Измерение постоянного тока: 404 Page Not Found | Fluke

Содержание

Измерения в цепи постоянного тока в Санкт-Петербурге

Цепью электрического тока называют объединение определенных устройств и объектов, которое и создает путь для прохождения самого электрического тока. Если при неизменных параметрах электротехнической установки значение и направление тока не меняется, его называют постоянным. Если же значение и направление тока время от времени меняются, то ток называют переменным. Про переменный ток можно так же сказать, что он представляет собой вынужденные колебания в электроцепях.
Электроэнергию постоянного тока, благодаря полупроводниковым преобразовательным устройствам, получают из электроэнергии переменного тока. Иногда для этой цели применяют генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы и термогенераторы.
В самой цепи постоянного тока обычно измеряют конкретно ток, сопротивление, а так же напряжение. Для измерений применяют следующие приборы:
  • вольтметр – замеряет напряжение;
  • амперметр – замеряет ток;
  • омметр – для измерений сопротивления.
Так как диапазон значений постоянного тока довольно таки широк и измерения приходится проводить во многих областях, имеются различия в методах и средствах измерений.
К оборудованию, с помощью которого проводят измерения постоянного тока, следует отнести: магнитоэлектрические, электродинамические, аналоговые и цифровые электронные амперметры.

Методы измерения постоянного тока.

1.    Метод непосредственной оценки
Данный метод осуществляется с применением амперметра, который необходимо подключить последовательно в разрыв той цепи, которую вы хотите измерить. Такое подключение повлечет за собой возрастание общего сопротивления и уменьшение протекающего в цепи тока.

2.    Косвенное измерение тока
Косвенное измерение тока чем-то похоже на метод непосредственной оценки. При косвенном измерении в разрыв цепи необходимо включить образцовые резисторы. Так же, применяются высокочувствительные измерители напряжения.

Ток, который замеряют, определяется по следующее формуле:

где U0 –падение напряжения на образцовом резисторе R0, измеренное вольтметром, компенсатором постоянного тока.
Если сопротивление  резистора R0 будет меньше сопротивления тока в замеряемой цепи, то таким образом погрешности измерения будут сведены к минимуму.

3.    Измерение малых токов
Ток тепловых шумов тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление измерителя. От этого тока зависит предельная чувствительность любого измерителя. Для того, чтобы снизить ток тепловых шумов до уровня 10-17-10-16 А в полосе частот от 0 до 0,1 Гц, можно использовать только то оборудование, внутреннее сопротивление которых будет не менее 1011-1012 Ом. Для того, чтобы измерить малые постоянные и медленно меняющиеся токи, нужно использовать пассивные преобразователи тока в напряжение (резистивные, емкостные, логарифмирующие преобразователи) одновременно с чувствительным измерителем напряжения, имеющим очень высокое входное сопротивление (до 1014-1016 Ом) и довольно небольшой уровень шумов.

При этом, важно максимально снизить паразитные токи.

В настоящее время постоянный ток имеет довольно широкое применение. Он позволяет намного улучшить технические и эксплуатационные свойства многих электроустановок, таких как: промышленная электроника, двигатели постоянного тока производственных машин, электролитические ванны, различная автоматика и другое.
Компания «Ермак» выполняет любые измерения в цепи постоянного тока и в оборудовании. Проводимые вовремя измерения, позволят вам не только снизить риск поломки аппаратуры по причине перебоев в электросети и тем самым избавиться от незапланированных трат, но так же, избежать поражения током, от работы с неисправным оборудованием.

23) Измерение постоянного тока и напряжения

Измерение постоянного тока и напряжения чаще всего производится щитовыми приборами магнитоэлектрической, а при измерении высоких напряжений — электростатической и ионной систем. Иногда применяют приборы электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем, они значительно уступают приборам магнитоэлектрической системы в отношении точности, чувствительности, потребляемой мощности, имеют неравномерную шкалу, чувствительны к воздействию внешних магнитных полей.

Для проведения точных измерений все большее применение находят цифровые вольтметры, амперметры и комбинированные приборы, обладающие большим быстродействием и малой погрешностью измерения (0,01-0,1 %).

Простейшим способом измерения постоянного тока и напряжения является непосредственное включение приборов в цепь

24) Измерение переменного тока и напряжения

Измерение переменного тока и напряжения может производиться непосредственно измерительными приборами любого принципа действия, за исключением магнитоэлектрического. Магнитоэлектрические приборы могут быть использованы после преобразования переменного тока в постоянный.

Для расширения пределов измерения переменного напряжения вместо активных добавочных сопротивлений иногда применяют емкостные.

Измеряемое напряжение U создает в конденсаторе ток

I = jwCU,

который может быть измерен амперметром электромагнитной системы. Однако при наличии высших гармоник нарушается прямая пропорциональность между током и напряжением, поэтому вместо добавочного конденсатора предпочитают емкостный делитель, а измерение производят электростатическим, ламповым или цифровым вольтметром.

При непосредственном включении измерительного прибора должны соблюдаться те же требования, что и при измерении постоянного тока и напряжения.

Для измерения больших переменных токов и напряжений часто используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы напряжения подключают параллельно измеряемой цепи, и работают они в режиме, близком к холостому ходу, трансформаторы тока включают последовательно в измерительную цепь, и работают они в режиме, близком к короткому замыканию.

25) Измерение активной мощности

Значение активной мощности определяют по формуле P = UI cos ф, где U — напряжение приемника, I— ток приемника, ф — фазовый сдвиг между напряжением и током.

Из формулы видно, что мощность в цепи переменного тока можно определить косвенным путем, если включить три прибора: амперметр, вольтметр и фазометр. Однако в этом случае нельзя рассчитывать на большую точность измерения, так как погрешность измерения мощности будет зависеть не только от суммы погрешностей всех трех приборов, но и от погрешности метода измерения, вызванной способом включения амперметра и вольтметра. Поэтому данный метод можно применять только в случае, когда не требуется большая точность измерений.

Если активную мощность нужно измерить точно, то лучше всего применить ваттметры электродинамической системы или электронные ваттметры. При грубых измерениях могут быть использованы ферродинамические ваттметры.

Измерение постоянного тока и напряжения

Практическая работа № 2

Тема: «Измерение постоянного тока и напряжения».

Цель: изучить следующие основные характеристики измерительных приборов: цена деления, номинальное значение,погрешности измерения.

Изучить способы измерений тока и напряжения, методы расширения пределов измерения измерительных приборов.

Краткие сведения из теории

Измерение напряжений

Для измерения падения напряжения на каком либо участке цепи, параллельно ему подключают вольтметр с учетом полярности.

Рисунок 2.1 — Измерение падения напряжения на R2 вольтметром

Вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением Rv, следовательно, во время работы часть тока из электрической цепи пойдет через вольтметр, тем самым режим электрической цепи при подключении вольтметра изменится. Значит, результат измерения будет содержать погрешность.

Напряжение на R2, цепи, состоящей из источника и последовательно соединенных сопротивлений R1 и R2 без вольтметра:

,           (1)                 

Для расширений пределов измерения вольтметров служат добавочные резисторы, включаемые последовательно с измерительным механизмом Из найдем Rд

Если предел измерений Uн нужно увеличить в p раз , то

(2)

Для измерения величины тока, протекающего через некоторый элемент цепи, последовательно с ним в разрыв ветви включают амперметр, с учетом полярности. Так как амперметр имеет некоторое сопротивление R

A, включение его в электрическую цепь изменяет его режим, и результат измерения содержит погрешность

Рисунок 2.2 — Измерение тока амперметром

Сила тока в цепи, состоящей из источника и последовательно соединенных сопротивлений R1 и R2 без амперметра:

 ,                                      (3)

где Rвн — внутреннее сопротивление источника.

Сила тока в цепи, состоящей из источника и последовательно соединенных сопротивлений R1 и R2 с амперметром:

,                                      (4)

где Rвн — внутреннее сопротивление источника; RA — сопротивление амперметра.

Для уменьшения погрешностей стараются делать сопротивления амперметров как можно меньшим. расширения пределов измерения применяются специальные резисторы —

шунты, позволяющие в сотни раз расширять пределы измерения тока.

откуда

Падение напряжения на выводах шунта и измерительного прибора равны и составляют

Таким образом, сопротивление шунта: (5) Величина — коэффициент шунтирования также

Варианты заданий:

1 вариант

  1. Необходимо измерить ток потребителя в пределах 20–25 А. Имеется микроамперметр с пределом измерения 200 мкА, внутренним сопротивлением 300 Ом и максимальным числом делений 100. Определить сопротивление шунта для расширения пределов измерения до 30А и относительную погрешность измерения на отметке 85 делений, если класс точности прибора 1,0.(Ответ:1,18%, 0,3 А)

  2. Амперметр, имеющий внутреннее сопротивление 0,2 Ом и предел измерения 10 А, необходимо использовать для измерения тока до 500 А. Определить сопротивление шунта прибора и падение напряжения на амперметре и шунте.

  3. Вольтметр имеет четыре предела измерения: 3, 15, 75, 150 В. Номинальный ток прибора 30 мА. Найти добавочные сопротивления R, R, R, R, если сопротивления рамки 10 Ом. (Ответ: 90 Ом ,400 Ом,2000 Ом,2500 Ом)

2 вариант

  1. Номинальный ток амперметра A = 1 А, сопротивление шунта Rш = 0,5 Ом. Определить сопротивление амперметра, если номинальное значение тока в нем было при общем токе цепи 5 А.

  2. Номинальный ток амперметра 1 А, его внутреннее сопротивление 0,08 Ом. Какой ток проходит в электрической цепи, если амперметр с шунтом сопротивлением 0,03 Ом показывает ток 0,9 А?(Ответ:3,3 А)

  3. К вольтметру сопротивлением Rv=10 кОм подключено добавочное сопротивление RД=10кОм; в этом случае он измеряет напряжение до 600 В. Определить какое напряжение можно измерить этим прибором без добавочного сопротивления? (Ответ:300 В)

Приборы постоянного тока и напряжения Щ00, Щ01, Щ02, Щ02.

01, Щ72, Щ96, Щ120

Цифровые приборы для измерения постоянного тока и напряжения.

Приборы щитовые цифровые электроизмерительные Щ00, Щ01, Щ02, Щ02.01, Щ72, Щ96, Щ120 предназначены для измерения силы тока или напряжения в цепях постоянного тока. Они могут применяться в энергетике и других областях промышленности для контроля электрических параметров. Приборы являются однопредельными и имеют исполнения по конструкции, диапазону измерений, числу десятичных разрядов, напряжению питания, наличию интерфейса, цвету индикаторов, классу точности.

 

 

Тип

Габаритные размеры / вырез в щите, мм

Высота знака, мм

Число разрядов

Щ00

48х24х90 / 42х19

9

3,5

Щ01

96х24х90 / 90х18

10

3,5

Щ02

96х48х145 / 90х42

20

3,5

14

4,0

Щ02. 01

96х48х90 / 90х42

20

3,5

Щ72

72х72х100 / 68х68

14

3,5

Щ96

96х96х100 / 92х92

20

3,5

14

4,0

Щ120

120х120х100 / 112х112

20

3,5 и 4,0

Условия эксплуатации

Рабочий диапазон температур…….от +5°С до +50°С

Влажность воздуха, не более…………80% при +25 °С

Температура транспортирования от -50°С до +55°С

Технические характеристики

разрядность 3,5

разрядность 4,0

Максимальный диапазон показаний

±1999

±10000

Количество цифровых индикаторов

4

5

Класс точности

0,2 или 0,4

0,1 или 0,2

Мощность потребления с напряжением питания постоянного тока, не более

2ВА

2,5ВА

Мощность потребления с напряжением питания переменного тока, не более

5,5ВА

Степень защиты по передней панели

IP40

Время преобразования, не более

1,5с

Гальваническое разделение входных цепей

нет

есть

Гальваническое разделение по питанию

есть

(кроме Щ00)

есть

Наличие интерфейса RS485

нет

есть

Скорость обмена информацией по интерфейсу RS485, бод

 

4800, 9600,

19200, 38400

Максимально допустимая перегрузка по входному сигналу (длительность)

150% (1 минута)

Входное сопротивление при измерении напряжения

1МОм

Падение напряжения на приборе при измерении силы тока, не более:

для диапазонов измерения 2мА, 20мА, 100мА, 200мА, 2000мА, 2А,.

для диапазонов измерения 5мА, 10мА, 50мА, 500мА, 1000мА, 1А.

200мВ

100мВ

200мВ

100мВ

Напряжение питания

Тип прибора

 

Щ00

Щ01

Щ02

(3,5 разр.)

Щ02

(4,0 разр.)

Щ02.01

Щ72

Щ96

Щ120

(5 ± 0,25)В постоянного тока

+

+

+

+

+

+

+

(12 ± 0,6)В постоянного тока

+

+

+

+

+

+

(24 ±1,2)В постоянного тока

+

+

+

+

+

+

(12 +6/-3)В постоянного тока, с возможностью

резервирования

+

+

+

+

(24 +12/-6)В постоянного тока, с возможностью

резервирования

+

+

+

+

от 85В до 242В переменного тока частотой

(50±0,5)Гц или от 100 до 265В постоянного тока

+

+

+

+

На передней панели приборов Щ02, Щ96, Щ120 разрядностью 4,0 под цифровыми индикаторами располагаются четыре единичных индикатора, которые информируют о режимах работы прибора:

«х» — индикатор включается при превышении конечного значения диапазона показаний на 0,5%.

«%» и «Н» — информирует о виде шкалы показаний (см. таблицу ниже)

«I» — индикатор мигает при выполнении операции обмена данными по интерфейсу RS485

Вид шкалы

Состояние ндикаторов

(устанавливается перемычками, расположенными на задней панели)

«%»

«Н»

Заказанная (диапазон показаний соответствует заказу)

выкл.

выкл.

Нормирующая (диапазон показаний соответствует максимальному диапазону показаний ±10000. *)

вкл.

вкл.

Процентная (диапазон показаний ±100.0 *)

вкл.

выкл.

Прямая (диапазон показаний соответствует диапазону входного сигнала)

выкл

вкл.

* — Для нормирующей и процентной шкал положение точки соответствует указанному.

Подсоединение проводов осуществляется под винт. Сечение проводов, подключаемых непосредственно к клеммам, не более 1,5мм2 для приборов Щ00, Щ01, Щ02.01 и не более 2,0мм2 для приборов Щ02, Щ72, Щ96, Щ120.

Тип

прибора

Диапазон

измерения

Разряд-

ность

Питание

Интер-

фейс

Цвет

индикатора

Класс точности

Описание

Щ

00

мВ: 100; 200; 500; 1000; 2000

В: 1; 2; 5; 10; 20;50; 100; 200; 500*

мА: 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000

А: 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000

3,5

       

Подключение по току:

от 1А до 2000А — с внешним шунтом

на номинальное напряжение 75мВ, или 100мВ, или 150мВ;

от 2мА до 2А — непосредственно

 

01

02

3,5; 4,0

02. 01

3,5

72

96

3,5; 4,0

120

* — Кроме прибора Щ00

Возможно изготовление приборов Щ02, Щ96, Щ120 разрядностью 4,0 с индикацией величин не соответствующих диапазону входного сигнала. Например, при диапазоне входного сигнала 0-5мА (0-20мА) может индицироваться 0-600МВт, 0-1500об/мин и др.

     

(5 ± 0,25)В постоянного тока

12В

     

(12 ± 0,6)В постоянного тока

24В

     

(24 ±1,2)В постоянного тока

12ВН

     

(12 +6/-3)В постоянного тока (резер.)

24ВН

     

(24 +12/-6)В постоянного тока (резер. )

220ВУ

     

от 85В до 242В переменного токачастотой (50±0,5)Гц или от 100 до 265В постоянного тока

 

   

отсутствие интерфейса (не заполняется)

 

RS

   

Интерфейс RS485 (только для приборов разрядностью 4,0)

   

К

 

Красный цвет индикатора

   

З

 

Зеленый цвет индикатора

Ж

 

Желтый цвет индикатора

     

0,1

Для приборов разрядностью 4,0

     

0,2

Для приборов разрядностью 3,5 и 4,0

     

0,4

Для приборов разрядностью 3,5

Пример оформления заказа

Прибор Щ01, диапазон измерения 2А, номинальное напряжение шунта 75мВ, число десятичных разрядов 3,5, напряжение питания 5В постоянного тока, зеленый цвет индикаторов, класс точности 0,2

Щ01-2А/75мВ-3,5-5В-З, класс точности 0,2 ТУ 25-7504. 194-2006

Прибор Щ96, диапазон измерения 20мА, число десятичных разрядов 3,5, напряжение питания 85В до 242В переменного тока частотой 50Гц или от 100В до 265В постоянного, красный цвет индикаторов, класс точности 0,4

Щ96-20мА-3,5-220ВУ-К, класс точности 0,4 ТУ 25-7504.194-2006

Прибор Щ120, диапазон измерения 2000А, номинальное напряжение шунта 150мВ, число десятичных разрядов 4,0, напряжение питания 12В постоянного тока, красный цвет индикаторов, класс точности 0,2

Щ120-2000А/150мВ-4,0-12В-К, класс точности 0,2 ТУ 25-7504.194-2006

 

Купить приборы постоянного тока и напряжения


Мониторинг постоянного тока — АПК ЦЕНСОР

При аварийном отключении электроэнергии в Компаниях связи и Промышленных предприятиях остро стоит вопрос обеспечения бесперебойной работы оборудования связи. Контроль постоянного тока и контроль напряжения АКБ позволяет своевременно реагировать на изменения напряжения питания, а также появляется возможность спрогнозировать время работы оборудования при отключении основного питающего ввода.

Измерение параметров АКБ



 На объектах многих Компаний установлены аккумуляторные батареи АКБ, позволяющие оборудованию работать на источнике бесперебойного питания ИБП или электропитающей установке ЭПУ. Обеспечить надежность системе позволяет контроль напряжения АКБ.

Блок Контроля Аккумуляторной батареи БК-АКБ позволяет осуществлять посекционный контроль АКБ по параметрам:

  • Напряжение секции – контроль выхода из строя одной из секций АКБ. Эта функция позволяет инженерам вовремя заметить и устранить неисправность АКБ.
  • Ток на выходе АКБ – контроль равномерности нагрузки на двух параллельно подключенных АКБ.
  • Общее напряжение АКБ.

БК-АКБ подключается к портам общего назначения объектовых устройств УСИ-8Е, УСИ-8G, ПИРС-2W. В ходе работы БК-АКБ циклически измеряет значение напряжения, температуры и тока для двух групп АКБ и передает полученные значения в Центр Мониторинга по интерфейсной шине «2W».

Для каждой группы АКБ существует возможность подключения четырех точек контроля напряжения, четырех датчиков температуры и одного датчика тока. Напряжение измеряется как разность потенциалов между двумя соседними точками контроля. На одной группе АКБ возможно контролировать до пяти моноблоков.

Для первичной настройки датчиков тока на БК-АКБ предусмотрены шесть микропереключателей и две кнопки, доступные без вскрытия корпуса.

Преимущества использования БК-АКБ:

Появляется возможность спрогнозировать время работы оборудования при отключении основного питающего ввода.

  • При наличии питающего ввода, БК-АКБ позволяет отслеживать работоспособность каждой секции АКБ.
Контроль постоянного напряжения 5…72 В

 Модуль согласования RL-V предназначен для контроля наличия напряжения 5 … 72 В и для контроля сигналов индикации входами общего назначения объектовых устройств, в которых реализована функция контроля кабеля на обрыв (УСИ-8Е, УСИ-4х4, УСИ-8G).

С помощью RL-V объектовое устройство определяет четыре состояния: Есть/Нет напряжение, обрыв кабеля от объектового устройства до RL-V, короткое замыкание кабеля от объектового устройства до RL-V.

Модификация модуля RL-V-1 предназначена для контроля наличия напряжения 5 … 72 В входами общего назначения типа «сухой контакт» объектовых устройств АПК «ЦЕНСОР» (УСИ-8Е, УСИ-4х4, УСИ-8G) и определяет только два состояния: Есть/Нет напряжение.

Модули RL-V и RL-V-1 контролируют состояние датчика или точки контроля с выходом по напряжению от 0/+5 В (светодиодная индикация), 0/+12 В (выходы ППКОП), 0/+24 В, 0/+48 В, 0/+60 В (лампы сигнализации) и т.д. до 0/+72 В.

Измерение станционного напряжения
Модуль согласования RL-SP предназначен согласования уровней сигналов при измерении станционного напряжения устройством УСИ-8Е, УСИ-4х4. Модуль подключается к измерительному входу объектового устройства и обеспечивает корректность измерения станционного напряжения.

По всем вопросам Вы можете обращаться по телефону (342) 270-08-05, адресу электронной почты [email protected] или воспользоваться сервисом сайта «Заказать решение».

2.1 Измерение постоянного тока и напряжения электромеханичес…

Привет, Вы узнаете про электромеханические измерительные приборы, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое электромеханические измерительные приборы,гальванометры,гальванометр,электромеханический вольтметр,электромеханические приборы,электромеханический прибор,измерение постоянного тока,изменение напряжения, , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

План

2.1.1 электромеханические приборы основные понятия и классификация

2.1.2 Обозначение принципа действия прибора

2. 1.3 Конструкциии и принцип действия электромеханических измерительных приборов

2.1.4 Мощность потерь энергии в приборах

2.1.1 Электромеханические приборы основные понятия и классификация

Для измерения напряжения и силы тока в прошлом веке (иногда еще и в настоящее время) широко применялись электромеханические приборы. Приборы этих систем часто входят в состав и других, более сложных, средств измерений.

По физическому принципу, положенному в основу построения и конструктивному исполнению, эти приборы относятся к группе аналоговых средств измерения, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины.

Электромеханические приборы непосредственной оценки измеряемой величины представляют класс приборов аналогового типа, обладающих рядом положительных свойств: просты по устройству и в эксплуатации, обладают высокой надежностью и на переменном токе реагируют на среднее квадратическое значение напряжения.

Напряжение и силу тока измеряют приборами непосредственной оценки или приборами, использующими метод сравнения (компенсаторы). По структурному построению приборы, измеряющие напряжение и силу тока, условно можно разделить на три основных типа:

  • электромеханические;
  • электронные аналоговые;
  • цифровые.

По физическому принципу действия, положенному в основу построения и конструктивному исполнению, электромеханические приборы относят к группе аналоговых средств измерения, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины.

Электромеханические приборы непосредственной оценки измеряемой физической величины представляют класс приборов аналогового типа, обладающих рядом положительных свойств: просты по устройству и в эксплуатации, обладают высокой надежностью и на переменном токе реагируют на среднее квадратическое значение напряжения. Последнее обстоятельство позволяет производить измерение наиболее информативного параметра сигнала без методических ошибок. Электромеханические приборы строят по обобщенной структурной схеме, представленной на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 Структурная схема электромеханического прибора

Измерительная схема электромеханического прибора содержит совокупность сопротивлений, индуктивностей, емкостей и других элементов электрической цепи прибора и осуществляет количественное или качественное преобразование входной величины х в электрическую величину Х, на которую реагирует измерительный механизм. Механизм преобразует электрическую величину Х в механическое угловое или линейное перемещение α, значение которого отражается на шкале отсчетного устройства прибора, проградуированной в единицах измеряемой величины N(х). Для этого необходимо чтобы каждому значению измеряемой величины соответствовало одно и только одно, определенное отклонение α. При этом параметры схемы и измерительного механизма не должны меняться при изменении внешних условий; температуры окружающей среды, частоты питающей сети и других факторов.

Классификацию электромеханических приборов проводят на основании типа измерительного механизма. Наиболее распространены в практике радиотехнических измерений следующие системы:

  • магнитоэлектрическая,
  • электромагнитная,
  • электродинамическая,
  • электростатическая.

2.1.2 Обозначение принципа действия прибора

Обозначения рода тока

Обозначения класса точности, положения прибора, прочности изоляции, влияющих величин

2.1.3 Конструкциии и принцип действия электромеханических измерительных приборов

Данные измерительные системы представлены в табл. 2.1, где приведены также формулы передаточной функции (уравнения шкалы) измерительного механизма и ряд его технических характеристик. В добавление помещенным в табл. 2.1 сведениям и рисункам сделаем следующие пояснения.

Магнитоэлектрическая система. В данной системе измерительный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита (магнитопровода). Поле в зазоре, где находится рамка, сделано равномерным за счет особой конфигурации магнитопровода. Под воздействием протекающего тока I рамка вращается в магнитном поле, угол поворота α ограничивают специальной пружиной, поэтому передаточная функция (часто называемая уравнением шкалы) линейна:

, (2.1)

где ψ — удельное потокосцепление, определяемое параметрами рамки и магнитной индукцией;

W — удельный противодействующий момент, создаваемый специальной пружинкой.

Для расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяют шунты и добавочные сопротивления, которые включают соответственно параллельно и последовательно измерительным механизмам в схемы этих приборов.

1 – рамка с измеряемым током и стрелкой;

2 – неподвижный сердечник;

3 – полюсные наконечники;

4 – возвратная пружи

гальванометр ы . Особую группу измерителей силы тока представляют высокочувствительные магнитоэлектрические приборы — нуль — индикаторы, называемые гальванометрами.

Задача гальванометров показать наличие или отсутствие тока в цепи, поэтому они работают в начальной точке шкалы и должны обладать большой чувствительностью.

Гальванометры снабжают только условной шкалой. Поскольку чувствительность гальванометров очень высока, их градуировочная характеристика нестабильна и зависит от совокупности внешних влияющих факторов.

Поэтому при выпуске на производстве чувствительные гальванометры не градуируют в единицах измеряемой физической величины и им не присваивают классы точности (не нормируют по классам точности).

В качестве же метрологических характеристик гальванометров обычно указывают их чувствительность к току или напряжению и сопротивление рамки.

Чувствительность гальванометров выражается в миллиметрах или делениях шкалы (например, Si = 109 мм/А). Такая высокая чувствительность достигается за счет особой конструкции прибора.

Современные гальванометры позволяют измерять токи 10-5.напряжения до 10-4В.

Рис Гальванометр демонстрационный М 1032

Таблица 2.1 Электромеханические приборы

Электромагнитная система. Принцип действия этой системы основан на взаимодействии катушки с ферромагнитным сердечником.

Ферромагнитный сердечник втягивается в катушку при любой полярности тока . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Это обусловлено тем, что ферромагнетик располагается в магнитном поле так, чтобы поле усилилось.

Следовательно, прибор электромагнитной системы может работать на переменном токе. Однако он является низкочастотным, так как с ростом частоты сильно возрастает индуктивное сопротивление катушки.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются простота конструкции, способность выдерживать значительные перегрузки, возможность градуировки приборов, предназначенных для измерений в цепях переменного тока и на постоянном токе.

Недостатки приборов — большое потребление энергии, невысокая точность, малая чувствительность и сильное влияние магнитных полей. Приборы электромагнитной системы применяют в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного тока промышленной частоты . Класс точности щитовых приборов составляет 1,5 и 2,3.

Шкала прибора не линейна. Зато прибор может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного тока

Рисунок Электромагниный вольтметр

Электродинамическая система — измерительный механизм содержит две измерительные катушки: неподвижную и подвижную. Принцип действия основан на взаимодействии катушек, электромагнитные поля которых взаимодействуют в соответствии с формулой:

(2.2)

где Мвр — вращающий момент;

I1 — ток через неподвижную катушку;

I2 — ток через подвижную катушку;

θ — фазовый сдвиг между синусоидальными токами;

М — коэффициент взаимной индуктивности катушек.

На основе электродинамического механизма в зависимости от схемы соединения обмоток выполняют вольтметры, амперметры, ваттметры.

Достоинством электродинамических вольтметров и амперметров является высокая точность на переменном токе.

Предел основной приведенной погрешности может составлять 0,1…0,2 %, что является наилучшим достижимым показателем для измерительных приборов переменного тока. Электродинамические приборы используют как образцовые лабораторные измерительные приборы.

Принцип действия приборов электродинамической системы заключается во взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек, по которым протекает измеряемый ток. Подвижная катушка 1 (рис 3) может поворачиваться относительно неподвижной 2, состоящей из 2 частей, разделенных воздушным зазором. Под действием вращающего момента стрелка 4, укрепленная на оси 5, перемещается относительно шкалы 3.

Шкала прибора такого типа нелинейная. Прибор пригоден для измерений в цепях постоянного и переменного тока

Рисунок Прецизионный электродинамический вольтметр Общий вид, Шкала и инструкция

Электростатические приборы — принцип действия электростатического механизма основан на взаимодействии электрически заряженных проводников.

Подвижная алюминиевая пластина, закрепленная вместе с указателем, перемещается, взаимодействуя с неподвижной пластиной. Движение ограничивает пружинка.

Уравнение рамки записывается в виде:

, С – емкость между пластинами.

Электростатические приборы по принципу действия механизма являются вольтметрами.

Достоинства этих приборов: широкий частотный диапазон (до 30 МГц) и малая мощность, потребляемая из измерительной цепи.

Приборы измеряют среднее квадратическое значение напряжения.

Шкала приборов такого типа нелинейная.

Киловольтметр электростатический С196

2.1.4

Мощность потерь энергии в приборах

Электроизмерительные приборы потребляют при работе энергию, которая в них преобразуется обычно в тепловую энергию. Мощность потерь зависит от режима в цепи, а также от системы и конструкции прибора.

Если измеряемая мощность относительно мала, а следовательно, относительно малы ток или напряжение в цепи, то мощность потерь энергии в самих приборах может заметно влиять на режим исследуемой цепи и показания приборов могут иметь довольно большую погрешность. При точных измерениях в цепях, где развиваемые мощности сравнительно малы, необходимо знать мощность потерь энергии в приборах.

В табл. 2 приведены средние величины мощности потерь энергии в различных системах электроизмерительных приборов.

Система прибора Вольтметры на 100 В, Вт Амперметры на 5А, Вт
Магнитоэлектрическая 0,1 — 1,0 0,2 — 0,4
Электромагнитная 2,0 — 5,0 2,0 — 8,0
Индукционная 2,0 — 5,0 1,0 — 4,0
Электродинамическая 3,0 — 6,0 3,5 — 10
Тепловая 8,0 — 20,0 2,0 — 3,0

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные системы электромеханических приборов и дайте сравнительные характеристики по параметрам.

Магнитоэлектрическая система — измерительный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита (магнитопровода). Поле в зазоре, где находится рамка, сделано равномерным за счет особой конфигурации магнитопровода. Под воздействием тока I рамка вращается в магнитном поле, угол поворота ограничивается специальной пружинкой, в результате чего передаточная функция оказывается линейной

Разновидности систем приборов

Условное графические обозначения систем измерительных приборов по ГОСТ 23217-78
  • Магнитоэлектрическая с подвижной рамкой — вращательный момент создается между неподвижным постоянным магнитом и подвижной вращающейся рамкой с намотанной на ней обмоткой по которой при измерении протекает ток. Вращающий момент рамки в таком приборе описывается законом Ампера — взаимодействия магнитного поля тока в обмотке рамки с магнитным полем постоянного магнита. Шкала магнитоэлектрического прибора является равномерной. Аналогом такой системы является электродвигатель постоянного тока обычного исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.
  • Магнитоэлектрическая с подвижным магнитом — вращательный момент создается между неподвижной обмоткой с током и подвижным постоянным магнитом. Эта система является аналогом магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой, но имеет более низкий класс точности — 4,0 и ниже, менее распространена и применяется, в основном, для указательных приборов транспортных средств, благодаря своей стойкости к внешним механическим воздействиям — вибрациям и ударам. Аналогом этой системы является двигатель постоянного тока обращенного исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.

Замечание: Магнитоэлектрические приборы по своему принципу действия измеряют среднюю величину тока, а направление отклонения стрелки зависит от среднего направления тока в рамке, поэтому они могут применяться только для измерения токов с постоянной составляющей и требуют соблюдения полярности подключения . Магнитоэлектрические приборы непригодны для непосредственного измерения переменного тока, так как при подаче на такой прибор переменного тока стрелка будет дрожать вблизи нулевого значения с частотой переменного тока.

  • Электромагнитная — вращательный момент создается между неподвижной обмоткой с током и подвижным ферромагнитным сердечником изготовленным из магнитомягкого ферромагнитного материала.

Принцип действия приборов этого типа — взаимодействия тока и ферромагнитного тела. Особенностью таких приборов является квадратичная зависимость вращающего момента от тока в обмотке, и такие системы могут применяться для измерения как постоянных так и переменных токов. Эти приборы имеют неравномерную шкалу. Аналогом такой системы является реактивный двигатель, работающий в соответствии с законом сохранения импульса.

  • Электродинамическая — вращательный момент создается между двумя обмотками с током: подвижной и неподвижной. Вращательный момент пропорционален произведению токов в обмотках. Электродинамическое усилие основано на взаимодействии магнитных полей обмоток (закон Ампера). Аналогов такой системы в двигателях не существует, в связи с малыми вращающими моментами.
  • Ферродинамическая система подобна электродинамической, но для увеличения вращательного момента в конструкции предусматривается сердечник из ферромагнитного материала. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения.

Электродинамические и ферродинамические системы применяют в вольтметрах и амперметрах, но чаще всего в — ваттметрах и варметрах.

  • Индукционная — вращающий момент создается бегущим или вращающимся магнитным полем неподвижных обмоток (для создания бегущего поля токи в обмотках должны быть сдвинуты по фазе) и токами Фуко, наводимыми во вращающемся неферромагнитном диске (обычно алюминиевом). В индукционной системе измеряемой величиной может быть скорость вращения диска и полное число его оборотов, которое подсчитывается и отображается механическим счетчиком. Тормозной демпфирующий момент в этом случае создается взаимодействием магнитного поля постоянного магнита и магнитного моля токов, наводимых в диске. Иногда индицирование индукционной системе производится с помощью стрелки — в таком случае тормозной момент создается пружиной. Вращающий момент в индукционной системе равен произведению магнитных потоков в сердечниках обмоток и также зависит от угла сдвига между их фазами их токов. Аналогом этой системы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Такую индукционную систему измерения чаще всего применяют в счетчиках потребленной электрической энергии.
  • Электростатическая — вращающий момент создается между подвижным и неподвижным электродами из-за взаимодействия электрических зарядов. Вращательный момент возникает согласно закону Кулона.
  • Логометрическая — система отличается от предыдущих принципом создания тормозного момента — здесь тормозной момент создается с помощью специальной обмотки. Логометрическая система подразделяется по принципу создания вращательного момента: магнитоэлектрический логометр, электромагнитный логометр, электродинамический логометр, ферродинамический логометр. Особенностью логометров является безразличное положение стрелки на шкале до момента подключения прибора, так как подвижная система не имеет пружин.
  • Вибрационная — система, в которой используются другой принцип измерения, не основанный на равенстве вращательного и возвращающего момента. В вибрационных приборах используется явление электромеханического резонанса. В приборе устанавливаются несколько разной длины упругих язычков с разными частотами механического резонанса из ферромагнитного материала, возбуждаемыми магнитным полем одной обмотки. При подаче переменного тока в обмотку язычки колеблются с разной амплитудой. Амплитуда колебаний язычка с наиболее близкой собственной резонансной частотой к частоте возбуждающего тока максимальна, это индицирует примерную частоту тока в обмотке. Этот принцип измерения используется в язычковых частотомерах промышленной частоты.
  • Тепловая — электрический ток, протекая через проводник, вызывает его нагревание и удлинение вызванное тепловым расширением материала, которое регистрируется измерительным механизмом. За счет тепловой инерции нагреваемого элемента усредняются быстрые изменения тока. Примеры использования: автомобильные приборы, предназначенные для измерения уровня топлива в топливном баке, температуры охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания, автомобильные манометры, показывающие давление моторного масла в системе смазки двигател

2. Почему магнитоэлектрический механизм работоспособен только на постоянном токе?

Потому, что переменный ток способен полярность электромагнита менять.

3. Какие системы электромеханических приборов являются высокочастотными?

Циркуляторы , ЛБВ антенные переключатели, Вариометры с электроприводом, вакуумные реле , различные ВЧ релюшки, электромеханические фильтры (ЭМФ)

4. Поясните структурную схему электромеханического прибора.

Измерительная схема осуществляет количественное или качественное преобразование входной величины Х в электрическую величину Х‘, на которую реагирует измерительный механизм. Последний, в свою очередь, преобразует электрическую величину Х’ в механическое угловое или линейное перемещение , значение которого отражается по шкале счетного устройства, проградуированной в единицах измеряемой ве­личины N(х).

Рис.. Структурная схема электромеханического прибора

5. Как работает прибор электромагнитной системы?

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, создаваемого измеряемым током, со стальным сердечником, помещенным в это поле. Неподвижная катушка 1 (рис. 2) состоит из каркаса с навитой изолированной медной проволокой или медной лентой. При протекании измеряемого тока по обмотке катушки в ее плоской щели 2 создается магнитное поле. Вне катушки на агатовых подпятниках устанавливается ось 8 с эксцентрично укрепленным сердечником 4 из магнитомягкой стали со стрелкой 5. Магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его внутрь щели, поворачивая тем самым и ось со стрелкой прибора. Этому повороту препятствует закручивающаяся спиральная пружина 6, создающая противодействующий момент.

Рис 2

6. Принцип действия электродинамического прибора.

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на механическом взаимодействии двух катушек с токами. На рисунке 3 изображен измерительный механизм электродинамического прибора с воздушным успокоителем 3.

Неподвижная катушка 1 состоит из двух секций (для создания однородного поля) и навивается обычно толстой проволокой.

Легкая подвижная катушка 2 помещается внутри неподвижной и жестко скрепляется с осью и стрелкой. Подвижная катушка включается в измеряемую цепь через спиральные пружины, создающие противодействующий момент.

Если токи в катушках 1 и 2 принять равными соответственно

Рис. 3

, то их взаимодействие создаст вращающий момент стремящийся повернуть подвижную катушку так, чтобы энергия магнитного поля системы двух катушек стала наибольшей (до совпадения направлений полей). При этом поворот подвижной катушки произойдет за счет энергии магнитного поля катушек. Тогда вращающий момент действующий на подвижную катушку , можно представить в следующем виде:

где — энергия магнитного поля катушек; а — угол поворота подвижной катушки.

См. также

К сожалению, в одной статье не просто дать все знания про электромеханические измерительные приборы. Но я — старался. Если ты проявишь интерес к раскрытию подробностей,я обязательно напишу продолжение! Надеюсь, что теперь ты понял что такое электромеханические измерительные приборы,гальванометры,гальванометр,электромеханический вольтметр,электромеханические приборы,электромеханический прибор,измерение постоянного тока,изменение напряжения, и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятелно рекомендую изучить комплексно всю информацию в категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Как измерить силу электрического тока в цепи: 3 способа

В процессе эксплуатации различного оборудования возникает  необходимость проверки основных электрических параметров его работы. Это нужно как для проверки определенных характеристик, так и для ремонтных работ. Одним из наиболее сложных и опасных измерений является определение величины токовой нагрузки. Поэтому для всех начинающих электриков будет актуально узнать, как измерить силу электрического тока в цепи правильно и безопасно.

Используемые приборы

Измерить силу тока можно различными способами, однако далеко не все из них применимы в повседневной жизни. К примеру, различные измерительные трансформаторы, подключаемые в  цепь, крайне неудобно переносить по дому и даже хранить на полке в гараже. Поэтому актуальными средствами измерительной техники являются амперметры, мультиметры и клещи. Далее рассмотрим детально особенности работы и применения каждого из них. 

Амперметр

Это один из наиболее простых измерительных приборов, который реагирует на изменение токовой нагрузки.  С электротехнической точки зрения амперметр представляет собой нулевой или бесконечно малое сопротивление. Поэтому в случае приложения напряжения только к прибору, в нем возникнет ток короткого замыкания, из-за чего амперметр включается в цепь последовательно замеряемой нагрузке. Для наглядности стоит пояснить, что измерить силу тока в розетке нельзя, так как без нагрузки (в случае разомкнутой цепи) ток в ней не протекает, на контактах розетки присутствует только напряжение, поэтому подключение амперметра напрямую приведет к замыканию.

Под электрическим током подразумевается направленное движение заряженных частиц, которое проходит через поперечное сечение проводника  за определенную единицу времени. Поэтому запомните, что токовая нагрузка возникает лишь от включения бытового электроприбора к источнику питания. Включение амперметра отдельно к точке электроснабжения или отдельно к рабочему двухполюснику никоим образом не даст информации о силе тока. Если рассмотреть пример на схеме, то чтобы замерить амперы вы должны включить прибор в линию последовательно к объекту измерения:

Рис. 1. Пример подключения амперметра

Как видите, основная сложность заключается в том, что процесс измерения происходит непосредственно в момент протекания электрической энергии, соответственно, велика вероятность поражения электрическим током в случае нарушения технологии.

Чтобы избежать плачевных последствий, необходимо соблюдать такие правила:

  • Подключение производится только при отсутствии напряжения;
  • Измерительные провода должны быть заизолированы, а места подключения удалены от человека, при необходимости исключена возможность прикосновения к ним;
  • Выведение амперметра из цепи измерения тока также выполняется при снятом напряжении.

Так как амперметр является узконаправленным прибором для измерения силы тока, его редко кто хранит у себя дома. Поэтому если вы хотите приобрести приспособление, куда выгоднее обзавестись мультиметром, который обладает значительно более широким функционалом.

Мультиметр

Этот прибор также называют тестером, Ц-эшкой, поэтому в обиходе можно встретить разные поколения мультиметра. Принцип использования мультиметра в качестве средства для измерения тока в цепи полностью аналогично амперметру, как по схеме включения, так и по предъявляемым мерам предосторожности. Однако следует отметить, что мультиметр мультиметру рознь, поэтому перед включением тестера обязательно посмотрите, подходит ли он, чтобы измерить ток в вашем случае.

Из конструктивных особенностей сразу отметим:

  • Диапазон измерения – выставляется переключателем на определенную величину силы тока. Выбирается таким, чтобы предполагаемая нагрузка его не превышала, но была соизмеримой.
  • Род тока – переменный или постоянный, заметьте, что некоторые модели мультиметров предоставляют возможность измерить только один вариант.
  • Разделение на слаботочные и силовые измерения – такие приборы имеют отдельную шкалу на мА, мкА и отдельную для А. Также в них могут располагаться отдельные разъемы, чтобы подключить щупы.
  • Наличие защиты от перегрузки при подключении измерительных устройств, обозначается отметкой unfused. Которая свидетельствует о наличии предохранителя, способного предотвратить выход со строя мультиметра от протекания чрезмерной силы тока.

По способу отображения информации все мультиметры подразделяются на циферблатные и дисплейные. Первые из них – довольно устаревшая модель, ориентироваться по ним смогут только искушенные электрики, знакомые с основами метрологии. Новичок же может запутаться в показаниях на шкале, цене деления или какими единицами измеряется нагрузка. Поэтому применение цифрового прибора куда проще и удобнее, на дисплее отображается конкретное число.

Токоизмерительные клещи

Это наиболее удобный прибор, так как чтобы измерить силу тока токоизмерительными клещами, нет нужды разрывать цепь. Конструктивно клещи представляют собой разъемный магнитопровод,  в который и помещается проводник, на котором вы хотите померить силу тока. Токоизмерительные клещи имеют схожесть с тем же мультиметром, а в более продвинутых моделях вы встретите такой же переключатель с функцией определения мощности, напряжения, сопротивления, силы тока и разъемы для подключения щупов.

Как измерить силу тока в цепи

Для измерения электрического тока в цепи куда удобнее использовать современные устройства – мультиметры или клещи, особенно для одноразовых операций. А вот стационарный амперметр подойдет для тех ситуаций, когда вы планируете постоянно контролировать силу тока, к примеру, для контроля заряда батарейки или аккумулятора в автомобиле.

Постоянного тока

Разрыв электрической цепи организовывается до начала измерений при отключенном напряжении. Даже в низковольтных цепях вы можете вызвать замыкание батарейки, которое моментально приведет к потере электрического заряда. Далее рассмотрим пример измерения в цепи постоянного тока с помощью мультиметра, для этого:

Рис. 2. Использование мультиметра для измерения постоянного тока
  • подключите щупы к соответствующим вводам в тестер – черный в COM, красный в разъем с пометкой mA, A или 10A, в зависимости от устройства;
  • при помощи «крокодилов» соедините щупы тестера с цепью измерения последовательно;
  • установите переключателем нужный род тока и предел измерений;
  • можете подключить нагрузку и произвести измерения, на дисплее мультиметра отобразится искомое значение.

Но заметьте, подключать мультиметр следует на короткий промежуток времени, так как он может перегреться и выйти со строя.

Переменного тока

Цепь переменного напряжения может измеряться как мультиметром, так и токоизмерительными клещами. Но, в связи с опасностью переменного бытового напряжения для жизни человека, эту процедуру целесообразнее выполнять клещами без измерительных щупов и без разрыва цепи.

Рис. 3. Использование клещей для измерения переменного тока

Для этого вам нужно:

  • переключить ручку в положение переменных токов на нужную позицию нагрузки, если она изначально неизвестна, то сразу выбирают максимальный диапазон;
  • нажать боковую скобу, которая разомкнет клещи;
  • поместить внутрь клещей токоведущую жилу и отпустить кнопку.
  • данные измерений отобразятся на дисплее, при необходимости их можно зафиксировать соответствующей кнопкой.

Производить измерения можно как на изолированных, так и на оголенных жилах. Но заметьте, в область обхвата должен попадать только один проводник, сразу в двух измерить не получится.

Реальные примеры измерения тока

Далее рассмотрим несколько вариантов того, как подключить измерительный прибор в бытовых нуждах. При замерах батареек вам необходимо один щуп приложить к контакту батарейки, а второй к контакту нагрузки, второй контакт нагрузки подключается к свободной клемме батарейки.

Рис. 4. Измерение силы тока в цепи батарейки

Если вы хотите проверить токовую нагрузку в обмотках трехфазного электродвигателя, измерительный прибор подключается поочередно в каждую фазу или если у вас есть три амперметра,  можете использовать их одновременно. Для этого щупы подключаются одним концом к выводам обмоток в борно, а вторым, к питающему проводу соответствующей фазы.

Рис. 5. Измерение силы тока в цепи электродвигателя

Способы на видео

Как измерить электрический ток, Руководство по измерению постоянного электрического тока

Введение: сантехника аналогия Возможно, вы слышали это раньше. Электричество и сантехника аналогична. В одном случае у вас есть электроны, текущие по проводу, и в другом случае вода течет по трубе. То, что делает воду движение в трубе происходит под давлением. То, что заставляет электроны двигаться в проводе, — это Напряжение. Количество воды, перемещаемой по трубе, измеряется в галлонах.Номер электронов, или количество заряда, перемещаемого по проводу, измеряется в кулонов (кулон — это фиксированное количество электронов, например дюжина, но больше).

Вот таблица, показывающая аналогию

Concept Сантехника Электричество Комментарии
Движущая «сила» Давление Напряжение
Кол-во галлонов Кулоны 6.24 x 10 18 электрон на кулон
Расход галлонов в минуту Ампер 1 ампер — это один кулон в секунду

Сантехнический вариант основной схемы Электрический вариант основной схемы

Теперь вопрос в том, как измерить скорость течь, или ток по одному из путей?

Давление или напряжение относительно легко. В сантехническом случае вы просто просверливаете отверстие в трубе и добавляете давление измерять. В электрическом корпусе вы подключаете вольтметр между точкой интерес и почва.

Для измерения давления просто просверлите отверстие
и нарезайте резьбу в трубка и ввинтить манометр
Измерение напряжения в любой точке цепи

Для измерения расхода в трубе необходимо отрезать трубу и вставьте расходомер.Чтобы измерить силу тока, вам нужно отрезать схему и установить амперметр

Расходомеры необходимо вставить в поток
путем обрезки труба.
Амперметры также должны быть вставлены в поток
ток путем разрезания цепи

Как фактически измеряется сила тока


Есть два свойства движущихся зарядов, которые полезны для измерения тока
  1. Электрический ток, протекающий через сопротивление, приводит к падение напряжения по закону Ома
  2. Электрический ток всегда связан с магнитным поле.

Давайте сначала посмотрим на использование закона Ома. Предполагая, что напряжение легко измерить, вам нужно ввести известное фиксированное сопротивление в схема. Тогда напряжение, измеренное на резисторе, пропорционально ток, протекающий через него. Для правильного измерения резистор должен быть точный по значению и стабильный (сопротивление не меняется в зависимости от температуры, давления, освещение и т. д.) И чтобы не нарушать цепь слишком сильно он также должен быть невысоким по стоимости.Этот резистор часто ошибочно называют шунтируют резистор , но лучше называть его резистором sense . Согласно закону Ома V = I · R, если сопротивление резистора 1 Ом, то напряжение на нем будет 1 вольт на ампер. Вот практическое использование этого техника.


Вот практическое применение измерения тока. Это Применяется к проектированию источников питания:

Здесь инженер пытается управлять силовой цепью. Q1 возбуждает импульсами трансформатор Т, но ему нужно знать, сколько во время импульса через транзистор протекает ток. Он использует резистор R8, который составляет всего 0,03 Ом в качестве резистора считывания. Для каждого проходящего через резистор 0,03 В или 30 мВ появляется на нем, что определяется датчиком вход контроллера ШИМ, контакт 15. Контроллер ШИМ использует эти данные для контролировать ток, напряжение или выходную мощность источника питания в зависимости от остальная часть схемы.

Одним из первых способов обнаружения электрического тока был несколько витков проволоки вокруг компаса. Д’Арсенваль расширил эту идею, чтобы устройство измерения силы тока (амперметр) путем помещения катушки внутрь магнитных полюсов с подшипниками и пружинами спуска часов. Так аналоговые измерители работа сегодня.

Другой способ использования магнитное поле — зажимом на амперметре постоянного тока. Они используют эффект Холла для Измерьте очень слабые магнитные поля, создаваемые электричеством в проводе. Это относительно недавние изобретения, и они чрезвычайно удобны, так как в этом случае вы не нужно обрезать провод, чтобы вставить традиционный амперметр.

Измерение постоянного тока — инновации в области возобновляемых источников энергии

Ряд проектов, в которых мы участвуем, требуют точного контроля постоянного тока. Здесь мы объясняем многочисленные методы измерения постоянного тока, протекающего по линии, выделяем некоторые из множества доступных интегральных схем и перечисляем плюсы и минусы различных методов.Это постоянная работа — пожалуйста, оставляйте комментарии со своими идеями и методами.

Измерение постоянного тока требуется для измерения мощности, так как мощность = напряжение x ток. Очевидно, что точные измерения полезны, но более высокая точность связана с более высокими затратами, а также существуют некоторые фундаментальные ограничения и аппаратные ограничения на то, насколько точно мы можем проводить измерения.

На этой странице я надеюсь описать основные требования к достаточно точному измерению тока, а также ряд методов для этого, а также ряд компонентов и интегральных схем, которые используются для выполнения этой функции.Я предполагаю, что эти данные будут считаны микроконтроллером (цифровым устройством). Я могу написать еще одну статью об измерении напряжения.

Существует два основных аспекта точного измерения изменяющегося сигнала, независимо от того, какой сигнал. Это частота дискретизации и разрешение:

Частота дискретизации

Частота дискретизации имеет большое значение, если мы хотим точно контролировать форму волны. Например, если мы производим только одно измерение температуры в день, в 7.47 утра, мы ничего не могли сказать об изменениях за день. Тем не менее, мы можем кое-что сказать об изменениях в течение года. Так что это зависит от того, какая тенденция данных вас интересует.

То же самое и для контроля тока. Если мы будем брать один образец каждый день, это может быть в то время, когда ничего не включено. Следовательно, мы могли посмотреть на это в течение года и сделать вывод, что электричество не потреблялось. Очевидно, что это, вероятно, не так. Может быть, через 10 минут кто-то включит какую-то огромную нагрузку на 5 часов, а затем снова выключит.Так что скорость, с которой мы отбираем образцы, важна.

Математические расчеты были выполнены Гарри Найквистом, и, следовательно, у нас есть коэффициент Найквиста. В нем говорится, что для получения всей информации из формы волны мы должны выполнять выборку с частотой, по крайней мере, вдвое превышающей частоту сигнала. Например, мы хотим слушать музыку с слышимыми частотами до 20 кГц. Чтобы покрыть это, мы должны сэмплировать с частотой не менее 40 кГц. Те, кто записывал музыку на компьютер, знают, что обычно используется частота дискретизации 44 кГц.Меньше — и вы потеряете информацию.

Это важно для систем питания постоянного тока. Есть компоненты, такие как инверторы, которые включают и выключают очень высокие токи с очень высокой скоростью (от 10 до 100 кГц). Как правило, это внутреннее устройство, и конденсаторы на входе сглаживают эту частоту, поэтому нам не нужно внимательно следить за этой высокой частотой, но нам определенно нужно подумать об этом. Если мы сможем взять много образцов, а затем усреднить их, тогда это будет лучше. Это особенно верно, когда мы измеряем энергию в батарее и из нее, где любая неточность может означать, что устройство не знает, что ушло в батарею, и, следовательно, теряет баланс энергии.

Разрешение

Это связано с тем, что мы преобразуем аналоговый сигнал в цифровой. (Иногда это называют квантованием). Цифровые сигналы могут быть включены или выключены. Аналоговые сигналы могут быть любыми и могут бесконечно изменяться в пределах своего диапазона. Мы пытаемся передать эти изменяющиеся аналоговые данные в наше цифровое устройство (микроконтроллер). Для этого мы используем понятие уровней (также называемых квантами). Скажем, у нас есть синусоидальный сигнал от 0 до 5 В.Допустим, у нас есть только одно битовое разрешение. Цифровое представление может быть только включено или выключено. Если мы установим уровень на 2,5 В, то мы увидим, что цифровой сигнал будет 0, затем 1, затем 0, затем 1, когда форма волны будет выше и ниже 2,5 В. Вы можете видеть, что у нас есть много деталей из сигнала. Этого может быть достаточно данных, чтобы делать то, что мы хотим, но обычно мы используем больше уровней. Чем больше уровней, тем выше разрешение и, следовательно, выше точность данных.

Добавление дополнительного бита к разрешению увеличивает разрешение в 2 раза.Следовательно, 1 бит = 2 уровня, 2 бита — 4 уровня, 3 бита = 8 уровней. Это быстро увеличивается, и при 8 битах у нас 256 уровней, а при 10 битах — 1024 уровня. Типичный микроконтроллер (например, серия PIC 18 или чип Atmel в Arduino Uno) имеет 10-битную точность. Некоторые имеют 12, 14 или даже 16 бит. Если вы переходите к большему количеству битов, это увеличивает нагрузку на микропроцессор, поэтому вы также можете использовать специальные аналогово-цифровые микросхемы (АЦП), которые обрабатывают данные и отправляют их на микроконтроллер.

В этой статье я буду использовать АЦП в микроконтроллере (я использую как PIC, так и Atmels) — обычно 10-битный АЦП.

При измерении тока мы обычно измеряем очень малые напряжения. Они могут быть искажены другими очень небольшими паразитными сигналами. Их можно разбить на смещения и шум.

Хотя преобразование сигнала из аналогового в цифровой будет означать потерю информации, это также означает, что мы можем применить методы, гарантирующие, что сигнал не будет искажен шумом.Поэтому я стараюсь как можно быстрее перейти на цифровой формат.

Шум

Шум повсюду. Он исходит из физики электрических устройств и интерференции множества различных искусственных и естественных электрических и магнитных волн. Существует много информации о шуме и снижении уровня шума, хотя иногда это немного мрачное искусство.

Я стараюсь свести шум к минимуму:

  • Обеспечение минимальной длины пути прохождения сигнала
  • Экранированный кабель или дополнительный металлический экран можно использовать вокруг частей цепи, подверженных помехам.
  • Уменьшите количество компонентов, через которые проходит сигнал — это снизит вероятность помех

Это сложная область, поэтому я не буду здесь вдаваться в подробности. Как правило, хорошая компоновка и схемотехника обеспечивают относительно низкий уровень шума.

Смещения

Смещения — это когда к измеряемой нами форме волны добавляется дополнительный сигнал. Обычно они возникают, когда сигнал проходит через какой-либо другой активный компонент, например операционный усилитель.10 уровней = 1024 уровня. Каждый уровень равен 5 В / 1024 = 0,00488 В или 4,88 мВ. Следовательно, любое смещение, превышающее 4,88 мВ, изменит сигнал в достаточной степени, чтобы изменить число, считываемое микропроцессором.

Основная причина, по которой это может быть проблемой, может заключаться в том, что сигнал проходит через операционный усилитель, а операционный усилитель имеет некоторое смещение или не может пройти полностью до шины заземления. Вы можете проверить напряжение смещения, используя лист данных операционного усилителя. Например, напряжение смещения на стандартном операционном усилителе 741 составляет +/- 15 мВ, что может давать погрешность более трех уровней. (Примечание: есть возможность обнулить смещение во многих операционных усилителях, но для этого требуется отдельная калибровка и дополнительные компоненты) . Я стараюсь использовать одиночную шину питания для операционных усилителей со смещением менее 3 мВ.

Существует два основных метода измерения постоянного тока: инвазивный и неинвазивный.

Инвазивный

Инвазивные методы, как следует из названия, означают, что вы должны поместить что-то в фактический текущий путь. Обычно мы используем «шунтирующий» резистор малого номинала.Поскольку V = IR, ток, протекающий через небольшое сопротивление, будет означать, что произойдет небольшое падение напряжения. Затем мы можем прочитать это напряжение, которое будет пропорционально протекающему току.

Шунтирующий резистор может быть либо на стороне высокого напряжения (положительный провод), либо на пути низкого уровня (отрицательный провод).

Мы должны быть очень осторожны с выбором номинала резистора, так как высокое сопротивление будет означать высокое падение напряжения, что также означает большие потери мощности.

Типичные значения шунтирующего резистора от 0.От 01 миллиОм до примерно 1 Ом (в зависимости от диапазона тока). Они бывают разных форм. Классический дизайн довольно большой, как показано здесь:

Они хороши тем, что обычно довольно точны и не нагреваются слишком сильно, поэтому на сопротивление не влияет температура. Но они дорогие (около 10-50 фунтов за штуку).

Менее дорогие варианты включают в себя шунтирующие резисторы с «голым элементом» (от 0,80 до 4,00 фунтов стерлингов), а также типы для поверхностного монтажа.

Вот статья о том, как сделать шунт из медной проволоки своими руками.

Еще одна интересная статья из журнала Diyode Magazine об использовании резисторов для измерения тока: https://diyodemag.com/education/fundamentals_using_resistors_to_measure_current.

Напряжение может быть подключено напрямую к микропроцессору, но обычно требуется некоторая форма усиления, чтобы шунтирующее напряжение находилось в пределах входного диапазона АЦП. Для выполнения этой функции обычно используется операционный усилитель.

Плюсы
  • Простой
  • дешевые
  • Легко
  • Может быть точным
Минусы
  • Измерение тока на стороне низкого напряжения проще всего, но оно может привести к падению напряжения там, где это нежелательно
  • Измерение тока на стороне высокого напряжения затруднено и требует тщательного анализа или специальной микросхемы
  • Шунтирующий резистор требует тщательного проектирования
    • например: измерить 100А в системе 12В.С резистором 1 Ом вы получите падение напряжения 100 В (то есть он не будет работать), и этот резистор будет рассеивать 100 Вт (Power = VI), что было бы огромной тратой.
    • Для разумного рассеивания мощности (менее 5 Вт) резистор должен быть (Мощность = I 2 XR) 5 / (100 × 100) <0,5 милли-Ом
    • Для разумного падения напряжения (менее 5% = 0,6 В) резистор должен быть (V = IR) 0,6 / 100 <6 мОм
    • В этом случае необходимо выбрать меньшее значение, чтобы обеспечить соблюдение обоих требований.
  • Шунтирующий резистор может демонстрировать температурную нелинейность (можно использовать температурную коррекцию)
  • Обычно требуется дополнительный операционный усилитель (с проблемами смещения и шума)
  • Иногда требуется буфер с высоким импедансом — АЦП может иметь не очень высокий импеданс (во многих микропроцессорах это так), и, следовательно, измерение сигнала изменит его. Для устранения этой ошибки требуется дополнительный буфер операционного усилителя.

Неинвазивный

В неинвазивных методах обычно используется датчик Холла.Эффект Холла — это преобразователь, напряжение которого изменяется в зависимости от магнитного поля. Ток, проходящий по кабелю, создает магнитное поле, пропорциональное протекающему току. Датчики на эффекте Холла обычно имеют сквозное отверстие, через которое проходит единственный токоведущий кабель. Иногда они могут открываться, чтобы обхватить большие кабели. Основными компаниями, производящими датчики на эффекте Холла, являются LEM и Honeywell. Датчики стоят от 5 до 80 фунтов стерлингов.

Плюсы
  • Не нужно разрывать провода или кабели
  • Полная гальваническая развязка измерительного прибора
  • Широкий диапазон токов, включая очень высокие токи
  • Обычно бортовая обработка сигнала для вывода полезного диапазона для микроконтроллера.
Минусы
  • Дорого
  • Линейность иногда невелика (хотя это можно исправить)
  • Погрешность измерений, особенно малых токов

(Примечание: цены взяты из онлайн-поиска июнь 2011г. )

Инвазивные ИС

INA220 от Texas Instruments: 3,28 фунта стерлингов + НДС от Farnell

  • Требуется шунтирующий резистор
  • Измерение тока высокого или низкого уровня
  • Двунаправленный
  • 26 В макс.
  • Выход как 2-проводный интерфейс (последовательные данные)

INA170 от Texas Instruments: 2 фунта стерлингов.79 + ндс от

RS
  • Требуется шунтирующий резистор
  • Измерение тока высокого напряжения
  • Двунаправленный
  • Напряжение 2,7-40 В
  • Выходной ток пропорционален протекающему току (следовательно, требуется выходной резистор)
  • Требуется опорное напряжение

INA138 / INA168 от Texas Instruments: 3,40 фунта стерлингов + НДС от RS

  • Требуется шунтирующий резистор
  • Измерение тока высокого напряжения
  • однонаправленный
  • Диапазон напряжения: до 36 В (INA138) 60 В (INA168)
  • Выходной ток пропорционален протекающему току (следовательно, требуется выходной резистор)
  • Потребуется операционный усилитель на выходе

INA193 от Texas Instruments: 1 фунт стерлингов. 76 + ндс от RS

  • Требуется шунтирующий резистор
  • Измерение тока высокого напряжения
  • однонаправленный
  • Диапазон напряжения: до 80 В
  • Внутреннее усиление (20 В на В)
  • Низкая точность при малых токах

LTC6104 от Linear Technologies: 2,76 фунта стерлингов от RS

  • Двунаправленный
  • Очень низкое энергопотребление
  • Широкий диапазон питания (макс. 70 В)
  • Требуется шунтирующий резистор
  • Требуются дополнительные компоненты
  • Требуется опорное напряжение, чтобы сделать двунаправленное измерение

LT1495 от Linear Technologies: 5 фунтов стерлингов.07 из Фарнелла.

  • Прецизионный операционный усилитель с указанием по применению для контроля тока.
  • Требуется шунтирующий резистор
  • Требуется 2 дополнительных транзистора
  • Максимальное входное напряжение 36 В
  • Измерение тока высокого напряжения

LT6100 от Linear Technologies: 2,28 фунта стерлингов от Farnell

  • одностороннее
  • Датчик тока на стороне высокого напряжения
  • 48 В макс.
  • Внутренние коэффициенты усиления ИС (устанавливаются с помощью 2 контактов на ИС)
  • Требуется шунтирующий резистор (но не более)

INA206 от Burr Brown: 2 фунта стерлингов.68 в 25+ от

рупий
  • однонаправленный
  • + 80 В макс.
  • Низкая точность при малых токах

INA230 от Texas Instruments: 3,03 фунта стерлингов от Farnell

  • Сторона высокого или низкого давления
  • Двунаправленный
  • Интерфейс I2C
  • Высокая точность (0,5%)
  • Макс. 28 В постоянного тока
  • Контролирует как напряжение на шине, так и напряжение шунта (ток)
  • Крошечный корпус QFN — паять вручную практически невозможно.

AD8211 от Analog Devices: 1 фунт стерлингов.77 из Фарнелла

  • Датчик тока на стороне высокого напряжения
  • Буферизованное выходное напряжение (операционный усилитель не требуется)
  • Поддерживается линейность выхода
  • Рабочее напряжение +65 В
  • однонаправленный
  • x20 усиление

LTC2945 от Linear Technologies: 5,87 доллара США напрямую от Linear Technologies (еще не доступно через RS / Farnell)

  • Выход SPI (последовательный вывод данных)
  • Диапазон напряжения 0-80 В постоянного тока
  • Разрешение 12-битного АЦП
  • Выходы: ток и напряжение (12 бит) и мощность (24 бита)
  • 102. 4 мВ полной шкалы на резисторе считывания тока

SFP100 от Sendyne: $ ??

  • Очень широкий диапазон тока от мА до 100 с A
  • Прецизионные 24-битные АЦП
  • Измерение напряжения и температуры
  • Выход через SPI / цифровой

Неинвазивные ИС

LTS-25-NP от LEM: 9,19 £ + НДС от RS

  • Эффект Холла
  • Двусторонний
  • +/- 25A (макс. 80A)
  • Низкий тепловой дрейф (<50 частей на миллион)
  • Точность около +/- 0.7%

ACS756 от Allegro: 4,80 фунта стерлингов + НДС от RS

  • Эффект Холла
  • Устройство инвазивно (не зажимается на проволоке)
  • Двунаправленный
  • +/- 50A
  • Очень низкое сопротивление
  • Напряжение изоляции 3 кВ (среднекв.)
  • Рабочий ток 14 мА — довольно высокий

Операционные усилители

Они используются для усиления сигналов для использования на АЦП микроконтроллера. Существуют тысячи операционных усилителей, это те, которые имеют односторонний источник питания, выход с прямой схемой подключения и малое смещение.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

Информация и указания по применению

  • Проверить каждую ИС в цепи — практические детали и точность
  • Ознакомьтесь с другими текущими вариантами датчиков
  • Изготовление полных конструкций из датчика постоянного тока
  • Посмотрите полную стоимость каждого типа датчика

Измерение тока — Как измерить 10 000 А постоянного тока?

Нет, щупы постоянного тока имеют шкалу значительно выше ± 10 000 А. Никто даже не проверяет Amazon на предмет необходимости в токовом пробнике ± 12000 А постоянного тока до 40 кГц?
Я шучу.Но вы можете полностью купить это на Amazon. А у них в наличии 10. Однако ни один из них не претендует на участие в Amazon Prime :(.

Что бы вы ни делали, не обращайте внимания на всех этих людей, которые говорят вам использовать шунт. Нет, не используйте шунт. В использовании шунта в этом приложении нет абсолютно никаких преимуществ, кроме очень небольшого преимущества в точности измерения и смехотворно огромных недостатков.

Почему шунт — плохая идея:

  1. Любое решение, которое работает путем измерения резистивного напряжения проводника (шунта) и может иметь любое разумное разрешение, также потребует недопустимо большого падения напряжения.Как упоминалось на другом плакате, типичный шунт на 50 мВ рассеивает 500 Вт. Это безответственная трата энергии, когда вы можете измерить ток при потребляемой мощности меньше ватта.

  2. Ему постоянно потребуется собственное активное охлаждение. Таким образом, тратится намного больше энергии, но, что более важно, вы создали единую точку отказа в своей системе распределения электроэнергии. То, что когда-то могло пассивно выдерживать порядка 10 кА, очень быстро выйдет из строя, если в какой-либо момент выйдет из строя охлаждение шунта или снизится производительность, в результате чего шунт расплавится и будет действовать как самый дорогостоящий и самый медленный в мире 10 кА. предохранитель когда-либо делал.

  3. Давайте не будем обманывать себя, нельзя просто случайно подключить шунт на 10 кА последовательно с кабелем емкостью 10 кА, используя зажимы типа «крокодил» и банановые гнезда. Установить такое устройство последовательно с этим кабелем будет нетривиальной задачей, и вы не сможете легко удалить его по прихоти. Я ожидал, что это станет постоянной помехой в вашей системе.

  4. Меня не волнует, передает ли кабель 10 кА при 1 В (по какой-либо причине) — я (и вы сами должны) требовать гальванической развязки в таком измерительном приборе.10 кА — это много тока, и это не может не накапливать ужасающее количество энергии только в магнитном поле.

    Я даже не знаю, каковы размеры провода или шины, способной нести это, но давайте рассмотрим геометрию с относительно низкой индуктивностью: сплошной медный полюс диаметром 2 дюйма. Если это простая прямая линия, это будет иметь индуктивность ~ 728 нГн на метр. При 10 кА этот проводник будет иметь примерно 35 Дж энергии, хранящейся только в его магнитном поле!

    Конечно, на практике он будет намного ниже, так как обратный провод будет рядом, и это, вероятно, будут большие плоские шины, что еще больше снизит индуктивность.

    Но все же — вы должны спланировать использование кабеля на 10 кА, чтобы вызвать серьезные сбои во всем, что к нему подключено, если что-то пойдет не так. Включая (или особенно?) Такие вещи, как плата NI DAQ за 1800 долларов. Существует закон, который можно вывести из закона Мерфи, который гласит, что чем дороже оборудование для сбора данных, тем тщательнее оно будет уничтожено в случае неисправности.

    Я шучу, но вы уловили мою мысль — в этой ситуации нельзя сбрасывать со счетов изоляцию.

Теперь есть одна причина использовать шунт: Точность.

Хотя я ожидал, что некоторые из этих преимуществ ухудшаются из-за ошибок, возникающих из-за эффектов термопары в соединениях, где шунт подключен к фактическим проводникам с током, а также к чувствительным линиям. Дополнительные источники ошибок появятся в картине, если этот ток также не является постоянным.

Но, тем не менее, шунт не будет намного более точным, чем разумное решение, которое я собираюсь предложить.Разница составляет порядка 0,25% (в лучшем случае) против 1% (в худшем случае). Если вы измеряете 10 000 ампер, что такое ± 100 А у друзей?

Итак, в заключение, не используйте шунт.

Я честно не могу придумать вариант хуже шунта . Используйте один из десятков подходящих накладных щупов на эффекте Холла.

Причина, по которой большинство ручных токоизмерительных клещей работают только до 2000 А, заключается в том, что при гораздо большем токе проводник будет слишком большим или необычной формы (например, с широкой и плоской шиной), что потребует от зажима слишком большой, чтобы носить с собой что-либо переносное или ручное.

Но они, безусловно, делают накладные или токовые пробники с диапазоном измерения не только до 10 000 А, но и намного выше него. Так что просто используйте один из них. Они качественные, безопасные, чисто магнитные (работают на эффекте Холла), полностью изолированы и охарактеризованы, чувствительность порядка 0,3 мВ / А.

Что-то вроде токоизмерительного щупа (ранее ссылка на его страницу на Amazon).

И у них есть красивые огромные окна размером от 77 до 150 мм, подходящие для вашей разводки.Если только вы не выбрали что-то более экзотическое … и холодок.

В любом случае, я предполагаю, что ваша кабельная разводка похожа на одно из решений на этой картинке:

Ладно, повеселимся. Быть в безопасности. Надеюсь, ты не суперзлодей.

Измерение токов постоянного тока — Обмен электротехническими стеками

Во-первых: Какого разрешения вы хотите достичь?

Секунда: Прежде чем пытаться изобрести велосипед, посмотрите, насколько качественное измерительное оборудование выполняет свою работу.

Обычно используется шунт малого сопротивления. И когда я сказал «малое разрешение», я имел в виду ~ 100 мОм или меньше. Которая очень маленькая и не должна быть заметной. Чувствительность таких измерений при правильном выполнении очень высока. Цифровой мультиметр Agilent может измерять ток до 100 мкА с помощью 6,5 разряда при сопротивлении 200 Ом. Если вам не нужно 6,5 разряда, сопротивление можно уменьшить. Но 10 мкА в шунте 200 Ом имеют падение напряжения всего 0,2 мВ!

И вы правы в том, что для измерения очень малых и больших токов большой резистор на 200 Ом не подходит.Вот почему у цифрового мультиметра есть диапазоны.

Может быть нескольких видов:

  • Аналоговое усиление: вы используете небольшой шунт (~ 100 мОм) и переключаетесь с одного диапазона на другой, просто изменяя коэффициент усиления входного измерительного дифференциального усилителя на шунтирующем резисторе. Это дает возможность использовать несколько инструментальных дифференциальных усилителей, и когда один из них насыщается, вы смотрите на результат других. Никаких реле, никакой потери данных при переключении диапазонов.Недостаток — шум. В какой-то момент с очень низким током и высоким коэффициентом усиления вы в основном будете измерять шум … Портативный цифровой мультиметр Fluke использует этот метод. Но у некоторых есть другой вход с другим запирающим резистором большего размера для измерения малого тока с меньшим шумом.

  • Диапазон шунтирующего резистора: вы используете реле высокого класса для переключения между различными диапазонами вашей измерительной системы. Мой 6,5-значный цифровой мультиметр Agilent работает именно так. Преимуществом является проблема уменьшения шума, но недостатком является то, что он не может выполнять измерения во всем диапазоне приборов без переключения реле и кратковременного размыкания цепи.

Вот значения шунта, используемые для моего цифрового мультиметра Agilent:

  • 200 Ом для 100 мкА — 1 мА
  • 2 Ом для 10 мА — 100 мА
  • 0,1 Ом для 1 А, 3 А

Но сначала вы должны определить, какое вам требуется разрешение. Это определит количество приращений, необходимых для охвата всего диапазона (или поддиапазона, если используется один из предложенных методов), и, следовательно, количество битов вашего АЦП.

Если вам требуется разрешение 1uA с полным диапазоном 1A, тогда вам понадобится АЦП с 1’000’000 шагов: ~ 20 бит !!! Это очень много! Но если у вас есть диапазоны измерений, у вас может быть более высокое разрешение при низком токе и более низкое разрешение при высоком токе.Таким образом, у требуемого АЦП будет гораздо меньше битов.

Чтобы подробнее ответить на ваш вопрос. Вам следует заменить резисторы 0 Ом на небольшой шунтирующий резистор, который имеет наибольшее значение, которое не мешает работе вашей системы, а затем использовать дифференциальный пробник осциллографа, подключенный прямо к контактам резистора. Дифференциальные пробники могут быть дорогими, но они включают дифференциальный усилитель, который размещается рядом с входными пробниками. Вы можете попробовать поставить стандартный несимметричный пробник на одну площадку резистора, а другой несимметричный пробник — на другую площадку вашего шунта, а затем использовать математические вычисления вашего осциллографа, чтобы увидеть разницу. Это будет очень шумно и может потребоваться некоторая калибровка для уменьшения смещений (особенно, если осциллограф не был недавно откалиброван).

Это даст вам представление о текущем потреблении. Как я уже сказал, я не знаю, какие здесь требования к разрешению или точности.

Не рекомендуется использовать шунт на стороне низкого уровня, если вы измеряете энергопотребление модулей на печатной плате. Хорошая практика EMC / EMI / SI настоятельно рекомендует использовать непрерывные и сильные плоскости заземления.Разделение вашей плоскости GND и установка одноточечного соединения между ними с помощью резистора — плохая идея. потому что обратные токи межмодульной связи будут принудительно протекать через этот резистор и будут соединяться. Это было бы очень плохо с точки зрения целостности сигнала.

Резисторы

— высокоточное измерение постоянного тока

Что мне показалось любопытным, так это то, что легко достичь точности 0,05% для измерения напряжения, а для резисторов чертовски сложно выйти за пределы 1%. Не имеет смысла.

На самом деле все довольно просто;)

Резисторы

с достаточно высоким номиналом могут изготавливаться по пленочной технологии (тонкой или толстой), что очень дешево. Вот почему ваш средний резистор для микросхемы SMD почти ничего не стоит. Детали со сквозным отверстием немного дороже, но ненамного. Высокая точность по низким ценам достигается за счет лазерной обрезки . Впечатляет, если учесть, насколько дешевы эти вещи на самом деле.

Для низких значений сопротивления все усложняется, требуются более толстые пленки, усложняется обрезка, а в сценарии с высокой плотностью тока вырезанная лазером форма концентрирует ток в небольшой части пленки, что снижает нагрузку на импульсную мощность.Если резистор намотан на проволоку, то его нельзя подрезать лазером. Как правило, для резисторов с малыми номиналами доступны менее дешевые / точные варианты изготовления.

Кроме того, начинает иметь значение сопротивление всего, что находится между резистивным элементом и печатной платой (например, заглушки, выводы и т. Д.). И это обычно металл, который неточен и имеет очень плохой температурный коэффициент сопротивления. Например, если вы покупаете резистор с выводами на 0,02 Ом, его значение будет зависеть от того, какова длина выводов после пайки.

Итак, вы говорите:

Четыре силовых резистора на 1 Ом и допуск всего 5% вдвое дороже и как минимум на порядок менее точны.

Вот, например, не дорого. Теперь, очевидно, он имеет огромную температуру +/- 300ppm / ° C, что означает, что при номинальной нагрузке 5 Вт при повышении температуры на 200 ° C в соответствии с таблицей данных, только tempco вызовет дрейф +/- 6%, а это значит, что точность будет чушью.

Таким образом, вы выбрали бы резистор 1%.У него намного лучшая температура (50 ppm / K). К тому же это дорого, так как это больше нишевый продукт.

Если вы хотите 0,1%, у вас проблемы, потому что 0,1% от 1 Ом составляет 1 мОм, а это означает, что заглушки и выводы имеют значение. Таким образом, вы остановились на этом роскошном продукте, который, очевидно, имеет 4 терминала и корпус TO-220, поэтому его можно сохранять прохладным с помощью большого радиатора.

Это в основном спрос и предложение. Токовые резисторы используются довольно часто, но в сценариях, не требующих высокой точности, например, в источниках питания, зарядных устройствах и т. Д.Таким образом, вы можете получить маломощные резисторы для измерения тока, такие как 10-100 мОм, в формате SMD по низким ценам. Но версия с высокой точностью заинтересует немногих клиентов. По этой причине у вас возникают проблемы с приобретением дешевых мощных высокоточных резисторов: люди выбирают силовой резистор, когда он становится горячим. Если жарко, у тебя проблемы с темпко. Следовательно, делать нужно как у всех:

Если ваша потребность в точности связана с необходимостью измерения от 0 до 3 А при сохранении хорошей точности, близкой к нулю, вам нужно больше диапазонов, как в мультиметре.Для малых токов используйте шунтирующий резистор большего номинала.

  • Используйте более низкое значение сопротивления (меньше нагрева), например резистор 0R1.

Для этого требуется усилитель с нижним смещением (или калибровка). Вероятно, это ваш лучший вариант.

  • Используйте 4-проводное определение (устраняет неточности из-за сопротивления клеммы / провода)

Для этого требуются резисторы SMD или особые сквозные резисторы, но это обязательно, если вам нужна точность на резисторе 0R1. Вот некоторые материалы для чтения.ссылка ссылка (вторая довольно интересная!)

  • Требуется меньшая точность при использовании калибровки (но резистор все еще может нагреваться, поэтому вам все равно понадобится низкая температура).

Кроме того, если вам нужен резистор, который: очень точный, с низким дрейфом, высокой рассеиваемой мощностью и т. Д., Возьмите 100 тонкопленочных SMD-резисторов 1% и припаяйте их на двухсторонней плате, которую вы делаете для этой цели, используя один из дешевых китайских магазинов печатных плат за 10 долларов. Разместите доску вертикально, чтобы она охлаждалась воздухом за счет конвекции.Большая площадь поверхности творит чудеса с рассеиванием. Однако правильный макет — это необходимость.

Измерения тока: практическое руководство — NI

Методы измерения тока
Существует два основных способа измерения тока: один основан на электромагнетизме и связан с первым измерителем с подвижной катушкой (д’Арсонваля), а другой основан на основной теории электричества, законе Ома. .

Измеритель / гальванометр Д’Арсонваля
Измеритель Д’Арсонваля — это амперметр, который представляет собой прибор для обнаружения и измерения электрического тока.Это аналоговый электромеханический преобразователь, который производит поворотное отклонение через ограниченную дугу в ответ на электрический ток, протекающий через его катушку.

Форма д’Арсонваля, используемая сегодня, состоит из небольшой вращающейся катушки проволоки в поле постоянного магнита. Катушка прикреплена к тонкой стрелке, пересекающей калиброванную шкалу. Крошечная торсионная пружина переводит катушку и указатель в нулевое положение.

Когда через катушку протекает постоянный ток (DC), катушка создает магнитное поле.Это поле действует против постоянного магнита. Катушка вращается, нажимая на пружину, и перемещает указатель. Стрелка указывает на шкалу, показывающую электрический ток. Тщательная конструкция полюсных наконечников обеспечивает однородность магнитного поля, поэтому угловое отклонение стрелки пропорционально току.

Другие амперметры
По сути, большинство современных амперметров основаны на фундаментальной теории электричества, законе Ома. Современные амперметры — это, по сути, вольтметры с прецизионным резистором, и, используя закон Ома, можно провести точное, но экономичное измерение.

Закон Ома — Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален разности потенциалов (другими словами, падению напряжения или напряжению) в двух точках и обратно пропорционален сопротивление между ними.

Математическое уравнение, описывающее эту связь:

I = V / R

где I — ток в амперах, V — разность потенциалов между двумя интересующими точками в вольтах, а R — параметр цепи, измеряемый в омах (что эквивалентно вольтам на ампер), называемый сопротивлением.

Работа амперметра

— Современные амперметры имеют внутреннее сопротивление для измерения тока через определенный сигнал. Однако, когда внутреннего сопротивления недостаточно для измерения больших токов, необходима внешняя конфигурация.

Для измерения больших токов вы можете разместить прецизионный резистор, называемый шунтом, параллельно измерителю. Большая часть тока проходит через шунт, и лишь небольшая часть протекает через счетчик. Это позволяет измерителю измерять большие токи.

Допускается любой резистор, если максимальный ожидаемый ток, умноженный на сопротивление, не превышает входной диапазон амперметра или устройства сбора данных.

При измерении тока таким способом следует использовать резистор наименьшего номинала, поскольку это создает наименьшие помехи для существующей цепи. Однако меньшее сопротивление приводит к меньшему падению напряжения, поэтому вы должны найти компромисс между разрешением и помехами в цепи.

На рисунке 2 показана общая схема измерения тока через шунтирующий резистор.

Рисунок 2. Подключение шунтирующего резистора к измерительному устройству

При таком подходе ток фактически направляется не на плату амперметра / сбора данных, а через внешний шунтирующий резистор. Максимальный ток, который вы можете измерить, теоретически безграничен, при условии, что падение напряжения на шунтирующем резисторе не превышает рабочий диапазон напряжения платы амперметра / сбора данных.

Токовые условные обозначения

Обычные токи
Обычные токи — это измерения тока, обычно используемые в современной электронике, электрических схемах, линиях передачи и т. Д.Они не соответствуют стандарту передачи и могут варьироваться от нуля до больших значений силы тока.

Токовые петли / 4–20 мА Условные обозначения
Аналоговые токовые петли используются для любых целей, когда требуется дистанционное наблюдение или управление устройством по паре проводов. Одновременно может присутствовать только один текущий уровень.

«Токовая петля от 4 до 20 мА» или 4–20 мА — это стандарт аналоговой передачи электроэнергии для промышленных измерительных приборов и средств связи.Сигнал представляет собой токовую петлю, где 4 мА представляет сигнал нулевого процента, а 20 мА представляет собой сигнал 100 процентов. [1] «МА» означает миллиампер или 1/1000 ампера.

«Живой ноль» при 4 мА позволяет приемному оборудованию различать нулевой сигнал и обрыв провода или неисправный прибор. [1] Этот стандарт, разработанный в 1950-х годах, до сих пор широко используется в промышленности. Преимущества условного обозначения 4–20 мА включают широкое использование производителями, относительно низкую стоимость внедрения и его способность подавлять многие формы электрических шумов.Кроме того, с живым нулем вы можете напрямую запитывать маломощные приборы от контура, что позволяет сэкономить на дополнительных проводах.

Соображения по точности
Размещение шунтирующего резистора в цепи важно. Если внешняя цепь имеет общее заземление с компьютером, на котором установлена ​​плата амперметра / сбора данных, вам следует разместить шунтирующий резистор как можно ближе к заземляющей ветви цепи. В противном случае синфазное напряжение, создаваемое шунтирующим резистором, может выходить за пределы спецификации для платы амперметра / сбора данных, что может привести к неточным показаниям или даже к повреждению платы.На рисунке 3 показано правильное и неправильное размещение шунтирующего резистора.

Рисунок 3. Размещение шунтирующего резистора

Измерения устройства сбора данных
Существует три различных метода измерения аналоговых входов. Пожалуйста, обратитесь к статье «Как произвести измерение напряжения» для получения дополнительной информации по каждой конфигурации.

В качестве примера рассмотрим систему сбора данных NI CompactDAQ USB. На рисунке 4 показано шасси NI cDAQ-9178 и модуль аналогового ввода тока NI 9203.NI 9203 не требует внешнего шунтирующего резистора из-за наличия внутреннего прецизионного резистора.

Рисунок 4. Шасси NI cDAQ-9178 и модуль аналогового ввода тока NI 9203

На рисунке 5 показана схема подключения для измерения эталонного несимметричного тока (RSE) с использованием шасси NI cDAQ-9178 с NI 9203, а также расположение выводов модуля. На рисунке контакт 0 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 9 соответствует общей земле.


Рисунок 5. Измерение тока в конфигурации RSE

В дополнение к NI 9203, модули аналогового ввода общего назначения, такие как NI 9205, могут обеспечивать функциональные возможности ввода тока с использованием внешнего шунтирующего резистора.

Как увидеть свое измерение: NI LabVIEW
После того, как вы подключили датчик к измерительному прибору, вы можете использовать программное обеспечение графического программирования LabVIEW для визуализации и анализа данных по мере необходимости.

Рисунок 6. LabVIEW Current Measurement

Источники
Болтон, Уильям (2004). КИПиА. Эльзевир. ISBN 0750664320.

Как использовать амперметр для измерения тока | Основные концепции и испытательное оборудование

Детали и материалы
  • Аккумулятор 6 В
  • Лампа накаливания 6 В

Предполагается, что с этого момента будут доступны основные компоненты конструкции схемы, такие как макетная плата, клеммная колодка и перемычки, при этом в разделе «Детали и материалы» останутся только компоненты и материалы, уникальные для проекта.

Дополнительная литература

Уроки электрических цепей , том 1, глава 1: «Основные концепции электричества»

Уроки электрических цепей , том 1, глава 8: «Схемы измерения постоянного тока»

Цели обучения использованию амперметра
  • Как измерить ток мультиметром
  • Как проверить внутренний предохранитель мультиметра
  • Выбор подходящего диапазона расходомера

Схема амперметра

Амперметр Иллюстрация

Инструкции по эксперименту

Ток — это мера скорости потока электронов в цепи. Он измеряется в амперах, называемых просто «ампер» (А).

Самый распространенный способ измерения тока в цепи — это разомкнуть цепь и вставить «амперметр» в цепь , серия (в линию) со схемой, чтобы все электроны, протекающие по цепи, также прошли через измеритель. .

Поскольку для измерения тока таким образом требуется, чтобы измеритель был частью цепи, это более сложный тип измерения, чем измерение напряжения или сопротивления.

Некоторые цифровые измерители, такие как устройство, показанное на рисунке, имеют отдельное гнездо для вставки красного штекера измерительного провода при измерении тока.

В других измерителях, как и в большинстве недорогих аналоговых измерителей, используются те же гнезда для измерения напряжения, сопротивления и тока.

Подробную информацию об измерении тока см. В руководстве пользователя конкретной модели счетчика, которым вы владеете.

Когда амперметр включен последовательно со схемой, в идеале он не падает, когда через него проходит ток.

Другими словами, он действует как кусок провода, с очень небольшим сопротивлением от одного щупа к другому.

Следовательно, амперметр будет действовать как короткое замыкание, если он будет размещен параллельно (через выводы) значительного источника напряжения. Если это будет сделано, произойдет скачок тока, который может повредить счетчик:

Использование предохранителя в цепи
Амперметры

обычно защищены от чрезмерного тока с помощью небольшого предохранителя , расположенного внутри корпуса счетчика.

Если амперметр случайно подключен к источнику значительного напряжения, возникающий в результате скачок тока «сожжет» предохранитель и сделает измеритель неспособным измерять ток до тех пор, пока предохранитель не будет заменен.

Будьте очень осторожны, чтобы избежать этого сценария! Вы можете проверить состояние предохранителя мультиметра, переключив его в режим сопротивления и измерив непрерывность через измерительные провода (и через предохранитель).

На измерителе, в котором для измерения сопротивления и тока используются одни и те же гнезда измерительных проводов, просто оставьте штекеры измерительных проводов на месте и соедините два щупа вместе.

В мультиметр, где используются разные гнезда, вот как вы вставляете штекеры тестовых проводов, чтобы проверить предохранитель:

Создайте схему с одной батареей и одной лампой, используя перемычки для подключения батареи к лампе, и убедитесь, что лампа загорается, прежде чем подключать измеритель к ней последовательно.

Затем разомкните цепь в любой точке и подключите щупы измерителя к двум точкам разрыва для измерения тока.

Как обычно, если ваш измеритель измеряется вручную, начните с выбора самого высокого диапазона для тока, затем переместите селекторный переключатель в положение меньшего диапазона, пока на дисплее измерителя не будет достигнута самая сильная индикация без выхода за пределы диапазона.Если индикатор глюкометра показывает «назад» (движение влево на аналоговой стрелке или отрицательное значение на цифровом дисплее), поменяйте местами подключения измерительного щупа и попробуйте снова.

Когда амперметр показывает нормальные показания (не «в обратном направлении»), электроны входят в черный измерительный провод и выходят из красного.

Так вы определяете направление тока с помощью измерителя.

Для 6-вольтового аккумулятора и фонарика ток в цепи будет в пределах тысячных ампер, или миллиампер .

Цифровые измерители часто показывают маленькую букву «м» в правой части дисплея, чтобы указать этот метрический префикс.

Попробуйте разомкнуть цепь в другом месте и вместо этого вставить туда измеритель. Что вы замечаете о величине измеренного тока? Как вы думаете, почему это так?

Восстановите схему на макетной плате следующим образом:

Подключение амперметра к схеме макетной платы: советы и хитрости

Студенты часто путаются при подключении амперметра к макетной плате.

Как можно подключить счетчик, чтобы улавливать весь ток цепи и не создавать короткого замыкания? Вот один простой метод, который гарантирует успех:

  • Определите, через какой провод или клемму компонента вы хотите измерить ток.
  • Вытяните этот провод или клемму из отверстия в макете. Оставьте его висеть в воздухе.
  • Вставьте запасной кусок провода в отверстие, из которого вы только что вытащили другой провод или клемму. Оставьте другой конец этого провода висеть в воздухе.
  • Подключите амперметр между двумя неподключенными концами провода (двумя, которые висели в воздухе). Теперь вы уверены, что измеряет ток через первоначально идентифицированный провод или клемму.

Опять же, измерьте ток через разные провода в этой цепи, следуя той же процедуре подключения, которая описана выше.

Что вы заметили в этих измерениях тока? Результаты в схеме макетной платы должны быть такими же, как результаты в схеме произвольной формы (без макета).

Результаты эксперимента

Построение той же цепи на клеммной колодке также должно дать аналогичные результаты:

Текущее значение 24,70 мА (24,70 мА), показанное на иллюстрациях, является произвольной величиной, приемлемой для небольшой лампы накаливания.

Если ток в вашей цепи имеет другое значение, это нормально, пока лампа работает при подключенном измерителе.

Если лампа не загорается, когда счетчик подключен к цепи, и счетчик регистрирует намного большее значение, возможно, у вас короткое замыкание в измерителе.

Если ваша лампа не загорается, когда счетчик подключен к цепи, и счетчик регистрирует нулевой ток, вы, вероятно, перегорели предохранитель внутри счетчика.

Проверьте состояние предохранителя измерителя, как описано ранее в этом разделе, и при необходимости замените предохранитель.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *