Măsurarea curentului(abreviat ca măsurare curentă) este o abilitate utilă care va fi utilă de mai multe ori în viață. Este necesar să se cunoască magnitudinea curentului atunci când este necesar să se determine consumul de energie. Un dispozitiv numit ampermetru este folosit pentru a măsura curentul.
Există curent alternativ și curent continuu, prin urmare, pentru măsurarea acestora se folosesc diverse instrumente de măsură. Curentul este întotdeauna notat cu litera I, iar puterea sa este măsurată în Amperi și este notă cu litera A. De exemplu, I \u003d 2 A arată că curentul din circuitul testat este de 2 Amperi.
Să luăm în considerare în detaliu modul în care sunt marcate diferite instrumente de măsurare pentru măsurarea diferitelor tipuri de curenți.
- Pe un dispozitiv de măsurare pentru măsurarea curentului continuu, simbolul „-” este aplicat în fața literei A.
- Pe un dispozitiv de măsurare pentru măsurarea curentului alternativ, simbolul „~” este aplicat în același loc.
- ~ Un dispozitiv pentru măsurarea curentului alternativ.
- -Un dispozitiv pentru măsurarea curentului continuu.
Iată o fotografie a unui ampermetru proiectat pentru Măsurători de curent continuu.
Conform legii, puterea curentului care curge într-un circuit închis, în orice punct al acestuia, este egală cu aceeași valoare. Ca urmare, pentru a măsura curentul, este necesar să deconectați circuitul în orice loc convenabil pentru conectarea dispozitivului de măsurare.
Trebuie amintit că mărimea tensiunii prezente în circuitul electric nu are niciun efect asupra măsurarea curentului. Sursa de curent poate fi fie o sursă de alimentare de uz casnic de 220 V, fie o baterie de 1,5 V etc.
Dacă intenționați să măsurați curentul într-un circuit, acordați o atenție deosebită dacă curentul curge în circuit, direct sau alternativ. Luați un dispozitiv de măsurare adecvat și, dacă nu cunoașteți puterea de curent așteptată în circuit, setați comutatorul de măsurare a curentului în poziția maximă.
Să luăm în considerare în detaliu cum să măsuram puterea curentului cu un aparat electric.
Pentru siguranță măsurarea consumului de curent aparate electrice vom face un prelungitor de casă cu două prize. După asamblare, obținem un prelungitor foarte asemănător cu un prelungitor standard de magazin.
Dar dacă dezasamblam și comparăm unul cu celălalt, un prelungitor de casă și cumpărat din magazin, atunci vom vedea clar diferențele în structura internă. Concluziile din interiorul prizelor unui prelungitor de casă sunt conectate în serie, iar în magazin sunt conectate în paralel.
Fotografia arată clar că bornele superioare sunt interconectate printr-un fir galben, iar tensiunea de rețea este furnizată la bornele inferioare ale prizelor.
Acum începem să măsurăm curentul, pentru aceasta introducem ștecherul aparatului electric într-una dintre prize, iar sondele ampermetrului în cealaltă priză. Înainte de măsurarea curentului, nu uitați de informațiile citite despre cum să măsurați corect și în siguranță curentul.
Acum luați în considerare cum să interpretați corect citirile ampermetrului indicator. La măsurarea consumului de curent instrument, acul ampermetrului s-a oprit la diviziunea de 50, comutatorul a fost setat la limita maximă de măsurare de 3 amperi. Scara ampermetrului meu are 100 de diviziuni. Aceasta înseamnă că este ușor să determinați puterea curentului măsurat prin formula (3/100) X 50 \u003d 1,5 Amperi.
Formula de calcul a puterii dispozitivului în funcție de curentul consumat.
Având date despre cantitatea de curent consumată de orice aparat electric (TV, frigider, fier de călcat, sudare etc.), puteți determina cu ușurință ce consum de energie are acest aparat electric. Există un model fizic în lume căruia electricitatea îl respectă întotdeauna. Descoperitorii acestui tipar, Emil Lenz și James Joule, iar în onoarea lor, se numește acum Legea Joule-Lenz.
- I - puterea curentului, măsurată în Amperi (A);
- U - tensiune, măsurată în Volți (V);
- P este puterea, măsurată în wați (W).
Să efectuăm unul dintre calculele curente.
Am masurat consumul de curent al frigiderului si este egal cu 7 amperi. Tensiunea din rețea este de 220 V. Prin urmare, consumul de energie al frigiderului este de 220 V X 7 A \u003d 1540 W.
Măsurarea curenților continui este cel mai adesea efectuată de galvanometre magnetoelectrice, microampermetre, miliampermetre și ampermetre, a căror parte principală este un mecanism de măsurare magnetoelectric (metru). Dispozitivul unuia dintre modelele comune ale unui contor indicator este prezentat în fig. 1. Contorul conține un magnet în formă de potcoavă 1. În spațiul de aer dintre piesele sale polare 2 și miezul cilindric fix 5, realizat dintr-un material moale magnetic, se creează un câmp magnetic uniform, ale cărui linii de inducție sunt perpendiculare până la suprafața miezului. Cadrul 4 este plasat în acest gol, înfășurat cu un fir subțire izolat de cupru (0,02 ... 0,2 mm în diametru) pe o hârtie ușoară sau cadru din aluminiu de formă dreptunghiulară. Cadrul poate fi rotit împreună cu axa 6 și săgeata 10, al cărei capăt se deplasează deasupra scalei. Arcurile spiralate plate 5 servesc pentru a crea un moment care contracarează rotația cadrului, precum și pentru a furniza curent cadrului. Un arc este fixat între ax și carcasă. Al doilea arc este atașat la un capăt la axă, iar la celălalt capăt la pârghia corectoare 7, a cărei furcă acoperă tija excentrică a șurubului 8. Prin rotirea acestui șurub, indicatorul este setat la diviziunea zero a șurubului. scară. Contragreutățile 9 sunt folosite pentru a echilibra partea mobilă a contorului pentru a stabiliza poziția săgeții la schimbarea poziției dispozitivului.
Orez. 1. Dispozitivul mecanismului de măsurare magnetoelectric.
Curentul măsurat, care trece prin bobinele cadrului, interacționează cu câmpul magnetic al magnetului permanent. Cuplul creat în acest caz, a cărui direcție este determinată de regula cunoscută a mâinii stângi, face ca cadrul să se rotească într-un astfel de unghi în care este echilibrat de momentul de contracarare care apare atunci când arcurile 5 sunt răsucite. Datorită uniformității câmpului magnetic constant în spațiul de aer, cuplul și, prin urmare, abaterile unghiului săgeții sunt proporționale cu curentul care curge prin cadru. Prin urmare, dispozitivele magnetoelectrice au scale uniforme. Alte mărimi care afectează valoarea cuplului - inducția magnetică în întrefier, numărul de spire și aria cadrului - rămân constante și, împreună cu forța elastică a arcurilor, determină sensibilitatea metru.
Atunci când cadrul este rotit, în cadrul acestuia din aluminiu sunt induși curenți, a căror interacțiune cu câmpul unui magnet permanent creează un cuplu de frânare care calmează rapid partea în mișcare a contorului (timpul de stabilire nu depășește 3 s).
Contoarele sunt caracterizate de trei parametri electrici: a) curentul total de deformare Ii, determinând deformarea indicatorului până la capătul scalei; b) tensiunea de abatere totală Ui, adică tensiunea de pe cadrul contorului, care creează un curent Ii în circuitul său; c) rezistența internă Ri, care este rezistența cadrului. Acești parametri sunt interconectați prin legea lui Ohm:
În instrumentele de măsurare radio, se folosesc diverse tipuri de contoare magnetoelectrice, al căror curent total de abatere se află de obicei în intervalul 10 ... 1000 μA. Contoarele al căror curent total de abatere nu depășește 50-100 μA sunt considerate extrem de sensibile.
Unele contoare sunt echipate cu un șunt magnetic sub forma unei plăci de oțel, care poate fi adusă mai aproape de suprafețele terminale ale pieselor polare și magnet sau departe de acestea. În acest caz, curentul abaterii totale I va scădea sau crește într-un interval mic, datorită unei modificări a fluxului magnetic care acționează asupra cadrului datorită ramificării unei părți din fluxul magnetic total prin șunt.
Tensiunea totală de deviere Ui pentru majoritatea contoarelor este în intervalul 30-300 mV. Rezistența cadrului R și depinde de perimetrul cadrului, de numărul de spire și de diametrul firului. Cu cât contorul este mai sensibil, cu atât mai multe spire ale unui fir mai subțire are cadrul său și cu atât rezistența sa este mai mare. O creștere a sensibilității contoarelor se realizează și prin folosirea de magneți mai puternici, rame fără cadru, arcuri cu un mic moment de contracarare și suspendarea părții mobile pe vergeturi (două fire subțiri).
La contoarele sensibile cu rame fără cadru, săgeata, deviind sub acţiunea curentului care trece prin cadru, face o serie de oscilaţii înainte de a se opri în poziţia de echilibru. Pentru a reduce timpul de așezare al săgeții, cadrul este șuntat cu un rezistor cu o rezistență de ordinul a mii sau sute de ohmi. Rolul acestuia din urmă este uneori îndeplinit de circuitul electric al dispozitivului, conectat paralel cu cadrul.
Contoarele cu rame mobile vă permit să obțineți unghiul de deviere completă a săgeții până la 90-100 °. Contoarele de dimensiuni mici sunt uneori realizate cu un cadru fix și un magnet în mișcare montat pe aceeași axă cu indicatorul. În acest caz, este posibil să creșteți unghiul de deviere completă a săgeții la 240°.
Contoarele deosebit de sensibile folosite pentru a măsura curenți foarte mici (mai puțin de 0,01 μA) și tensiuni (mai puțin de 1 μV) se numesc galvanometre. Sunt adesea folosiți ca indicatori nuli (indicatori ai absenței curentului sau tensiunii în circuit) atunci când se măsoară prin metode de comparație. După metoda de citire, se disting galvanometrele indicator și oglindă; la acesta din urmă, riscul de referință pe scară este creat folosind un fascicul de lumină și o oglindă montate pe partea mobilă a dispozitivului.
Contoarele magnetoelectrice sunt potrivite pentru măsurători numai pe curent continuu. O modificare a direcției curentului în cadru duce la o schimbare a direcției cuplului și la devierea săgeții în direcția opusă. Când contorul este conectat la un circuit de curent alternativ cu o frecvență de până la 5-7 Hz, săgeata va oscila continuu în jurul zero a scalei cu această frecvență. La o frecvență de curent mai mare, sistemul în mișcare, datorită inerției sale, nu are timp să urmărească modificările curentului și acul rămâne în poziția zero. Dacă un curent pulsatoriu trece prin contor, atunci abaterea săgeții este determinată de componenta constantă a acestui curent. Pentru a elimina fluctuația săgeții, contorul este manevrat cu un condensator mare.
Contoarele proiectate să funcționeze într-un circuit de curent continuu, a cărui direcție este neschimbată, au o scară unilaterală, unul dintre capete este diviziunea zero. Pentru a obține deviația corectă a săgeții, este necesar ca curentul să circule prin cadru în direcția de la borna marcată „+” la borna marcată „-”. Contoarele proiectate să funcționeze în circuite de curent continuu, a căror direcție se poate schimba, sunt echipate cu o scară cu două fețe, a cărei diviziune de zero este de obicei situată în mijloc; când curentul curge în dispozitiv de la terminalul „+” la terminalul „-”, săgeata deviază spre dreapta.
Contoarele magnetoelectrice rezistă la suprasarcină pe termen scurt, de până la 10 ori Iu curent și de 3 ori la suprasarcină pe termen lung. Nu sunt sensibile la câmpurile magnetice externe (datorită prezenței unui câmp magnetic intern puternic), consumă puțină energie în timpul măsurătorilor și pot fi efectuate în toate clasele de precizie.
Pentru măsurători pe curent alternativ se folosesc contoare magnetoelectrice împreună cu convertoare semiconductoare, electronice, fotoelectrice sau termice; Împreună formează dispozitive respectiv redresoare, electronice, fotovoltaice sau termoelectrice.
Instrumentele de măsură folosesc uneori contoare electromagnetice, electrodinamice și ferodinamice, care sunt potrivite pentru măsurarea directă atât a curenților continui, cât și a curenților alternativi rms cu o frecvență de până la 2,5 kHz. Cu toate acestea, aceste tipuri de contoare sunt semnificativ inferioare contoarelor magnetoelectrice în ceea ce privește sensibilitatea, precizia și consumul de energie în timpul măsurătorilor. În plus, au o scară neuniformă, comprimată în partea inițială, și sunt sensibile la efectele câmpurilor magnetice externe, pentru a slăbi care trebuie să folosească scuturi magnetice și a complica proiectarea dispozitivelor.
Determinarea parametrilor electrici ai contoarelor magnetoelectrice
Atunci când se utilizează un mecanism de măsurare de tip necunoscut ca un contor al unui dispozitiv magnetoelectric, parametrii acestuia din urmă - curentul total de abatere Ii și rezistența internă Ri - trebuie să fie determinați empiric.
Orez. 2. Scheme de măsurare a parametrilor electrici ai contoarelor magnetoelectrice
Rezistența cadrului R și poate fi măsurată aproximativ cu un ohmmetru având limita de măsurare necesară. La verificarea contoarelor foarte sensibile, trebuie avută grijă, deoarece curentul mare al ohmmetrului le poate deteriora. Dacă se folosește un ohmmetru de baterie cu limite multiple, atunci măsurarea trebuie începută de la cea mai înaltă limită de rezistență, la care curentul din circuitul de alimentare al ohmmetrului este cel mai mic. Trecerea la alte limite este permisă numai dacă acest lucru nu face ca acul de măsurare să iasă din scară.
Suficient de precis, parametrii contorului pot fi determinați conform schemei din Fig. 2, a. Circuitul este alimentat de la o sursă de tensiune constantă B prin rezistorul R1, care servește la limitarea curentului din circuit. Rheostat R2 realizează abaterea acului contorului și la scară completă. În același timp, valoarea curentului Ii este numărată în funcție de baza de apel μA de exemplu (de referință) microampermetru (miliametru) μA). Apoi, o casetă de rezistență de referință Ro este conectată în paralel cu contorul, prin modificarea rezistenței căreia curentul prin contor este redus de exact două ori față de curentul din circuitul comun. Aceasta va avea loc la rezistența Ro = R și. În loc de un depozit de rezistență, puteți utiliza orice rezistor variabil, urmat de măsurarea rezistenței sale Ro = R și folosind un ohmmetru sau o punte DC. De asemenea, este posibil să se conecteze un rezistor nereglat în paralel cu contorul cu o rezistență cunoscută R, de preferință apropiată de rezistența așteptată R și; atunci valoarea acestuia din urmă este determinată de formula
R și \u003d (I / I1 - 1) * R,
unde I și I1 sunt curenții măsurați, respectiv, de dispozitivele μA și I.
Dacă contorul AND are o scară uniformă care conține diviziuni αp, atunci puteți aplica circuitul prezentat în Fig. 2b. Parametrii doriti ai contorului sunt calculați prin formulele:
Ii \u003d U / (R1 + R2) * αp / α1; Ri = (α2 * R2)/(α1-α2) - R1,
unde U este tensiunea de alimentare măsurată de voltmetrul V, α1 și α2 sunt citirile de pe scara contorului când comutatorul B este setat pe pozițiile 1 și, respectiv, 2, iar R1 și R2 sunt rezistențele cunoscute ale rezistențelor, care sunt luate aproximativ aceleași denumiri. Eroarea de măsurare este mai mică, cu atât citirea α1 este mai aproape de sfârșitul scalei, ceea ce se realizează printr-o alegere adecvată a rezistenței.
Miliampermetre și ampermetre magnetoelectrice
Contoarele magnetoelectrice, atunci când sunt conectate direct la circuite electrice, pot fi utilizate numai ca microampermetre de curent continuu cu o limită de măsurare egală cu curentul total de deviație Ii. Pentru a extinde limita de măsurare, contorul And este conectat la circuitul de curent în paralel cu șuntul - un rezistor de rezistență scăzută Rsh (Fig. 3); în acest caz, doar o parte din curentul măsurat va curge prin contor și cu cât este mai mică, cu atât rezistența Rsh este mai mică în comparație cu rezistența contorului Ri. În măsurătorile electronice, limita maximă necesară pentru măsurarea curenților continui depășește rar 1000 mA (1 A).
La valoarea limită aleasă a curentului măsurat Ip, curentul total de abatere Ii trebuie să circule prin contor; aceasta va avea loc la rezistența la șunt
Rsh \u003d R și: (Ip / Ii - 1). (unu)
De exemplu, dacă este necesară extinderea limitei de măsurare a unui microampermetru de tip M260, care are parametrii Ip = 0,2 mA și Ri = 900 Ohm, la valoarea Ip = 20 mA, este necesar să se folosească un șunt cu rezistență. de Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.
Orez. 3. Schema de calibrare a unui miliampermetru magnetoelectric (ampermetru)
Shunturile pentru miliampermetre sunt realizate din sârmă de manganină sau constantan. Datorită rezistivității ridicate a materialului, dimensiunile șunturilor sunt mici, ceea ce le permite să fie conectate direct între clemele dispozitivului în interiorul sau în exteriorul carcasei acestuia. Dacă valoarea curentului Ip este cunoscută (în amperi), atunci diametrul firului de șunt d (în milimetri) este selectat din condiția
d >= 0,92 I p 0,5 , (2)
timp în care densitatea de curent în şunt nu depăşeşte 1,5 A/mm 2 . De exemplu, un șunt miliampermetru cu o limită de măsurare de Ip = 20 mA ar trebui să fie realizat din sârmă cu un diametru de 0,13 mm.
După ce am ridicat un fir cu un diametru adecvat d (în milimetri), lungimea acestuia (în metri), necesară pentru fabricarea unui șunt cu rezistență Rsh (în ohmi), se găsește aproximativ prin formula
L = (1,5...1,9)d 2 * Rsh (3)
si se regleaza precis la pornirea aparatului conform schemei din fig. 3 în serie cu miliampermetrul de referință mA.
Shunturile pentru curenți mari (la ampermetre) sunt de obicei realizate din folie de manganin. Pentru a elimina influența rezistențelor de contact și a rezistențelor conductoarelor de conectare, astfel de șunturi au patru cleme (Fig. 4, a). Clemele externe masive se numesc curent și servesc la includerea unui șunt în circuitul curentului măsurat. Clemele interne se numesc potențial și sunt concepute pentru a conecta contorul. Acest design elimină, de asemenea, posibilitatea deteriorării contorului prin curent mare în cazul deconectarii accidentale a șuntului.
Pentru a reduce eroarea de măsurare a temperaturii cauzată de dependența diferită de temperatură a rezistențelor cadrului contorului și șuntului, un rezistor de manganin Rk este conectat în serie cu contorul (Fig. 4, b); eroarea scade de câte ori crește rezistența circuitului contorului. Rezultate și mai bune sunt obținute prin includerea unui termistor Rk cu un coeficient de rezistență negativ la temperatură. Când se calculează un dispozitiv cu compensare de temperatură, rezistența R și în formulele de calcul trebuie înțelese ca rezistența totală a contorului și a rezistenței Rk.
Orez. Fig. 4. Scheme de pornire a unui șunt pentru curenți mari (a) și a unui element de compensare a temperaturii (b)
Luând în considerare influența șuntului, rezistența internă a miliampermetrului (ampermetrului)
Rma \u003d R și Rsh / (R și + Rsh). (4)
Pentru a asigura o precizie suficient de mare într-o gamă largă de curenți măsurați, dispozitivul trebuie să aibă mai multe limite de măsurare; acest lucru se realizează prin utilizarea unui număr de șunturi comutabile proiectate pentru diferite valori ale curentului limită Ip.
Factorul de tranziție al scalei N este raportul dintre valorile limită superioară a două limite de măsurare adiacente. Cu N = 10, ca, de exemplu, într-un miliampermetru cu patru limite cu limite de 1, 10, 100 și 1000 mA, scara dispozitivului, realizată pentru una dintre limite (1 mA), poate fi utilizată cu ușurință pentru a măsurați curenții la limitele rămase prin înmulțirea citirii cu multiplicatorul corespunzător este 10, 100 sau 1000. În acest caz, domeniul de măsurare va ajunge la 90% din domeniul de citire, ceea ce va duce la o creștere vizibilă a erorii de măsurare a celor. valorile curente care corespund citirilor de pe secțiunile inițiale ale cântarilor.
Orez. 5. Cântare ale miliampermetrelor magnetoelectrice cu limite multiple
Pentru a îmbunătăți acuratețea măsurătorilor în unele dispozitive, valorile limită ale curenților măsurați sunt selectate dintr-un număr de numere 1, 5, 20, 100, 500 etc., folosind o scară comună cu mai multe rânduri de semne numerice pentru citire (Fig. 5, a). Uneori, valorile limită sunt alese dintr-un număr de numere 1, 3, 10, 30, 100 etc., ceea ce face posibilă excluderea citirii pe prima treime a scalei; totuși, scara trebuie să aibă două rânduri de note gradate în multipli de 3 și, respectiv, 10 (Fig. 5, b).
Comutarea șunturilor, necesară pentru trecerea de la o limită de măsurare la alta, poate fi efectuată prin intermediul unui comutator atunci când este utilizat la toate limitele bornelor comune de intrare (Fig. 6) sau folosind un sistem de prize împărțite, jumătățile dintre care sunt interconectate printr-un ștecher metalic al cordonului de măsurare (Fig. 7 ). O caracteristică a schemelor din fig. 6, b și 7, b este că șuntul fiecărei limite de măsurare include rezistențe de șunt ale altor limite mai puțin sensibile.
Orez. 6. Scheme de miliampermetre multi-limită cu comutatoare pentru limite de măsurare.
Când comutați sub curentul limitei de măsurare a dispozitivului, este posibilă deteriorarea contorului dacă se dovedește a fi inclusă pentru scurt timp fără șunt în circuitul curentului măsurat. Pentru a evita acest lucru, proiectarea comutatoarelor (Fig. 6) trebuie să asigure trecerea de la un contact la altul fără întreruperea circuitului. În consecință, designul prizelor împărțite (Fig. 7) ar trebui să permită ștecherului cablului de măsurare, atunci când este pornit, să se închidă inițial cu șuntul și apoi cu circuitul contorului.
Orez. 7. Scheme de miliampermetre multilimită cu comutare tip mufă și priză a limitelor de măsurare.
Pentru a proteja contorul de supraîncărcări periculoase, este uneori plasat în paralel cu acesta un buton Kn cu contact NC (Fig. 7, b); contorul este inclus în circuit doar atunci când butonul este apăsat. O modalitate eficientă de a proteja contoarele sensibile este să le ocoliți (în direcția înainte) cu diode semiconductoare special selectate; în acest caz, însă, este posibilă o încălcare a uniformității scalei.
În comparație cu dispozitivele cu șunturi comutabile, dispozitivele multi-gamă cu șunturi universale sunt mai fiabile în funcționare. Un șunt universal este un grup de rezistențe conectate în serie, care împreună cu contorul formează un circuit închis (Fig. 8). Pentru conectarea la circuitul studiat, se utilizează un terminal negativ comun și un terminal conectat la unul dintre robinetele de derivație. Acest lucru creează două ramuri paralele. De exemplu, când comutatorul B este setat în poziția 2 (Fig. 8, a), o ramură include rezistențele secțiunii active a șuntului, care are o rezistență Rsh.d = Rsh.d = Rsh.d = Rsh. 2 + Rsh. Rezistența Rsh.d trebuie să fie astfel încât la limita curentului măsurat Ip, curentul total de deviație Ii să circule prin contor. În general
Rsh.d \u003d (Rsh + Ri) (Ii / Ip). (5)
unde Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... este impedanța șuntului.
Șuntul universal în ansamblu îndeplinește funcția unui șunt de funcționare la limita 1, care corespunde celei mai mici valori limită a curentului măsurat Ip1; rezistența acestuia poate fi calculată prin formula (1). Dacă sunt selectate limite de măsurare Ip2 = = N12*Ip1; Ip3 \u003d N23 * Ip2; Ip4 \u003d N34 * Ip3 etc., atunci rezistența secțiunilor individuale ale șuntului este determinată de expresiile:
Rsh2 + Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / N12;
Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23);
Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23 * N34), etc. Diferența de rezistență de la două egalități adiacente vă permite să determinați rezistența componentelor individuale ale șuntului Rsh1, Rsh2, Rsh3 etc.
Orez. 8. Scheme de miliampermetre multi-gamă cu șunturi universale
Din expresiile de mai sus se poate observa că factorii de tranziție N12, N23, N34 etc. sunt în întregime determinați de raportul rezistențelor secțiunilor individuale ale șuntului și sunt complet independenți de datele contorului. Prin urmare, același șunt universal, conectat în paralel la contoare diferite, își va schimba limitele de același număr de ori; în acest caz, limita inițială de măsurare este determinată de formulă
Ip1 \u003d Ii * (Ri / Rsh + 1). (6)
Din diagramele din fig. 8 arată că la aparatele cu șunturi universale limitele de măsurare pot fi selectate atât cu ajutorul întrerupătoarelor, cât și prin intermediul prizelor de tip obișnuit. Ruperea contactului în aceste circuite este sigură pentru contor. Dacă valoarea aproximativă a curentului de măsurat este necunoscută, atunci înainte de a conecta dispozitivul multi-gamă la circuitul studiat, trebuie setată cea mai înaltă limită superioară a măsurătorilor,
Graduarea miliampermetrelor și ampermetrelor magnetoelectrice
Calibrarea unui instrument de măsurare constă în determinarea caracteristicii sale de calibrare, adică a relației dintre valorile mărimii măsurate și citirile dispozitivului de citire, exprimate sub forma unui tabel, grafic sau formulă. În practică, gradarea unui instrument indicator este completată prin trasarea diviziunilor pe scara sa care corespund anumitor valori numerice ale valorii măsurate.
Pentru dispozitivele magnetoelectrice cu scale uniforme, sarcina principală a calibrării este de a stabili corespondența diviziunii finale a scalei cu valoarea limită a valorii măsurate, care se poate face folosind un circuit similar celui prezentat în Fig. 3. Dispozitivul calibrat este conectat la bornele 1 și 2. Cu un reostat R într-un circuit alimentat de o sursă de curent continuu, setați valoarea limită a curentului Ip pe dispozitivul de referință mA și marcați punctul de pe scară la care acul metrului deviază Și. Dacă dispozitivul calibrat are o limită, atunci orice punct din apropierea opririi care limitează mișcarea indicatorului poate fi luat ca punct final al scalei. La instrumentele multilimită cu mai multe scale, o astfel de alegere arbitrară a sfârșitului scalei se poate face doar la o singură limită, luată ca fiind cea inițială.
Dacă săgeata de la Ip curent nu se află la diviziunea finală a scalei, dispozitivul trebuie reglat. La instrumentele cu limită unică sau la limita inițială a unui instrument cu limite multiple, această reglare se poate face folosind un șunt magnetic. În absența acestora din urmă, reglarea se realizează prin reglarea rezistențelor șunturilor. Dacă la curentul Ip săgeata nu atinge diviziunea finală, atunci rezistența șuntului Rsh ar trebui mărită; când săgeata iese din scară, rezistența șuntului este redusă.
La calibrarea instrumentelor multi-gamă care funcționează conform schemelor prezentate în fig. 6, b, 7, b și 8, șunturile trebuie reglate într-o anumită ordine, începând cu rezistența de șunt Rsh, corespunzătoare curentului limită cel mai mare Ip3; apoi se reglează succesiv rezistenţele şunturilor Rsh2 şi Rsh1. La comutarea limitelor, poate fi necesară înlocuirea dispozitivului de referință, a cărui limită superioară de măsurare trebuie să fie în toate cazurile egală cu sau să depășească puțin valoarea limită a scalei gradate.
Cunoscând pozițiile diviziunilor inițiale și finale ale unei scale uniforme, este ușor de determinat pozițiile tuturor diviziunilor intermediare. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că pentru unele dispozitive magnetoelectrice, din cauza defectelor de proiectare sau a caracteristicilor circuitului de măsurare, este posibil să nu existe o proporționalitate exactă între deplasarea unghiulară a indicatorului și curentul măsurat. Prin urmare, este indicat să se verifice gradarea scalei în mai multe puncte intermediare prin schimbarea curentului cu un reostat R. Rezistorul Ro servește la limitarea curentului din circuit.
Calibrarea trebuie efectuată cu instrumentul complet asamblat și în condiții normale de funcționare. Punctele de referință rezultate sunt aplicate pe suprafața cântarului cu un creion ascuțit (cu sticla scoasă din carcasa contorului) sau sunt fixate în funcție de semnele scalei instrumentului existent. Dacă cântarul vechi al contorului este inutilizabil, atunci o nouă cântare este făcută din hârtie groasă și netedă, care este lipită de locul vechii cântare cu adeziv care este rezistent la umiditate. Poziția noii cântar trebuie să corespundă strict cu poziția ocupată de vechea cântare la calibrarea instrumentului. Rezultate bune se obțin desenând scara cu cerneală neagră la scară mărită și apoi făcând o fotocopie a acesteia la dimensiunea necesară.
Principiile generale ale calibrării discutate mai sus sunt aplicabile instrumentelor de măsurare a indicatorului în diverse scopuri.
Caracteristici de măsurare a curentului continuu
Pentru a măsura curentul, un dispozitiv (de exemplu, un miliampermetru) este conectat în serie la circuitul studiat; aceasta duce la o creștere a rezistenței totale a circuitului și la o scădere a curentului care circulă în acesta. Gradul acestei scăderi este estimat (în procente) prin coeficientul de influență al miliampermetrului
Vma \u003d 100 * Rma / (Rma + Rc),
unde Rц este rezistența totală a circuitului dintre punctele de conectare ale dispozitivului (de exemplu, bornele 1 și 2 din diagrama din fig. 3).
Înmulțind numărătorul și numitorul din dreapta formulei cu valoarea curentului din circuitul I și având în vedere că I * Rma este căderea de tensiune pe miliampermetrul Uma, iar I (Rma + Rc) este egal cu emf. E, acţionând în schema studiată, obţinem
Vma \u003d 100 * Uma / E.
Într-un lanț complex (ramificat) sub e. d.s. E trebuie să înțelegeți tensiunea în circuit deschis între punctele de întrerupere la care dispozitivul ar trebui să fie conectat.
Valoarea limită a tensiunii Uma este căderea de tensiune pe dispozitivul Up, ceea ce face ca săgeata acestuia să se apropie de marcajul de capăt al scalei. Prin urmare, valoarea maximă posibilă a coeficientului de influență la utilizarea acestui dispozitiv
Bp = 100Up/E. (7)
Din formulele de mai sus rezultă că e mai mic. d.s. E, cu atât dispozitivul afectează mai mult curentul măsurat. De exemplu, dacă Up / E \u003d 0,1, atunci Vp \u003d 10%, adică pornirea dispozitivului poate provoca o scădere a curentului în circuit cu 10%; la Up/E = 0,01, scăderea curentului nu depășește 1%. Prin urmare, atunci când se măsoară curentul de filament al tuburilor radio sau curentul emițător al tranzistoarelor, ar trebui să ne așteptăm la o schimbare semnificativ mai mare a curentului din circuit decât atunci când se măsoară curentul anod, ecran sau colector. De asemenea, este evident că, cu aceleași limite de măsurare, curentul măsurat este mai puțin afectat de dispozitiv, care se caracterizează printr-o tensiune mai mică Up. În miliampermetrele cu limite multiple cu șunturi comutabile (Fig. 6 și 7), la toate limitele de măsurare, căderea maximă de tensiune pe dispozitiv este aceeași și egală cu tensiunea abaterii totale a contorului, adică Up \u003d Ui \ u003d Ii / Ri, iar puterea consumată de dispozitiv este limitată de valoare
Pp = IiUi = Ip * Ii * Ri. În miliametri cu șunturi universale (Fig. 8), căderea de tensiune pe dispozitiv este egală cu Ii * Ii numai la limita inițială de 1. La alte limite, crește la valoarea Up ≈ Ii * (Rp + Rsh) ( cu o creștere a puterii consumate de dispozitiv în (Ri + Rsh) / R și timpi), deoarece este suma căderilor de tensiune de pe contor și secțiunea șuntului conectată în serie cu acesta. Prin urmare, un dispozitiv cu șunt universal, ceteris paribus, are un efect mai puternic asupra regimului circuitelor studiate decât un dispozitiv cu șunturi comutate.
Dacă luăm rezistența totală a șuntului universal Rsh >> Ri, atunci limita inferioară a miliampermetrului va fi aproape de Ii, cu toate acestea, la alte limite, căderea de tensiune pe dispozitiv poate fi excesiv de mare. Dacă luăm rezistența Rsh mică, atunci cel mai mic curent de limitare Ip1 al dispozitivului va crește. Prin urmare, în fiecare caz specific, este necesar să se decidă valoarea admisă a rezistenței de șunt Rsh.
Atunci când un dispozitiv magnetoelectric este conectat la un circuit de curent pulsat sau pulsat, pentru a măsura componenta constantă a acestui curent, este necesar să se conecteze un condensator de mare capacitate în paralel cu dispozitivul, care are o rezistență pentru componenta de curent variabilă. adică mult mai mică decât rezistența internă a dispozitivului Rma. Pentru a elimina influența capacității dispozitivului față de corpul instalației studiate, locul de includere a dispozitivului în circuite de înaltă frecvență este ales astfel încât unul dintre bornele acestuia să fie conectat direct sau prin un condensator de mare capacitate la corp.
În unele cazuri, șunturile permanente sunt incluse în diferite circuite ale dispozitivului radio-electronic studiat, ceea ce face posibilă, folosind același contor magnetoelectric, controlul curenților din aceste circuite la rândul lor fără a le întrerupe.
Sarcina 1. Calculați circuitul unui miliampermetru cu șunt universal (Fig. 8) pentru trei limite de măsurare: 0,2; 2 si 20 mA cu factor de tranzitie N = 10. Aparatul de masura al aparatului - microampermetru tip M94 - are urmatoarele date: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii / Ri = 0,128 V. Pentru fiecare limită, găsiți căderea de tensiune pe dispozitiv la curentul de limitare, precum și influența maximă posibilă a dispozitivului asupra curentului măsurat, dacă de exemplu. d.s. E = 20 V.
1. La limita 1 (Ip1 = 0,2 mA), șuntul către contor este un șunt universal în ansamblu. Rezistența totală a acestuia din urmă, determinată prin formula (1), Rsh = 2550 Ohm.
Căderea de tensiune pe dispozitiv la curentul de limitare Up1 = Ui = 0,128 V. Coeficientul de influență maxim posibil al miliampermetrului Vp1 = (Up1 / E) * 100 = 0,64%.
2. Pentru limita 2 (Ip2 = 2 mA), rezistența secțiunii de șunt a șuntului universal este Rsh2+ Rsh3 = Rsh/N = 255 Ohm. Prin urmare, rezistența Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohm.
Căderea limită de tensiune pe dispozitiv Up2 = Ii / (Ri + Rsh1) = 0,727 V. Coeficientul limitator de influență Vp2 = 100 * Up2 / E = 3,63%.
3. Pentru limita 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh / N 2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 \u003d Ip * (Ri + Rsh1 + Rsh2) \u003d 0,761 V; Vp3 \u003d 100 * n3 / E \u003d 3,80%.
Sarcina 2. Calculați circuitul unui miliampermetru cu șunt universal pentru trei limite de măsurare: 5, 50 și 500 mA. Contorul aparatului - un microampermetru de tip M260M - are următoarele date: Ii = 500 μA, Ri = 150 Ohm. Determinați efectul dispozitivului asupra curentului măsurat, dacă se fac măsurători între 5 și 50 mA în circuite în care e. d.s. nu mai puțin de 200 V și la limita de 500 mA - în circuitul de filament al unui tub radio alimentat de o baterie cu fem. 6 V.
Răspuns: Rsh \u003d 16,67 ohmi; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2= 1,5 Ohm; Rsh3=0,17 Ohm; Up1 = 75 mV; Vp1 = 0,037%; Up2 = 82,5 mV; Vp2 = 0,041%; Up3 = 83 mV; Vp3= 1,4%.
Răspuns: 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.
Microampermetre cu tranzistori DC
Dacă este necesar să se măsoare curenți foarte mici, mult mai mici decât curentul total de deviație I și contorul magnetoelectric existent, acesta din urmă este utilizat împreună cu un amplificator de curent continuu. Cele mai simple și mai economice sunt amplificatoarele cu tranzistori bipolare. Amplificarea curentului poate fi realizată prin pornirea tranzistoarelor în circuite cu un emițător comun și un colector comun, dar primul circuit este de preferat, deoarece asigură o impedanță de intrare mai mică a amplificatorului.
Orez. 9. Scheme ale microampermetrelor DC cu un singur tranzistor
Cel mai simplu circuit al unui microampermetru cu un singur tranzistor alimentat de o sursă cu fem. E \u003d 1,5 ... 4,5 V, prezentat în fig. 9a, linii continue. Curentul de bază Ib este curentul măsurat, la o anumită valoare nominală a căruia Iн, în circuitul colector circulă un curent Ik, egal cu curentul abaterii totale Ii a contorului I. Bst. De exemplu, când se utilizează un tranzistor de tip GT115A cu Vst = 60 și un contor de tip M261 cu un curent Ii = 500 μA, curentul nominal In = 500/60 ≈ 8,3 μA. Deoarece relația dintre curenții Ik și Ib este aproape liniară, scara contorului, calibrată în valorile curentului măsurat, va fi aproape uniformă (cu excepția unei mici secțiuni inițiale a scalei de până la 10% de lungimea acestuia). Prin conectarea unui șunt special selectat între bornele de intrare, este posibilă creșterea curentului de limitare măsurat la o valoare convenabilă pentru calcule (de exemplu, până la 10 μA).
În circuitele reale ale microampermetrelor cu tranzistori se iau măsuri pentru a stabiliza modul de funcționare și a corecta eventualele abateri ale acestuia. În primul rând, este inacceptabil (mai ales la o tensiune de alimentare crescută) deschiderea circuitului de bază a tranzistorului, ceea ce poate apărea în timpul măsurătorilor. Prin urmare, baza este conectată la emițător printr-un rezistor de rezistență mic sau, așa cum se arată prin linia întreruptă din Fig. 9, a, cu polul negativ al sursei printr-un rezistor Rb cu o rezistență de ordinul sutelor de kilo-ohmi. În acest din urmă caz, la bază se aplică o tensiune de polarizare, care stabilește modul de funcționare al amplificatorului. Apoi, pentru a regla curentul nominal necesar (să presupunem 10 μA pentru exemplul de mai sus), un rezistor de reglare Rsh = (2 ... 5) R și este conectat în paralel cu contorul (sau în serie cu acesta).
De remarcat că în absența unui curent măsurat, curentul inițial de colector Ik.n va circula prin contor, ajungând la 5-20 μA și datorită prezenței unui curent invers necontrolat de colector Ik.o și curent în bază. circuit de rezistență Rb. Acțiunea curentului Ik.n poate fi compensată prin setarea acul contorului la zero cu un corector mecanic al dispozitivului. Cu toate acestea, este mai rațional să se efectueze o setare electrică la zero înainte de a începe măsurătorile, de exemplu, folosind o baterie auxiliară E0 și un reostat R0 = (5 ... 10) Rand, creând un curent de compensare I0 în circuitul contorului, egal în valoare, dar inversă în direcția curentului Iк.n. În loc de două surse de alimentare, se poate folosi una (Fig. 9, b), prin conectarea în paralel a unui divizor de tensiune din două rezistențe R1 și R2 cu rezistențe de ordinul sutelor de ohmi. În acest caz, se formează un circuit de punte de curent continuu (vezi Metoda podului pentru măsurarea rezistenței electrice), care este echilibrat printr-o modificare a rezistenței unuia dintre brațe (R0).
Necesitatea de a complica circuitul original al unui amplificator cu un singur tranzistor duce la faptul că câștigul de curent
Ki = Ui/In (8)
se dovedește a fi mai mic decât coeficientul de transfer de curent Vst al tranzistorului utilizat. În plus, funcționarea fiabilă a unui microampermetru cu tranzistor poate fi asigurată numai dacă Ki<< Вст.
După cum știți, parametrii tranzistorului depind în mod semnificativ de temperatura ambiantă. O modificare a acestuia din urmă duce la oscilații spontane (derivare) ale curentului invers al colectorului Ik.o, care la tranzistoarele cu germaniu crește de aproape 2 ori la fiecare 10 K de creștere a temperaturii. Acest lucru determină o schimbare vizibilă a câștigului de curent Ki și a impedanței de intrare a amplificatorului, ceea ce poate duce la o încălcare completă a caracteristicilor de calibrare ale dispozitivului. De asemenea, ar trebui să țină cont de modificarea ireversibilă a parametrilor („îmbătrânire”) a tranzistorilor observată în timp, ceea ce creează necesitatea verificării și corectării periodice a caracteristicilor de calibrare ale dispozitivului tranzistor.
Dacă modificarea curentului Ik.o poate fi compensată într-o oarecare măsură prin setarea la zero înainte de începerea măsurătorilor, atunci trebuie luate măsuri speciale pentru a stabiliza câștigul Ki. Deci, polarizarea la bază (Fig. 9, b) este furnizată printr-un divizor de tensiune de la rezistențele Rb1 și Rb2, iar termistorul cu un coeficient de rezistență negativ de temperatură este uneori folosit ca acesta din urmă. Termistorul poate fi înlocuit cu o diodă D conectată în paralel cu rezistorul Rb1. Odată cu creșterea temperaturii, rezistența inversă a diodei scade, ceea ce duce la o astfel de redistribuire a tensiunilor între electrozii tranzistorului, ceea ce contracarează creșterea curentului de colector. În aceeași direcție acționează și feedback-ul negativ dintre colector și bază, care apare datorită conexiunii la colector (și nu la minusul sursei de alimentare) a ieșirii rezistorului Rb2. Cel mai eficient efect este furnizat de feedback-ul negativ care apare atunci când un rezistor Re este inclus în circuitul emițătorului.
Îmbunătățirea stabilității amplificatorului prin utilizarea unui feedback negativ suficient de profund duce la un raport mic al coeficienților Ki/Bst. Prin urmare, pentru a obține un câștig Ki egal cu câteva zeci, este necesar să se selecteze un tranzistor cu germaniu pentru microampermetru cu un coeficient de transfer de curent ridicat: Vst = 120...200.
În microampermetre, este posibil să se utilizeze tranzistoare cu siliciu, care, în comparație cu tranzistoarele cu germaniu, au parametri mai stabili atât în timp, cât și în raport cu efectele temperaturii. Cu toate acestea, coeficientul Bst pentru tranzistoarele cu siliciu este de obicei mic. Poate fi mărită prin utilizarea unui circuit tranzistor compus (Fig. 9, c); acesta din urmă are un coeficient de transfer de curent Vst aproximativ egal cu produsul coeficienților corespunzători ai tranzistoarelor sale constitutive, adică Vst ≈ Vst1*Vst2. Cu toate acestea, curentul de colector invers al unui tranzistor compozit:
Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1
depășește semnificativ curenții corespunzători ai componentelor sale și este supus unor fluctuații vizibile de temperatură, ceea ce duce la necesitatea stabilizării modului de amplificare.
Este mai ușor să se obțină o stabilitate ridicată a funcționării unui microampermetru cu tranzistor atunci când amplificatorul acestuia este realizat conform unui circuit echilibrat cu două tranzistoare convenționale sau compozite, special selectate pentru identitatea parametrilor lor (în primul rând, pentru egalitatea aproximativă a coeficienţii Vst şi curenţii Ik.o). O diagramă tipică a unui astfel de dispozitiv cu elemente de stabilizare și corecție este prezentată în fig. 10. Deoarece curenții inițiali de colector ai tranzistoarelor sunt aproximativ egali dependenți de temperatură și tensiunea de alimentare și curg prin contor în direcții opuse, compensându-se reciproc, stabilitatea poziției zero a acului contorului și uniformitatea scalei sale cresc . Feedback negativ profund, furnizat de rezistențele Re și Rb.k, crește stabilitatea câștigului de curent. Circuitul echilibrat crește, de asemenea, sensibilitatea microampermetrului, deoarece curentul măsurat creează potențiale de semne diferite pe electrozii de intrare ai ambelor tranzistoare; ca urmare, rezistența internă a unui tranzistor crește, iar celălalt - scade, ceea ce crește dezechilibrul locului DC, în diagonala căruia este conectat contorul I.
La reglarea unui microampermetru echilibrat cu un potențiometru de reglare Rk, potențialele colectoarelor sunt egalizate, ceea ce este controlat de absența citirilor contorului atunci când bornele de intrare sunt scurtcircuitate. Punerea la zero în timpul funcționării este efectuată de potențiometrul Rb prin egalizarea curenților de bază cu bornele de intrare deschise. Trebuie avut în vedere faptul că aceste două ajustări sunt interdependente și, la depanarea dispozitivului, ele trebuie repetate de mai multe ori pe rând.
Orez. 10. Circuitul echilibrat al unui microampermetru cu tranzistor
Rezistența de intrare a microampermetrului Rmka este determinată în principal de rezistența totală R = Rb1 + Rb2 + R6, care acționează între bazele tranzistoarelor și este de aproximativ (0,8 ... 0,9) * R; determinarea sa exactă, precum și curentul limitator nominal In, trebuie efectuate empiric. Este convenabil să ajustați valoarea necesară a curentului nominal folosind un lanț de rezistență șunt, a cărui rezistență trebuie luată în considerare la determinarea rezistenței de intrare Rmka.
Stabilitatea rezistenței de intrare face posibilă extinderea limitei de măsurare în direcția scăderii sensibilității cu ajutorul șunturilor. Rezistența de șunt necesară pentru a obține curentul maxim măsurat Ip,
Rsh.p \u003d Rmka * In / (Ip - In) \u003d Rmka * Ii / (Ki * Ip - Ii) (9)
Cu datele numerice indicate pe diagramă și utilizarea tranzistoarelor cu Vst ≈ 150, microampermetrul echilibrat are un câștig Ki ≈ 34 și poate fi reglat la curentul nominal In = 10 μA prin intermediul unui rezistor de reglare Rm. Dacă este necesar să se obțină un curent nominal de aproximativ 1 μA, amplificatorul este suplimentat cu o a doua treaptă, care este adesea efectuată în funcție de circuitul de urmărire al emițătorului, ceea ce facilitează potrivirea impedanței de ieșire a amplificatorului cu rezistența scăzută. a contorului AND.
Unitatea de măsură de bază pentru tensiunea electrică este voltul. În funcție de mărime, tensiunea poate fi măsurată în volți(V), kilovolti(1 kV = 1000 V), milivolti(1 mV = 0,001 V), microvolți(1 uV = 0,001 mV = 0,000001 V). În practică, cel mai adesea, trebuie să se ocupe de volți și milivolți.
Există două tipuri principale de tensiuni - permanentși variabil. Bateriile sunt sursa de tensiune constantă. Sursa de tensiune alternativă poate fi, de exemplu, tensiunea din rețeaua electrică a unui apartament sau a unei case.
Folosit pentru măsurarea tensiunii voltmetru. Voltmetrele sunt prezența la vot(analogic) și digital.
Până în prezent, voltmetrele indicator sunt inferioare celor digitale, deoarece acestea din urmă sunt mai convenabile de utilizat. Dacă, la măsurarea cu un voltmetru indicator, citirile de tensiune trebuie calculate pe o scară, atunci pentru una digitală, rezultatul măsurării este afișat imediat pe indicator. Iar din punct de vedere al dimensiunilor, dispozitivul pointer pierde în fața celui digital.
Dar asta nu înseamnă că dispozitivele pointer nu sunt folosite deloc. Există unele procese care nu pot fi văzute cu un dispozitiv digital, așa că prezența la vot sunt mai folosite în întreprinderi industriale, laboratoare, ateliere de reparații etc.
Pe schemele de circuite electrice, un voltmetru este indicat printr-un cerc cu o literă latină majusculă " V" interior. Lângă simbolul voltmetrului, desemnarea literei sale " PU” și numărul de serie din schemă. De exemplu. Dacă există doi voltmetre în circuit, atunci lângă primul scriu „ PU 1", și despre al doilea" PU 2».
La măsurarea tensiunii continue, diagrama indică polaritatea conexiunii voltmetrului, dar dacă se măsoară tensiunea alternativă, atunci polaritatea conexiunii nu este indicată.
Tensiunea se măsoară între două puncte circuite: în circuite electronice între pozitivși negativ poli, în circuitele electrice între fazăși zero. Voltmetru conectat paralel cu sursa de tensiune sau paralel cu lanțul- o rezistență, o lampă sau o altă sarcină la care este necesară măsurarea tensiunii:
Luați în considerare conectarea unui voltmetru: în circuitul superior, tensiunea este măsurată pe o lampă HL1 si in acelasi timp pe sursa de alimentare GB1. În diagrama de mai jos, tensiunea este măsurată pe lampă. HL1 si rezistenta R1.
Înainte de a măsura tensiunea, determinați-o vedereși aproximativă valoare. Faptul este că pentru voltmetre, partea de măsurare este proiectată pentru un singur tip de tensiune, iar acest lucru are ca rezultat rezultate diferite de măsurare. Un voltmetru pentru măsurarea tensiunii continue nu vede o tensiune alternativă, iar un voltmetru pentru tensiune alternativă, dimpotrivă, poate măsura o tensiune continuă, dar citirile sale nu vor fi precise.
Cunoașterea valorii aproximative a tensiunii măsurate este, de asemenea, necesară, deoarece voltmetrele funcționează într-un domeniu de tensiune strict definit și, dacă faceți o greșeală în alegerea intervalului sau a valorii, dispozitivul poate fi deteriorat. De exemplu. Domeniul de măsurare al voltmetrului este de 0 ... 100 de volți, ceea ce înseamnă că tensiunea poate fi măsurată numai în aceste limite, deoarece la măsurarea tensiunii peste 100 de volți, dispozitivul se va defecta.
Pe lângă dispozitivele care măsoară un singur parametru (tensiune, curent, rezistență, capacitate, frecvență), există dispozitive multifuncționale care măsoară toți acești parametri într-un singur dispozitiv. Un astfel de dispozitiv este numit tester(în cea mai mare parte indicatori indicator) sau multimetru digital.
Nu ne vom opri asupra testerului, acesta este subiectul unui alt articol, dar vom trece imediat la un multimetru digital. În cea mai mare parte, multimetrele pot măsura două tipuri de tensiune în intervalul 0 ... 1000 Volți. Pentru ușurința măsurării, ambele tensiuni sunt împărțite în două sectoare, iar în sectoare în sub-domeni: tensiunea constantă are cinci sub-domeni, tensiunea alternativă are două.
Fiecare subgamă are propria sa limită maximă de măsurare, care este indicată printr-o valoare numerică: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. De exemplu. La limita „200V”, tensiunea este măsurată în intervalul 0 ... 200 Volți.
Acum procesul de măsurare.
1. Măsurarea tensiunii continue.
În primul rând, definim vedere tensiunea măsurată (DC sau AC) și mutați comutatorul în sectorul dorit. De exemplu, să luăm o baterie de tip deget, a cărei tensiune constantă este de 1,5 volți. Selectăm sectorul de tensiune constantă, iar în el limita de măsurare este „2V”, al cărui domeniu de măsurare este 0 ... 2 volți.
Cablurile de testare trebuie introduse în mufe, așa cum se arată în figura de mai jos:
roșu se numeste sonda pozitiv, și se introduce în priza opusă căreia sunt afișate pictogramele parametrilor măsurați: „VΩmA”;
negru se numeste joja negativ sau generalși se introduce în priză, vizavi de care se află pictograma „COM”. Toate măsurătorile sunt făcute în raport cu această sondă.
Cu sonda pozitivă atingem polul pozitiv al bateriei, iar cu cel negativ - cel negativ. Rezultatul măsurării de 1,59 volți este vizibil imediat pe indicatorul multimetrului. După cum puteți vedea, totul este foarte simplu.
Acum o altă nuanță. Dacă sondele de pe baterie sunt schimbate, atunci va apărea un semn minus în fața unității, indicând că polaritatea conexiunii multimetrului este inversată. Semnul minus poate fi foarte convenabil în procesul de configurare a circuitelor electronice, atunci când trebuie să determinați anvelopele pozitive sau negative de pe placă.
Ei bine, acum luați în considerare opțiunea când magnitudinea tensiunii este necunoscută. Să lăsăm o baterie de deget ca sursă de tensiune.
Să presupunem că nu cunoaștem tensiunea bateriei și, pentru a nu arde dispozitivul, începem măsurarea de la limita maximă de „600V”, care corespunde domeniului de măsurare de 0 ... 600 Volți. Cu sondele multimetrului atingem polii bateriei iar pe indicator vedem rezultatul masurarii egal cu " 001 ". Aceste cifre indică faptul că nu există tensiune sau valoarea acesteia este prea mică sau domeniul de măsurare este prea mare.
Coborâm mai jos. Comutăm comutatorul în poziția „200V”, care corespunde intervalului de 0 ... 200 volți și atingem polii bateriei cu sondele. Indicatorul a arătat citiri egale cu " 01,5 ". În principiu, aceste citiri sunt deja suficiente pentru a spune că tensiunea bateriei AA este de 1,5 volți.
Cu toate acestea, zeroul din față sugerează o scădere și mai mică și măsurarea mai precisă a tensiunii. Scădem până la limita de „20V”, care corespunde intervalului de 0 ... 20 Volți, și din nou măsurăm. Afișajul arată „ 1,58 ". Acum putem spune cu acuratețe că tensiunea bateriei unui deget este de 1,58 volți.
În acest fel, neștiind mărimea tensiunii, o găsesc, scăzând treptat de la o limită mare de măsurare la una scăzută.
Există și situații când, la măsurare, unitatea „ 1 ". Unitatea semnalează că tensiunea sau curentul măsurat este peste limita de măsurare selectată. De exemplu. Dacă măsurați o tensiune de 3 volți la limita „2V”, atunci va apărea o unitate pe indicator, deoarece domeniul de măsurare al acestei limite este de numai 0 ... 2 volți.
Mai există o limită „200m” cu un domeniu de măsurare de 0 ... 200 mV. Această limită este concepută pentru a măsura tensiuni foarte mici (milivolți), care sunt uneori întâlnite la configurarea unui tip de proiectare radio amator.
2. Măsurarea tensiunii AC.
Procesul de măsurare a tensiunii AC nu este diferit de măsurarea tensiunii DC. Singura diferență este că pentru tensiune alternativă nu este necesară polaritatea sondelor.
Sectorul de tensiune de curent alternativ este împărțit în două subdomeni 200Vși 600V.
La limita „200V”, puteți măsura, de exemplu, tensiunea de ieșire a înfășurărilor secundare ale transformatoarelor descendente sau orice altă tensiune în intervalul 0 ... 200 volți. La limita „600V”, puteți măsura tensiuni de 220 V, 380 V, 440 V sau orice altă tensiune în intervalul 0 ... 600 Volți.
De exemplu, să măsurăm tensiunea unei rețele de acasă de 220 de volți.
Mutăm comutatorul în poziția „600V” și introducem sondele multimetrului în priză. Indicatorul a arătat imediat rezultatul măsurării de 229 de volți. După cum puteți vedea, totul este foarte simplu.
Și un moment.
Înainte de a măsura tensiuni înalte, asigurați-vă ÎNTOTDEAUNA încă o dată că izolația sondelor și a firelor voltmetrului sau multimetrului este în stare bună, și verificați suplimentar limita de măsurare selectată. Și numai după toate aceste operații, luați măsurători. Astfel te vei salva pe tine și pe dispozitiv de surprize neașteptate.
Și dacă ceva rămâne neclar, atunci urmăriți videoclipul, care arată măsurarea tensiunii și a curentului folosind un multimetru.
. Actual sau puterea curentului determinați numărul de electroni care trec printr-un punct sau un element de circuit într-o secundă. Deci, de exemplu, aproximativ 2.000.000.000.000.000.000 (două trilioane) de electroni trec prin filamentul unei lămpi de buzunar aprins în fiecare secundă. Cu toate acestea, în practică, nu numărul de electroni este măsurat, ci mișcarea lor, exprimată în amperi(A).
Amper- Aceasta este o unitate de curent electric, care a fost numită așa în onoarea fizicianului și matematicianului francez A. Ampère, care a studiat interacțiunea conductorilor cu curentul. S-a stabilit experimental că la un curent de 1A, aproximativ 6.250.000.000.000.000.000 de electroni trec printr-un punct sau un element de circuit.
Pe lângă amper, sunt utilizate și unități mai mici de putere a curentului: miliamp(mA) egal cu 0,001 A și microamp(μA) egal cu 0,000001 A sau 0,001 mA. Prin urmare: 1 A = 1000 mA = 1.000.000 µA.
1. Un dispozitiv pentru măsurarea intensității curentului.
La fel ca tensiunea, curentul este constantși variabil. Dispozitivele folosite pentru măsurarea curentului sunt numite ampermetre, miliametriși microampermetre. La fel ca voltmetrele, ampermetrele sunt a se dovediși digital.
Pe schemele electrice, dispozitivele sunt indicate printr-un cerc și o literă în interior: A(ampermetru), mA(miliametru) și uA(microampermetru). Lângă simbolul ampermetrului, desemnarea literei sale " PA” și numărul de serie din schemă. De exemplu. Dacă există doi ampermetre în circuit, atunci lângă primul scriu „ PA1", și despre al doilea" PA2».
Pentru a măsura curentul, ampermetrul este pornit. direct în circuit în serie cu sarcina, adică să întrerupă circuitul de alimentare al sarcinii. Astfel, în momentul măsurării, ampermetrul devine, parcă, un alt element al circuitului electric prin care circulă curent, dar, în același timp, ampermetrul nu face nicio modificare în circuit. Figura de mai jos prezintă o diagramă a includerii unui miliampermetru în circuitul de alimentare al unei lămpi cu incandescență.
De asemenea, trebuie reținut că ampermetrele sunt disponibile în diferite game (scări), iar dacă utilizați un dispozitiv cu un interval mai mic în raport cu valoarea măsurată la măsurare, atunci dispozitivul poate fi deteriorat. De exemplu. Domeniul de măsurare al unui miliampermetru este de 0 ... 300 mA, ceea ce înseamnă că curentul este măsurat numai în aceste limite, deoarece atunci când se măsoară un curent peste 300 mA, dispozitivul va eșua.
2. Măsurarea intensității curentului cu un multimetru.
Măsurarea curentului cu un multimetru nu este practic diferită de măsurarea cu un ampermetru sau miliampermetru obișnuit. Singura diferență este că un dispozitiv convențional are un singur domeniu de măsurare, proiectat pentru o anumită valoare maximă a curentului, în timp ce un multimetru are mai multe intervale, iar înainte de măsurare este necesar să se determine ce interval să folosească în acest moment.
Multimetrele obișnuite, nu cele profesionale, sunt concepute pentru a măsura curentul continuu și au patru subdomeni, ceea ce este destul de suficient la nivel de gospodărie. Fiecare subgamă are propria sa limită maximă de măsurare, care este indicată printr-o valoare numerică: 2m, 20m, 200m, 10A. De exemplu. La limita" 20m» este posibilă măsurarea curentului continuu în domeniul 0…20 mA.
De exemplu, să măsurăm curentul consumat de un LED convențional. Pentru a face acest lucru, vom asambla un circuit format dintr-o sursă de tensiune (baterie AAA) GB1 si LED VD1, și porniți multimetrul în întreruperea circuitului RA1. Dar înainte de a include multimetrul în circuit, să-l pregătim pentru măsurători.
Introducem sondele de măsurare în prizele multimetrului, așa cum se arată în figură:
roșu se numeste joja pozitiv, și se introduce în priza vizavi de care sunt afișate pictogramele parametrilor măsurați: « VΩmA»;
negru joja este negativ sau generalși se introduce în priză, vizavi de care scrie „ COM". Toate măsurătorile sunt făcute în raport cu această sondă.
În sectorul de măsurare DC, selectați limita " 2m”, al cărui domeniu de măsurare este 0 ... 2 mA. Conectăm sondele multimetrului conform diagramei și apoi aplicăm putere. LED-ul s-a aprins și consumul său de curent a fost de 1,74 mA. Acesta este, în principiu, întregul proces de măsurare.
Cu toate acestea, această opțiune de măsurare este potrivită atunci când se cunoaște consumul de curent. În practică, apare adesea o situație când este necesară măsurarea curentului într-o anumită secțiune a circuitului, a cărui valoare este necunoscută sau aproximativ cunoscută. Într-un astfel de caz, măsurarea începe de la limita cea mai înaltă.
Să presupunem că consumul de curent al LED-ului este necunoscut. Apoi traducem comutatorul la limită " 200m”, care corespunde domeniului de 0 ... 200 mA, iar după aceea conectăm sondele multimetrului la circuit.
Apoi aplicăm tensiune și ne uităm la citirile multimetrului. În acest caz, citirile curente au fost " 01,8 ”, ceea ce înseamnă 1,8 mA. Totuși, zeroul din față indică faptul că poți coborî la limită " 20m».
Oprim alimentarea. Mutăm comutatorul la limită" 20m". Porniți alimentarea și luați din nou măsurarea. Citirile au fost de 1,89 mA.
Adesea există o situație în care, la măsurarea curentului sau a tensiunii, afișajul afișează unitate. Unitatea indică faptul că este selectată o limită joasă de măsurare și este mai mică decât valoarea parametrului măsurat. În acest caz, trebuie să mergeți la limita de mai sus.
Poate exista și un moment în care curentul măsurat este mai mare de 200 mA și este necesar să treceți la limita de măsurare " 10A". Cu toate acestea, există o nuanță aici care trebuie reținută. Pe lângă faptul că comutatorul este mutat la limită " 10A”, este, de asemenea, necesară rearanjarea sondei pozitive (roșie) la priza cea mai din stânga, vizavi de valoarea alfanumerică „10A”, indicând faptul că această priză este concepută pentru a măsura curenți mari.
Si mai multe sfaturi. Fă-o o regulă: când termini toate măsurătorile la limită « 10A» rearanjați imediat sonda pozitivă (roșie) la locul obișnuit. Acest lucru vă va salva nervii, sondele și multimetrul.
Ei bine, în principiu, atât am vrut să spun despre măsurarea curentului cu un multimetru. Principalul lucru de înțeles este că atunci când voltmetrul este conectat paralel cu sarcina sau sursa de tensiune, în timp ce la măsurarea curentului, ampermetrul conectat direct la circuit iar prin el trece un curent care alimentează elementele circuitului.
Ei bine, ca o consolidare a ceea ce am citit, îmi propun să urmăresc un videoclip în care, folosind exemplul de circuite, se vorbește despre măsurarea tensiunii și a curentului cu un multimetru.
Când se verifică circuitele electrice de putere, adesea devine necesară măsurarea puterii curentului. Pentru a măsura mărimea curentului continuu, de regulă, se folosește un șunt de rezistență, conectat în serie cu sarcina, tensiunea peste care este proporțională cu curentul. Cu toate acestea, dacă este necesar să se măsoare curenți mari, atunci va fi necesar un șunt de putere impresionantă, deci este mai indicat să folosiți alte metode de măsurare.
In acest sens mi-a venit ideea sa asamblez un curentometru pe baza unui senzor Hall. Schema sa este prezentată în figură.
Caracteristici ampermetrului:
- Măsurarea curentului AC sau DC fără contact electric cu circuitul
- Măsurarea curentului True RMS (true RMS) indiferent de forma de undă, precum și valoarea maximă pe perioadă (aproximativ 0,5 secunde)
- Ieșire de informații pe afișajul LCD cu caractere
- Două moduri de măsurare (până la 10A și până la 50A)
Schema funcționează după cum urmează. Un fir cu curent este situat în interiorul inelului de ferită, creând în același timp un câmp magnetic, a cărui mărime este direct proporțională cu puterea curentului. Un senzor cu efect Hall situat în spațiul de aer al miezului transformă inducția câmpului într-o tensiune, iar această tensiune este aplicată amplificatoarelor operaționale. Amplificatoarele operaționale sunt necesare pentru a aduce nivelurile de tensiune de la senzor la intervalul de tensiune de intrare a ADC. Datele primite sunt procesate de microcontroler și afișate pe ecranul LCD.
Calculul preliminar al schemei
Ca miez a fost folosit inelul R20*10*7 din material N87. Senzor Hall - SS494B.
Cu ajutorul unei pile cu ac, un spațiu de o asemenea grosime este prelucrat în inel, astfel încât senzorul să se potrivească acolo, adică aproximativ 2 mm. În această etapă, este deja posibilă estimarea aproximativă a sensibilității senzorului la curent și a curentului maxim posibil măsurat.
Permeabilitatea echivalentă a unui miez cu un spațiu este aproximativ egală cu raportul dintre lungimea liniei magnetice și dimensiunea spațiului:
Apoi, înlocuind această valoare în formula de calcul a inducției în miez și înmulțind totul cu sensibilitatea senzorului, găsim dependența tensiunii de ieșire a senzorului de puterea curentului:
Aici K B- sensibilitatea senzorului la inducerea câmpului magnetic, exprimată în V/T (preluată din fișa tehnică).
De exemplu, în cazul meu lh= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T, de unde obținem:
Sensibilitatea reală la curent s-a dovedit a fi egală cu 0,03 V/A, adică calculul este foarte precis.
Conform fișei tehnice de pe SS494B, inductanța maximă măsurată de senzor este de 420 Gauss, prin urmare curentul maxim măsurat este:
Fotografie cu senzorul din gol:
Calculul circuitelor op-amp
Ampermetrul are două canale: până la 10 A (23 de ieșiri MK) și până la 50 A (24 de ieșiri MK). Multiplexorul ADC se ocupă de comutarea modului.
Tensiunea de referință internă a fost aleasă ca tensiune de referință a ADC, astfel încât semnalul trebuie adus în intervalul 0 - 2,56 V. La măsurarea curenților de ±10 A, tensiunea senzorului este de 2,5 ± 0,3 V, prin urmare, este necesar să-l amplificați și să-l deplasați astfel încât punctul zero să fie exact în mijlocul intervalului ADC. Pentru aceasta, se folosește amplificatorul operațional IC2:A, inclus ca amplificator non-inversător. Tensiunea la ieșire este descrisă de ecuația:
Aici, R2 înseamnă R2 și P2 conectate în serie, iar R3, respectiv, R3 și P3, astfel încât expresia să nu pară prea greoaie. Pentru a găsi rezistența rezistențelor, scriem ecuația de două ori (pentru curenții -10A și +10A):
Știm tensiunea
Setând R4 egal cu 20 kOhm, obținem un sistem de două ecuații, unde variabilele sunt R2 și R3. Soluția sistemului poate fi găsită cu ușurință folosind pachete matematice, precum MathCAD (fișierul de calcul este atașat articolului).
Al doilea lanț, format din IC3:A și IC3:B, este calculat într-un mod similar. În el, semnalul de la senzor trece mai întâi prin repetorul IC3: A și apoi intră în divizor pe rezistențele R5, R6, P5. După ce semnalul este atenuat, acesta este în continuare polarizat de amplificatorul operațional IC3:B.
Descrierea microcontrolerului
Microcontrolerul ATmega8A procesează semnalele de la amplificatorul operațional și afișează rezultatele pe afișaj. Este tactat de la un oscilator intern de 8 MHz. Siguranțele sunt standard, cu excepția CKSEL. În PonyProg sunt setate astfel:
ADC este configurat să funcționeze la 125 kHz (raportul de diviziune este de 64). La sfârșitul conversiei ADC, este apelat un handler de întrerupere. Își amintește valoarea maximă a curentului și, de asemenea, însumează pătratele curenților probelor succesive. De îndată ce numărul de mostre ajunge la 5000, microcontrolerul calculează valoarea RMS a curentului și afișează datele pe afișaj. Apoi variabilele sunt resetate la zero și totul începe de la început. Diagrama prezintă afișajul WH0802A, dar orice alt afișaj poate fi utilizat cu controlerul HD44780.
La articol sunt atașate firmware-ul microcontrolerului, proiectul pentru CodeVision AVR și fișierul de simulare din Proteus.
Configurarea schemei
Configurarea dispozitivului se reduce la reglarea rezistențelor de reglare. Mai întâi trebuie să reglați contrastul afișajului rotind P1.
Apoi, trecând cu butonul S1 la modul până la 10A, setăm P2 și P3. Deșurubam unul dintre rezistențe cât mai mult posibil spre dreapta și, prin rotirea celui de-al doilea rezistor, obținem citiri zero ale dispozitivului. Încercăm să măsurăm curentul, a cărui valoare este cunoscută cu precizie, în timp ce citirile ampermetrului ar trebui să se dovedească a fi mai mici decât sunt de fapt. Răsucim ambele rezistențe puțin spre stânga, astfel încât punctul zero să fie păstrat și din nou măsurăm curentul. De data aceasta, citirile ar trebui să fie puțin mai mari. Continuăm acest lucru până când obținem o afișare precisă a valorii curente.
Acum treceți la modul până la 50A și setați-l. Rezistorul P4 setează zero pe afișaj. Măsurăm orice curent și ne uităm la citiri. Dacă ampermetrul le supraestimează, atunci întoarceți P5 la stânga; dacă subestimează, atunci întoarceți la dreapta. Setăm din nou zero, verificăm citirile la un curent dat și așa mai departe.
Fotografia dispozitivului
Măsurarea curentului continuu:
Din cauza calibrării insuficient de precise, valorile sunt ușor supraestimate.
Măsurarea curentului alternativ cu o frecvență de 50 Hz, un fier de călcat este utilizat ca sarcină:
În teorie, curentul RMS al unei sinusoide este 0,707 din maxim, dar, judecând după citiri, acest coeficient este 0,742. După verificarea formei tensiunii din rețea, s-a dovedit că seamănă doar cu o sinusoidă. Având în vedere acest lucru, astfel de citiri ale dispozitivului par destul de fiabile.
Dispozitivul mai are un dezavantaj. Zgomotul este prezent constant la ieșirea senzorului. Trecând prin amplificatorul operațional, ei intră în microcontroler, drept urmare este imposibil să se obțină un zero ideal (în loc de zero, este afișat aproximativ 30-40 mA RMS). Acest lucru poate fi corectat prin creșterea capacității lui C7, dar apoi răspunsul în frecvență se va deteriora: la frecvențe înalte, citirile vor fi subestimate.
Surse folosite
Lista elementelor radio
| Desemnare | Un fel | Denumirea | Cantitate | Notă | Scor | Blocnotesul meu |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR pe 8 biți | ATmega8A | 1 | DIP-28 | La blocnotes | |
| IC2, IC3 | Amplificator operațional | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | La blocnotes | |
| IC4 | Regulator liniar | L78L05 | 1 | La blocnotes | ||
| IC5 | Senzor Hall | SS494B | 1 | La blocnotes | ||
| C1-C7 | Condensator | 100 nF | 9 | K10-17b | La blocnotes | |
| R1, R3, R6, R9 | Rezistor | 10 kOhm | 4 | SMD 1206 | La blocnotes | |
| R2 | Rezistor | 12 kOhm | 1 | SMD 1206 | La blocnotes | |
| R4 | Rezistor | 20 kOhm | 1 | SMD 1206 | La blocnotes | |
| R5 | Rezistor | 6,8 kOhmi | 1 | SMD 1206 | La blocnotes | |
| R7, R8 | Rezistor | 100 kOhm | 2 | SMD 1206 | La blocnotes | |
| P1 | Rezistor trimmer | 10 kOhm | 1 | 3362P | La blocnotes | |
| P2 | Rezistor trimmer | 4,7 kOhm | 1 | 3362P |
