundi)
- Prikaz informacija na LCD zaslonu sa znakovima
- Dva načina mjerenja (do 10A i do 50A)
Shema radi na sljedeći način. Žica kojom teče struja nalazi se unutar feritnog prstena, stvarajući magnetsko polje čija je veličina izravno proporcionalna jakosti struje. Hallov senzor smješten u zračnom rasporu jezgre pretvara vrijednost indukcije polja u napon, a taj se napon dovodi do operacijskih pojačala. Operacijska pojačala potrebna su za usklađivanje razina napona iz senzora s rasponom ulaznog napona ADC-a. Primljene podatke obrađuje mikrokontroler i prikazuje na LCD zaslonu.
Preliminarni izračun sheme
Kao jezgra koristi se prsten R20*10*7 od materijala N87. Hallov senzor - SS494B.
Pomoću turpije u prstenu se napravi razmak takve debljine da tu može stati senzor, odnosno oko 2 mm. U ovoj fazi već je moguće približno procijeniti osjetljivost senzora na struju i najveću moguću izmjerenu struju.
Ekvivalentna permeabilnost jezgre s razmakom približno je jednaka omjeru duljine magnetske linije i veličine razmaka:
Zatim, zamjenom ove vrijednosti u formulu za izračunavanje indukcije u jezgri i množenjem sve s osjetljivošću senzora, nalazimo ovisnost izlaznog napona senzora o jakosti struje:
Ovdje K B- osjetljivost senzora na indukciju magnetskog polja, izražena u V/T (preuzeto iz podatkovne tablice).
Na primjer, u mom slučaju lh= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T, gdje dobivamo:
Ispostavilo se da je stvarna osjetljivost na struju jednaka 0,03 V/A, odnosno izračun se pokazuje vrlo točnim.
Prema podatkovnoj tablici za SS494B, maksimalna indukcija izmjerena senzorom je 420 Gaussa, stoga je maksimalna izmjerena struja:
Fotografija senzora u procjepu:
Proračun sklopova op-amp
Ampermetar ima dva kanala: do 10 A (pin 23 MK) i do 50 A (pin 24 MK). ADC multipleksor mijenja načine rada.
Interni ION je odabran kao referentni napon ADC-a, tako da se signal mora dovesti u raspon od 0 - 2,56 V. Pri mjerenju struja od ±10 A, napon senzora je 2,5 ± 0,3 V, stoga je potrebno pojačati i pomaknuti ga tako da je nulta točka bila točno u sredini ADC raspona. U tu svrhu koristi se op-amp IC2:A spojen kao neinvertirajuće 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 preglomazno. Da bismo pronašli otpore otpornika, jednadžbu napišemo dva puta (za struje -10A i +10A):
Znamo napone:
Postavljanjem R4 na 20 kOhm, dobivamo sustav dviju jednadžbi, gdje su varijable R2 i R3. Rješenje sustava može se lako pronaći korištenjem matematičkih paketa, kao što je MathCAD (datoteka izračuna nalazi se u prilogu članka).
Drugi krug, koji se sastoji od IC3:A i IC3:B, izračunava se na sličan način. U njemu signal iz senzora prvo prolazi kroz repetitor IC3: A, a zatim ide u razdjelnik na otpornicima R5, R6, P5. Nakon što je signal prigušen, dodatno ga prednapreduje op-amp IC3:B.
Opis rada mikrokontrolera
Mikrokontroler ATmega8A obrađuje signale iz op-amp i prikazuje rezultate na zaslonu. Taktiran je internim oscilatorom na 8 MHz. Osigurači su standardni, osim CKSEL. U PonyProgu su postavljeni ovako:
ADC je konfiguriran za rad na 125 kHz (faktor dijeljenja 64). Kada je ADC pretvorba dovršena, poziva se rukovatelj prekidom. Pohranjuje maksimalnu vrijednost struje i također zbraja kvadrate struja uzastopnih uzoraka. Nakon što broj uzoraka dosegne 5000, mikrokontroler izračunava RMS vrijednost struje i prikazuje podatke na zaslonu. Zatim se varijable resetiraju i sve se događa iz početka. Dijagram prikazuje zaslon WH0802A, ali se može koristiti bilo koji drugi zaslon s kontrolerom HD44780.
Firmware mikrokontrolera, projekt za CodeVision AVR i datoteka simulacije u Proteusu priloženi su članku.
Postavljanje sheme
Postavljanje uređaja svodi se na podešavanje otpornika za podrezivanje. Prvo trebate podesiti kontrast zaslona okretanjem P1.
Zatim, prebacujući tipku S1 u način rada do 10A, konfiguriramo P2 i P3. Jedan od otpornika uvijamo što je više moguće udesno i okretanjem drugog otpornika postižemo nula očitanja na uređaju. Pokušavamo izmjeriti struju čija je vrijednost točno poznata, a očitanja ampermetra trebala bi biti niža nego što zapravo jesu. Oba otpornika zakrenemo malo ulijevo, tako da ostane nulta točka, i ponovno izmjerimo struju. Ovaj put bi očitanja trebala biti malo viša. To nastavljamo dok ne postignemo točan prikaz trenutne vrijednosti.
Sada prijeđimo na način rada do 50A i konfigurirajmo ga. Otpornik P4 postavlja nulu na zaslonu. Mjerimo neku struju i gledamo očitanja. Ako ih ampermetar precijeni, okrenite P5 ulijevo; ako ih podcijeni, okrenite udesno. Opet ga postavljamo na nulu, provjeravamo očitanja pri određenoj struji i tako dalje.
Fotografija uređaja
Mjerenje istosmjerne struje:
Zbog nedovoljno precizne kalibracije, vrijednosti su malo precijenjene.
Mjerenje izmjenične struje s frekvencijom od 50 Hz, željezo se koristi kao opterećenje:
U teoriji, efektivna struja sinusoide jednaka je 0,707 od maksimuma, ali sudeći prema očitanjima, ovaj koeficijent je jednak 0,742. Nakon provjere oblika napona u mreži, pokazalo se da on samo sliči sinusnom valu. Uzimajući to u obzir, takva očitanja instrumenata izgledaju prilično pouzdana.
Uređaj još uvijek ima nedostatak. Postoji stalni šum na izlazu senzora. Prolazeći kroz op-amp, dolaze do mikrokontrolera, zbog čega je nemoguće postići savršenu nulu (umjesto nule prikazuje se otprilike 30-40 mA RMS). To se može ispraviti povećanjem kapaciteta C7, ali tada će se frekvencijske karakteristike pogoršati: na visokim frekvencijama očitanja će biti podcijenjena.
Korišteni izvori
Popis radioelemenata
| Oznaka | Tip | Vjeroispovijest | Količina | Bilješka | Dućan | Moja bilježnica |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR 8-bitni | ATmega8A | 1 | DIP-28 | U bilježnicu | |
| IC2, IC3 | Operacijsko pojačalo | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | U bilježnicu | |
| IC4 | Linearni regulator | L78L05 | 1 | U bilježnicu | ||
| IC5 | Hallov senzor | SS494B | 1 | U bilježnicu | ||
| C1-C7 | Kondenzator | 100 nF | 9 | K10-17b | U bilježnicu | |
| R1, R3, R6, R9 | Otpornik | 10 kOhm | 4 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R2 | Otpornik | 12 kOhm | 1 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R4 | Otpornik | 20 kOhm | 1 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R5 | Otpornik | 6,8 kOhm | 1 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R7, R8 | Otpornik | 100 kOhm | 2 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| P1 | Trimer otpornik | 10 kOhm | 1 | 3362P | U bilježnicu | |
| P2 | Trimer otpornik | 4,7 kOhm | 1 | 3362P |
