Замер напряжения: Измеритель постоянного напряжения: прибор для измерения

Содержание

Замер сетевого напряжения | Электроника для всех

Иногда нужно измерять амплитуду сетевого напряжения, или частоту или еще какие параметры. Вот как у меня тут — перед включением компрессорной установки надо убедиться, что напряжение в сети не ниже номинальной. Иначе движок не стартанет, а вентили могут не встать в нужное положение. Главная сложность тут в том, что крайне желательно иметь гальваническую развязку от сетевого напряжения. Т.е. напрямую измерять сетевую напругу через простой делитель может быть черевато.

▌Измерить толщину сиськи
Изначально в проекте было заложено вот такое решение:

На резистора гасится большая часть напряжения, стабилитрон стоит тут больше для подстраховки и в качестве обратного диода для противоположной полуволны. На деле он не особо нужен.

Ну, а дальше все просто. У оптопары h21L1M внутри стоит триггер Шмитта, т.е. есть некоторый гистерезис на включение и выключение. Включается он при токе через его светодиод примерно в 1мА, а выключается на токе 0.

8мА.

Если посмотреть осциллограмму тока на светодиоде, сняв ее с резистора R35, то увидим такую картину для 220 вольт:


Разрешение 50мВ на деление, триггер стоит на 80мВ по спаду.

Включаться он должен на 100мВ, а выключаться на 80мВ, что будет 1мА и 0.8мА соответственно. Курсорами выделены моменты включения и выключения. Разница по времени, dx = 8.38ms

Если снизить напряжение до 110 вольт, то:

dx уменьшится до 6.94ms т.е. А что такое миллисекунда для микроконтроллера тикающего на мегагерцовых частотах? Да колоссальная величина! Замерить ее точно таймером в режие захвата не составляет проблем. Дальше сунуть в память таблицу соответствия и, казалось бы, все круто? Да, но не совсем…

Решение дешевое, простое. Но не слишком точное. А в ряде случаев его вообще не получится применить.

Вся проблема в том, что длительность у нас от амплитуды зависит косвенно. В идеальном мире оно бы проканало, но современные сети, особенно промышленные, сильно засраны разными импульсными потребителями.

Вроде всяких там, сварочников, инверторов, мощных приводов и прочего. Что искажает форму синуса. Делая его вообще каким-то непотребным. А если это не синус, а херня какая-то, то все эти наши красивые построения основанные на таймингах пролетают. Во-первых, точность падает катастрофически, а она изначально была так себе. Во-вторых, калибровать придется каждый раз под новую сеть, раз и навсегда таблицы в память не забить. Ну и форма синуса зависит вовсе не от вас, а от ООО «Сварщик каннибал» расположенную в соседнем цехе.

Так что 220 вольт от 110 вы еще отличите, а вот о точности хотя бы до 5 вольт можно позабыть. Но в некоторых случаях большего и не требуется.

Мне же внезапно потребовалось. Поэтому начинаем переделывать исходный проект, доставшийся мне от предшественника.

Первая мысль была поставить на горячей стороне преобразователь напряжения в частоту, просунув его через ту же оптопару. Но его надо было чем то питать на горячей стороне. Ставить конденсаторный источник вообще не хотелось.

Можно было бы, конечно, сунуть мелкий модуль 220AC-5DC на обратноходовике, вроде TSP-05. Есть на Али, стоит недорого.

Надо на этот модуль обзор не полениться сделать. Классная штука для питания всякой маломощной шняги от 220 вольт. Но получалось бы довольно громоздко. Считай питальник, потом ПНЧ, оптика…

▌Трансформатор
Второй мыслью был обычный трансформатор. Купить самый маленький силовой транс какой можно найти и на вторичке измерять напряжение. Спросил у Элемента, что у них есть такого рода — подобрали ТПК-2.

В принципе пригодно, но нашлось решение лучше.

Китаезы продают отличную штуку. Измерительный трансформатор ZMPT107.

Крошечная фитюлька размером с бульонный кубик. Держит до 3кВ на пробой, соотношение витков 1:1, но это трансформатор тока 2мА:2мА. То есть мы подаем ему на вход ток и снимаем ток. Ток на входе задается просто резистором последовательно, а для получения напряжения на выходе тоже применяется резистор, параллельно.

Т.е. схема примерно выглядит так:

R1 подбирается таким, чтобы ток через обмотку не превысил 2мА, максимум он держит 10мА, но после 2мА теряется линейность и на выходе будет невесть что. Напряжение у нас 220-250 вольт, берем по верхней планке. Но это действующее, а нам нужно амплитудное. Т.е. умножаем 250 на корень из 2, чтобы получить амплитудное. 250*1.41 = 353,5 вольта. Получаем, что первое сопротивление должно быть 180 кОм.

Напряжение микроконтроллера у меня 5 вольт, поэтому резистор R2 нужен такой, чтобы на 2мА на нем было примерно 4.5 вольта, пол вольта оставляем еще в запас. Это будет примерно 2.2кОм.

Все, на выходе амплитуда теперь в районе 5 вольт, но вот засада. Она переменная. А нам нужны измерения 0…5 вольт. Что делать? Выпрямлять.

▌Дайте мне диод!

Можно поставить диод, он срежет отрицательную полуволну. Но тут есть одна тонкость. Если просто в лоб поставить диод перед нагрузочным резистором:

То на обратной полуволне получается, что мы будем обрывать трансформатор тока, а что получается при обрыве источника тока? Правильно — бешеное напряжение. Ведь он будет изо всех сил пытаться продавить свои 2мА через ОГРОМНОЕ обратное сопротивление диода. В результате на диоде D1 высадится такое напряжение, что и пробить недолго. В таком включении ставить только мост или обратный диод D2, чтобы у тока всегда были пути на обратной полуволне.

Но это будет уже два диода. А зачем нам лишний полупроводник в схеме? Поэтому проще оставить параллельный резистор и после выпрямлять уже снятое напряжение.

Чтобы система работала, нужен еще один резистор. Дело в том, что у АЦП входное сопротивление ну очень большое, сравнимое с обратным включением диода, так что диод работать не будет, ему надо чтобы ток шел. Поэтому ставим второй резюк на 100кОм и с него уже снимаем наш сигнал.

Есть тут правда пара недостатков. Дело в том, что у нас у диода есть свое собственное падение, так что часть амплитуды мы на нем потеряем. Но это ерунда, мы же ее всегда можем скорректировать резистором, чуток приподняв. Хуже то, что у диода характеристика нелинейная, что вносит искажения.

Смотрите внимательней, синий это исходный синус с транса, а желтый это положительная полуволна с диода. От нулевой точки синус идет как и положено синусу, а вот диодная полуволна нарастает с заметной такой экспоненциальной кривизной и не доходит на величину падения на диоде (0.7 вольт примерно для 1N4148, что стоит у меня).

Экспонента берется из ВАХ диода

Мне, в моем проекте, это не сильно критично. НУ будет там возле нуля какая то кривуля, не важно.

▌Ваш диод говно, вы за кого меня принимаете? Дайте мне идеальный диод!


Но если бы было критично, то я бы сгородил идеальный диод. Делается он из диода и операционника. Схем много разных, первая что пришла в голову была такой.

Работает она просто.

Усилитель с отрицательной обратной связью, так что считаем что его входы закорочены между собой (виртуальное КЗ).

На положительной полуволне ток Iin=Uвх/R3 со входа как бы течет в землю через резистор R3. Но поскольку на самом деле никакого КЗ там нет, более того через входы ОУ ничего не втекает и не вытекает (ну почти, там ничтожный мизер в реале). То ток текущий через R3 равный Iin

будет совершенно равен Iout который из выхода ОУ течет через R3 в землю. Образуя падение напряжения Uвых прямо пропорционально этому току через резистор. Т.е. Uвых = Iin*R3 = Uвх Без каких либо искажений.

На отрицательной полуволне ОУ попытается через обратную связь просадить свой инверсный выход ниже нуля, чтобы сравнять его с прямым. Но диод забитый туда не даст ему это сделать. Через R3 не потечет ток, а нет тока нет и напряжения. На выходе 0.

Вот такая вот незатейливая схема. Работает на двуполярном и однополярном питании.

Единственное, что для однополярного питания нужно брать усилок во-первых, строго однополярного питания (Single-supply) при этом способный принимать отрицательные значения на входах (Input Common-Mode Voltage Range), а во-вторых, с rail-2-rail выходом, иначе посрезает верхушки.

Т.е. ширпотреб вроде LM358 не прокатит, а что то вроде AD823 в самый раз. Для двуполярного питания же подойдет любой ширпотреб, ну может rail-2-rail будет не лишним, но опять же от напряжения питания зависит и требуемых уровней. Если не нужен полный размах от плюса до минуса питания, то ставим любое говно за три копейки и не паримся.

▌Нет! Засуньте вы этот диод знаете куда…

Второй вариант включения, немного получше, нет диода:

Тут включается напрямую в операционник. Соотношение резисторов точно такое же как и в первом варианте. Трансформатор закорачивается на виртуальную землю, а ток который там течет течет через резистор ОС. Но так как у нас питание однополярное, то нижняя полуволна просто зарывается в грунт. Требования к операционнику те же самые, что и в прошлой схеме. Rail-2-Rail и Single Supply.

▌Эй эй, зачем столько негатива? Будь на позитиве, бро!
Ну и третий вариант включения. Тут даже операционник не нужен, мы не выпрямляем и не срезаем нижнюю полуволну, а добавляем к ней постоянную составляющую. Закинув наш транс на середину делителя напряжения. Резистор на вторичке надо подобрать так, чтобы амплитуда не вылезала за напряжение питания и не проваливалась ниже его.

Результат выглядит примерно так:

Первый канал с выхода схемы, а второй канал зацеплен на середину делителя. Там будет точно ноль нашего сигнала.

▌А что Титов Китай?
Ну и для всяких ардуинщиков, не умеющих паять, есть готовый модуль.

Там же не али можно взять. Стоит не дорого, на нем схема с поднятием нуля на LM358 и можно еще амплитуду подкрутить переменником. Схемотехника там примерно следующая:

Но это не точно.

Вот что он выдает у меня в мастерской с сети:

Когда сети нет, то на выходе постоянка в 2.5 вольта. А появление сети дает вот такую синусоиду с центром 2.5 и размахом от 1 до 4 вольт. Подстроечником можно менять амплитуду сигнала, но это вот максимум. Выше уже начинаются искажения — срезает вершину.

И библотечка дуриковсякая для него на гитхабе.

Вот такие вот относительно простые варианты замерить сеть и не потерять гальваническую развязку.

Центр диагностики | Информация о шинах CAN | Значения

Центр диагностики | Информация о шинах CAN | Значения | Напряжение линий CAN High и CAN Low
Содержание

Максимальные напряжения шины CAN

Максимальные напряжения — это самое высокое среднее напряжение с последней холодной загрузки.

Примечание. Холодная загрузка выполняется после того, как дисплей выключен в течение 24 часов или после отсоединения некоммутируемого питания от дисплея.

Максимальное напряжение линий CAN High и CAN Low обычно должны находиться в пределах от 1,7 до 3,3 В. Измерение напряжения усредняется каждую секунду.

Поскольку мультиметры обычно показывают среднее напряжение, не сравнивайте показания мультиметра с этими значениями.

 

Измерение напряжения с помощью мультиметра

Напряжение линии CAN High

Это значение обычно должно находиться в пределах от 2,5 до 3,5 В. При измерении на работающей машине оно обычно находится в диапазоне от 2,7 до 3,3 В.

Напряжение линии CAN Low

Это значение обычно должно находиться в пределах от 1,5 до 2,5 В. При измерении на работающей машине оно обычно находится в диапазоне от 1,7 до 2,3 В.

 

Поиск и устранение неисправностей

Если напряжения выходят за пределы указанных диапазонов, измерьте сопротивление между линиями CAN High и CAN Low с помощью мультиметра.

Сопротивление:

60 Ом

Оба согласующих резистора работают должным образом.

120 Ом

Один согласующий резистор на шине CAN не работает должным образом.

0 Ом или

не определено

Оба согласующих резистора на шине CAN не работают должным образом.

Вследствие быстрого изменения напряжения мультиметр не будет показывать ни постоянного, ни точного напряжения на линиях CAN High и CAN Low. Чтобы увидеть точные изменения в шине CAN, необходимо использовать осциллограф.

Вольтметр. Измерение напряжения

Для измерения напряжения используют вольтметр. Вольтметр внешне похож на амперметр, но, в цепь он включается иначе.

Поскольку напряжение может существовать только между какими-то точками, для включения вольтметра в цепь используют параллельное подключение. Как и у амперметра, у вольтметра есть две клеммы, одна из которых помечена знаком «+». Эту клемму следует соединять с положительным полюсом, чтобы прибор работал правильно.

Напряжение, как таковое не может существовать в одной точке, поскольку теряется смысл самого понятия «напряжение». Поэтому когда мы говорим о напряжении на участке цепи, мы имеем ввиду, напряжение между двумя конкретными точками. Чтобы измерить напряжение между полюсами источника, клеммы подключают непосредственно к источнику. Так, если подключить вольтметр к полюсам стандартной пальчиковой батарейки, мы увидим, что напряжение составляет от одного до полутора вольт.

Упражнения.

Задача 1. На рисунке показана цепь, в которой ток в лампочке измеряется с помощью амперметра. В цепь включается вольтметр так, как показано на рисунке. Амперметр показывает 500 мА, а вольтметр — 5 В. Что покажут приборы при нажатии на включатель?

При нажатии на выключатель, лампочка будет выключена из цепи, т.е. по ней перестанет проходить ток. Поэтому амперметр покажет 0 А. Вольтметр же измеряет напряжение между полюсами источника, а выключение лампочки на это напряжение никак не влияет. Поэтому вольтметр по-прежнему будет показывать 5 В.

Задача 2.  Одна клемма вольтметра подключена к выключателю. Вольтметр показывает 12 В. Что будет показывать вольтметр при нажатии на выключатель?

Конечно, он будет показывать 0 В, потому что при нажатии на выключатель, подключенная к нему клемма тоже выключится из цепи, и фактически, вольтметр не будет подключен.

Задача 3.  У вас есть рубильник, с помощью которого вы можете контролировать силу тока в цепи. У рубильника есть 5 положений: 0, 1, 2, 3 и 4 А. К цепи подключена лампочка и вольтметр. На данный момент напряжение составляет 4 В, а ток — 2 А. Сможете ли вы поддерживать постоянную яркость лампочки, если напряжение может увеличиться вдвое, уменьшиться в полтора раза или уменьшиться на 2 В?

Нужно подумать, от чего зависит яркость лампочки. Мы уже говорили, что яркость лампочки менялась при скачках напряжения из-за того, что ток совершал различную работу. Но, в данной ситуации у нас есть возможность изменять силу тока. Значит, надо попытаться изменениями силы тока компенсировать изменения напряжения, чтобы работа тока была постоянной. Именно в этом и состоит вопрос в нашей задаче: сможем ли мы удерживать работу постоянной.

Измерения напряжения. Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний]

Читайте также

Уровни и регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности

Уровни и регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности Вопрос. Какие требования предъявляются к устройствам регулирования напряжения?Ответ. Они должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах напряжением 3-20 кВ электростанций и подстанций, к которым

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения Вопрос. Что входит в объем испытаний измерительных ТН?Ответ. В объем испытаний входит: для электромагнитных ТН:измерение сопротивления изоляции обмоток;испытание повышенным напряжением частоты 50 Гц;измерение сопротивления

Защита генераторов, работающих непосредственно на сборные шины генераторного напряжения

Защита генераторов, работающих непосредственно на сборные шины генераторного напряжения Вопрос. От каких видов повреждений предусматриваются устройства РЗ для генераторов мощностью более 1 МВт напряжением выше 1 кВ?Ответ. Предусматриваются устройства РЗ от следующих

Автоматическое регулирование возбуждения, напряжения и реактивной мощности

Автоматическое регулирование возбуждения, напряжения и реактивной мощности Вопрос. Для каких целей предназначаются системы и устройства автоматического регулирования возбуждения, напряжения и реактивной мощности?Ответ. Предназначаются для:поддержания необходимых

Автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН)

Автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН) Вопрос. Для каких целей предназначены устройства АОСН?Ответ. Предназначены для предотвращения снижения напряжения в узлах энергосистемы в послеаварийных режимах до значения, опасного по условиям устойчивости

Автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН)

Автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН) Вопрос. Для каких целей предназначены устройства АОПН?Ответ. Предназначены для ограничения длительности повышения напряжения на электрооборудовании энергосистемы, вызванного односторонним отключением линий

3.8. Датчик пропадания сетевого напряжения со звуковой индикацией состояния

3.8. Датчик пропадания сетевого напряжения со звуковой индикацией состояния Рассмотрим простое в построении устройство датчика отключения электроэнергии со звуковым сигнализатором состояния, электрическая схема которого представлена на рис. 3.13. Устройство

Делитель напряжения

Делитель напряжения Делитель напряжения представляет собой простой, но очень важный элемент схемы. Его использование позволяет состыковать большинство резистивных сенсорных датчиков с входом компаратора. Опорное напряжение получается также с помощью делителя

9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ДО 1000 В)

9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ДО 1000 В) В данном разделе приведены указания по ремонту следующих групп аппаратов общепромышленного назначения напряжением до 1000 В: рубильники и переключатели, автоматические воздушные выключатели,

10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВЫШЕ 1000 В) И СИЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВЫШЕ 1000 В) И СИЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В данном разделе приведены нормативы и указания по ремонту следующих аппаратов высокого напряжения и силовых преобразователей: выключатели масляные, воздушные и электромагнитные;

1.

8.18. Измерительные трансформаторы напряжения

1.8.18. Измерительные трансформаторы напряжения Вопрос 76. Какими должны быть измеренные значения сопротивления изоляции электромагнитных трансформаторов напряжения?Ответ. Эти значения должны быть не менее приведенных в табл. 1.8.15 (п. 1.1).Таблица 1.8.15Сопротивление изоляции

Глава 24 Гравитация и упругие напряжения

Глава 24 Гравитация и упругие напряжения Наиболее подробно, данная тема раскрыта в работах Ю.Г. Белостоцкого, Санкт – Петербург. Мы были с ним знакомы по конференциям, и я проводил ряд экспериментов по его методике в 1996–1998 годах.Белостоцкий писал в книге «Что такое время?»

45. Измерение сил, моментов и напряжения

45.  Измерение сил, моментов и напряжения Общие методы измерения этих величин следующие.1. Измерение проводится непосредственно путем обеспечения прямого контакта прибора с измеряемой величиной.2. Измеряют деформации (в детали или в ее модели), после пересчитывают

Медицинские измерения

Медицинские измерения В медицине измеряют множество разных величин, например концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания),

6.4.2. АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

6.4.2. АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Выключатели высокого напряжения. Выключатель является одним из основных видов ЭА, обеспечивающих включение и отключение электрических цепей с различными токами, в том числе токами перегрузки и коротких замыканий. В начале XX в. появились

Измерение напряжения, силы тока и сопротивления » Паятель.Ру


При ремонте или налаживании электронной техники невозможно обойтись без измерений силы тока, напряжения, сопротивления, а так же других электрических величин, от которых зависит работа схемы или прибора.
Наиболее часто приходится измерять постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления. Сейчас самый популярный прибор, — цифровой мультиметр (типа М-838 или аналогичный).


Недорогой прибор, обычно китайского производства, позволяющий измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный ток, сопротивление, а так же проверять диоды и маломощные транзисторы. У некоторых моделей есть «прозвонка» (пищит, когда щупы замкнуты), а более дорогие могут, кроме всего прочего, измерять емкости конденсаторов, частоту электрических колебаний и быть источником импульсов (генератором), частотой около 1 кГц.

Мало владеть прибором, необходимо еще и уметь им пользоваться, да так, чтобы не повредить прибор или объект измерения.

Точность измерения.

Измерить электрическую величину, и вообще любую величину, с абсолютной точностью невозможно. Всегда существует погрешность, зависящая как от самого измерительного прибора, так и от человека, проводящего измерение. Например, точность измерения сильно зависит от правильности выбора предела измерения Допустим, в какой-то цепи есть напряжение 2,9875V. Если вы пользуетесь мультиметром (цифровым прибором), чтобы получить наиболее точный результат измерения, нужно, в данном случае, выбрать предел 20V. Из этом пределе мультиметр покажет 2.98V.

Если же вы выберете предел «200V», прибор покажет «2,9V». В стрелочных приборах предел измерения необходимо выбирать так. чтобы предполагаемое значение было где-то в 30-градус-ном секторе в центре шкалы. Именно здесь точность индикации наибольшая. А самая худшая, — в начале или в конце шкалы.

Но это ещё не все «прелести» стрелочных приборов, — считывание показаний зависит от угла зрения, под которым человек смотрит на шкалу прибора. Стрелка находится на некотором расстоянии над шкалой, и смещение угла зрения относительно перпендикуляра к плоскости шкалы приводит к кажущемуся смещению стрелки относительно шкалы.

Выше сказанное относится к точности считывания показаний прибора. Но на сколько показания соответствуют действительности? На этот вопрос может ответить класс точности прибора.

Измерительные приборы делятся на семь классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (кроме особых случаев, когда требуются сверхточные измерения). Эти числа показывают какую погрешность допускает прибор, в процентах от выбранного предела измерения. Недорогие приборы, типа мультиметра М-838, обычно, не дают погрешность меньше класса 1,0. А погрешность китайских стрелочных мультитестеров вообще вне всяких классов (реально более 10-15%). Таким образом, если ваш мультиметр соответствует классу точности 1,0, то на пределе «20V» он может ошибаться не более чем на 0,2V (20/100*1,0=0,2).

Кроме класса точности прибора и правильности выбора предела измерения, на результат измерения оказывает влияние и такой показатель, как внутреннее (или входное) сопротивление. Но об этом позже.

Измерение постоянного напряжения. При измерении напряжения; вольтметр или мультиметр; предварительно переключенный на измерение постоянного напряжения (DCV), подключают параллельно источнику напряжения, которое нужно измерить.

Предположим, нужно измерить напряжение на резисторе R2 (рис. 1). Для этого мультиметр М мы подключаем параллельно резистору R2.

Полярность измеряемого постоянного напряжения мультиметр показывает относительно своего гнезда «СОМ». То есть, в схеме на рис. 1, щуп, идущий от гнезда СОМ подсоединен к минусу измеряемого напряжения, а второй щуп (V) — к плюсу. Таким образом, напряжение на щупе V относительно щупа СОМ будет положительным. Если щупы поменять местами или перевернуть «батарейку» G1, напряжение на щупе V относительно щупа СОМ будет отрицательным, и на табло мультиметра перед числом-результатом измерения появится значок «-».

Как видите, чтобы измерить напряжение нужно знать две точки, между которыми есть искомое напряжение. Когда говорят, что нужно измерить напряжение на резисторе, конденсаторе или каком-то другом объекте, имеющим два выгода, все понятно, — один щуп подключаем к одному выводу, а второй -к другому.

Но как быть, если требуется измерить напряжение в точке «А», или на коллекторе VT1 (рис. 2)?

Здесь следует знать, что если нигде не говорится относительно чего нужно измерять напряжение в данной точке, его всегда измеряют относительно общего провода. Таким образом, щуп «СОМ» мультиметра подключаем к общему проводу схемы, а второй щуп — к точке, в которой требуется измерить напряжение, в данном случае к коллектору VT1 (рис. 2).

Если же сказано, что напряжение на коллекторе VT1 нужно измерить относительно его эмиттера, то прибор нужно подключать, соответственно, между эмиттером и коллектором транзистора (рис. 3).

Поэтому, прежде чем начинать измерять напряжения в схеме, нужно разобраться относительно чего это делать. И подключить «СОМ» мультиметра к тому самому месту, относительно которого нужно измерить напряжение.

Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением, которое в определенных случаях может оказывать очень существенное влияние на результат измерения. Может быть даже так, что при подключении вольтметра с недостаточно большим внутренним (входным) сопротивлением схема вообще перестанет работать или её характеристики сильно изменятся.

Чтобы понять, почему входное сопротивление вольтметра должно быть как можно больше, обратимся к рисунку 4. Предположим, есть делитель напряжения на двух одинаковых резисторах по 100 кОм каждый. Значит, напряжение на резисторе R2 (U2), согласно формуле U1/U2=(R1+R2)/R2, будет равно половине напряжения источника питания G1 (U1), то есть 4,5V.

Для контроля и измерения напряжения электрической цепи используются датчики постоянного, переменного и импульсного тока. Датчики тока могут иметь разный принцип работы, у них есть свои преимущества и недостатки, поэтому рекомендуется подбирать такой датчик, учитывая область его применения.

напряжение

Для простоты разговор пойдет с применением конкретных значений питания и потребления. В качестве элементов питания возьмем обычные гальванические элементы. Основные параметры такого элемента — это указанное на его корпусе напряжение, например, 1,5В, а также его емкость, которую обычно не указывают. Но в паспортах производителей можно найти и ее значение. В основном, это где-то в районе 0,15Ач (Ампер-часов). Теперь о том, что все это означает. С напряжением обычно все всем понятно. Например, если вы имеете некую лампочку, на корпусе которой написано «4,5В», а в вашем арсенале имеются батарейки с напряжением питания 1,5В, то, соединив их последовательно, подобно рис.6а (плюс первого источника с минусом второго и далее плюсовой выход второго с минусовым выводом третьего) можно получить суммарное напряжение величиною в 4,5В, которое необходимо для работы выбранной лампочки. С подключением тоже как бы понятно — один ее вывод на минус первой батарейки, второй е конец — на плюс последней. Но обычно несведущих людей интересует вопрос о том, насколько долго хватит ее работы. Вот тут-то и надо воспользоваться таким ее параметром, как емкость. Причем в совокупе с таким параметром лампочки, как ток(а не напряжение) потребления. Если внимательно посмотреть на лампочку карманного фонарика, то кроме указанного на ней напряжения можно заметить и указанный ток потребления. Например, это 0,3А. Кстати, мощность лампочки — это произведение ее напряжения на ее ток. Т.е. получим P = U*I = 4,5B*0,3A = 1,35Вт. А время работы лампы связано с током ее потребления и так называемой емкости питающего элемента. И если емкость питающего элемента, скажем, составляет 0,15Ач, то это означает, что при токе потребления нагрузкой тока 0,015Ампер батарея непрерывно»продержится» 10часов (т.е. 10часов, умноженные на 0,015Ампер = 0,15Ампер-часов). Таким образом, под емкостью подразумевается непрерывный (именно непрерывный, а не суммарный «время от времени») 10-часовой разряд батареи до некоторого ее минимального нормального напряжения. Например, до 1,2В в рассматриваемом случае. Однако, если ее нагрузить током величиною в 0,15А, то один час она не проработает, хотя 1час, умноженный на 0,15А и равен 0,15Ампер-часов. Это потому, что зависимость разряда батареи от проходящего через нее тока не равномерная. Поэтому под емкостью и принято считать именно 10-часовой разряд до некоторого нормального минимального напряжения. И если у вас аккумулятор емкостью 55Ач, то он непрерывно проработает 10 часов при токе потребления 5,5А. После этого его напряжение станет, к примеру, 10В и предметом разговора уже быть не может. Теперь снова вернемся к рис.6а. У емкости, как и у других электрических величин есть свое свойство. И при последовательном соединении элементов емкость общей батареи, в отличие от напряжения, не суммируется, а остается той же, что и у одного отдельно взятого элемента. Поэтому, если мы подключим одну лампочку, как на рис.6а, то грубо можно считать, что она прогорит 0,5часа (t=C/I=0,15/0,3=0,5ч). А с двумя и того меньше.
Отсюда вывод: последовательное соединение аккумуляторных источников питания применяется в случае, когда питание потребителя превышает напряжение одного отдельно взятого элемента. Ну, и разумеется, его емкость должна быть согласована с током нагрузки.
А теперь рассмотрим рис.6б. Здесь показано параллельное соединение элементов (или аккумуляторов — это одно и то же). В этом случае напряжение общей батареи будет на уровне одного отдельно взятого элемента, а вот емкость при параллельном соединении элементов возрастет в числотраз самих элементов. И, если мы подключим только одну лампочку, как на рис.6б, то приближенно говоря, от одного элемента она проработает 1час, а вот от трех — 3часа. Соответственно, с двумя — 1,5часа.Все это согласно формуле t=C/I. Но это только приближенно, потому как теперь вы знаете, что полная разрядка вычисляется, исходя из величины тока в 10раз меньшей величины емкости. Но для понятия самого принципа разряда и продолжительности работы можно воспользоваться для простоты такой вот приведенной формулой.
Отсюда вывод: параллельное соединение аккумуляторных источников питания применяется в случае, когда необходимо увеличить продолжительность работы нагрузки от общей батареи по сравнению с одной.
А в общем случае есть графики, позволяющие более точно определить время разряда батареи при токе нагрузки, превышающем десятую часть емкости батареи.

Устройства для измерения напряжения i-TOR-6-24-U-2 на сайте I-Tor

i-TOR-6-24-U-2 — инновационный электронный измеритель напряжения, предназначенный для организации коммерческого учёта в ячейках с элегазовой (SF6) изоляцией среднего напряжения (6-24 кВ).

Большую популярность в электросетевом хозяйстве крупных городов завоевали распредустройства среднего напряжения с элегазовой (SF6) изоляцией.

Это связано с их высокой компактностью, надёжностью и безопасностью. Но у каждого положительного решения есть и свои недостатки.

Элегазовые моноблоки, количество которых в крупных городах составляет уже не одну тысячу присоединений, не обеспечивают возможность организации коммерческого учёта по стороне 6(24) кВ без сложных и дорогостоящих дополнений. При этом Постановление Правительства РФ №442 от 04.05.2012 «О функционировании розничных рынков электрической энергии…» в требует организации учёта на границе балансовой принадлежности, что ведёт к необходимости переноса точки учёта на сторону высокого потенциала.

Конструкция элегазовых моноблоков обеспечивает полную защиту обслуживающего персонала от случайных прикосновений к токоведущим частям и элементам, находящимся под напряжением. Кроме того, компактность таких устройств — ценнейшее свойство в условиях городской застройки — часто не позволяет расширить их дополнительными шкафами высоковольтного коммерческого учёта. И если измерить ток в кабелях, подключаемых к элегазовым моноблокам, достаточно просто, то измерение напряжения — часто почти неразрешимая проблема.

Эффективным решением является применение i-TOR-6(24)-U-2, которые монтируются либо в кабельные адаптеры, либо в штатные блоки расширения и позволяют организовать высокоточное измерение первичного напряжения в целях коммерческого учёта, без изменения конструкции и идеалогии элегазового моноблока

Устройство измерения напряжения в высоковольтной сети i-TOR-6(24)-U-2 предназначено для измерения и масштабного преобразования напряжения в сетях переменного тока промышленной частоты с номинальным напряжением 6,10, 15, 20 и 24 кВ до электрических величин, пригодных для измерения стандартными электроизмерительными приборами, а также для создания высоковольтной развязки между высоковольтной сетью и приборами измерения, а также для индикации наличия напряжения на токоведущих шинах, к которым он подключен.

Устройство i-TOR-6(24)-U-2 имеет трёхфазное исполнение, каждая фаза состоит из следующих элементов:

  • Канала связи;
  • Измерительного компонента;
  • Блока обработки информации.

Все три элемента являются составляющими измерительного прибора, обеспечивающего точные измерения напряжения в фазе.


Номинальные параметры  i-TOR-6(24)-U-2

ПараметрI-TOR-6-U-2I-TOR-10-U-2I-TOR-15-U-2I-TOR-20-U-2I-TOR-24-U-2
Номинальное напряжение сети, кВ
610152024
Коэффициент преобразования по напряжению (действующие значения)(6 кВ/√3/
(100В/√3)
(10 кВ/√3)/
(100В/√3)
(15 кВ/√3)/
(100В/√3)
(20 кВ/√3)/
(100В/√3)
(24 кВ/√3)/
(100В/√3)
Диапазон напряжений с нормируемой точностью преобразования (действующие значения), кВ

(0,8÷1,2)·Uном
или
(4,62÷6,93)

(0,8÷1,2)·Uном
или
(6,93÷10,39)

(0,8÷1,2)·Uном
или
(9,24÷13,86)

(0,8÷1,2)·Uном
или
(11,09÷16,62)

Номинальная мощность нагрузки выхода, при коэффициенте мощности cos φ=(0,8÷1,0), В*А

15
Класс точности преобразования напряжения по ГОСТ19830,5
Напряжение оперативного питания(176÷242)
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150У2
Рабочий диапазон температурот минус 40 до +500С

Где применяется

Установка в кабельных адапторах


i-TOR-6(24)-U-2 легко размещается прямо в кабельном адаптере вместо штатной изоляционной заглушки, что обеспечивает высокоточное измерение напряжения без снижения эксплуатационных свойств и безопасности обслуживания.


В целях оптимизации стоимости для измерения тока применяются серийно производимые малогабаритные трансформаторы тока для установки на кабель.

Пример организации узла учёта электроэнергии в кабельном отсеке элегазового моноблока.

В результате появляется возможность организовать узел коммерческого учёта на вводах моноблока 6(10) кВ без существенных затрат, связанных с расширением распредустройства или его реконструкцией.

При таком способе к первичным преобразователям тока (трансформаторам тока) и напряжения (i-TOR-6(10)U) можно подключить любой серийно выпускающийся счётчик электроэнергии, внесённый в государственный реестр средств измерения и интегрировать точку учёта в систему АИСКУЭЭ.

Установка в блок расшерения


В тех случаях, когда элегазовый моноблок оснащается специальным блоком расширения по сборным шинам, установку i-TOR-6(24)-U-2 предпочтительнее организовать в нём.


Измерительные компоненты i-TOR-6(24)-U-2 соответствующего исполнения


монтируются вместо штатных изоляционных заглушек и обеспечивают измерение напряжения непосредственно на сборных шинах моноблока.


Измерительные трансформаторы тока, при этом, монтируются в соответствующих кабельных отсеках.

(PDF) Измерение напряжения

1354 Общие меры

2 ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Измерение напряжения необходимо в электротехнике

, а также во многих других областях техники и

науки. Измерение напряжения включает определение

разности электрических потенциалов между двумя точками. Разность потенциалов

— это объем работы, необходимый для перемещения

единичного заряда, находящегося в электрическом поле, из опорной точки

в другую точку.Следовательно, разность потенциалов всегда равна

относительно некоторой контрольной точки, такой как Земля.

Разность потенциалов принимается как работа на единицу заряда

, а вольт соотносится с единицей работы (джоуль —

Дж) и единицей заряда (кулон — Кл) на

1 вольт = 1 джоуль

кулон (1)

Хотя концепция электрического потенциала полезна в

для понимания электрических явлений, стоит отметить, что

измерить можно только разницы в потенциальной энергии.

Таким образом, обычно понимается, что термин «напряжение»

относится к разности потенциалов. Единицей измерения для

напряжения является в Международной системе единиц (СИ)

вольт (обозначение: В).

Измерение напряжения имеет первостепенное значение, и

широко используется в электротехнике и электронике,

особенно в электроэнергетике. Более того, когда задействованы электронные устройства

для обработки сигналов, такие как

, используемые в телекоммуникационных системах, системах управления и

информатики, большинство сигналов имеют форму напряжения и

тока.Следовательно, измерение напряжения составляет

важную область в промышленных и научных измерениях,

и в разнообразном диапазоне датчиков химических, биологических,

и физических переменных.

3 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Поскольку наиболее распространенные сигналы имеют форму напряжения, существует

множества различных методов обработки сигналов, генерируемых определенной переменной. Однако некоторые приборы

, называемые вольтметрами, специально предназначены для измерения напряжения

лет.Есть пять распространенных типов вольтметров; это

1. электромеханические инструменты,

2. приборы теплового типа,

3. электронные приборы,

4. Электронно-лучевые осциллографы (CRO) или вакуумные трубки

инструментов (VTI),

5. виртуальные инструменты .

1. Электромеханические инструменты: Эти инструменты

основаны на механическом взаимодействии между различными токами

, между токами и магнитными полями или

между электрическими проводниками.Такие взаимодействия

создают механический крутящий момент, пропорциональный напряжению

или квадрату исследуемого напряжения.

Создаваемый крутящий момент затем уравновешивается ограничивающим крутящим моментом

, обычно получаемым за счет использования надлежащим образом расположенных механических пружин

. Действие балансировки вызывает смещение стрелки прибора

на угол

, пропорциональный крутящему моменту привода, и, следовательно, указывает на

напряжение, которое необходимо измерить. Таким образом, значение входного напряжения

определяется показанием смещения указателя

на градуированной шкале.

2. Приборы теплового типа: Эти приборы основаны на тепловом воздействии тока, протекающего в проводнике

. Показание пропорционально квадрату входного напряжения

. Эти приборы

не так широко используются, как другие, но подходят для измерения высокочастотного напряжения

.

3. Электронные приборы: Эти приборы основаны на

чисто электронных схемах и достигают требуемых

измерений путем обработки входного сигнала с помощью

электронных полупроводниковых устройств. Метод

, используемый для обработки входного сигнала, может быть аналоговым или цифровым

. В первом случае получается

аналоговых электронных приборов, а во втором —

цифровых электронных приборов.

4. Осциллографы или приборы с электронно-лучевыми трубками: Эти приборы ins-

в основном являются вольтметрами, и их основная характеристика

— обеспечение графического представления на электронно-лучевых трубках

(ЭЛТ) или жидкокристаллических дисплеях

.

(ЖК-дисплеи). Временные и амплитудные характеристики сигнала

могут быть определены непосредственно по отображаемому сигналу

.

5. Виртуальные инструменты: это компьютерные системы

, которые можно запрограммировать для работы как вольтметры, амперметры

,

, осциллографы, анализаторы спектра и так далее.Они оснащены аналогово-цифровыми преобразователями

— см. Статью 139, Аналогово-

Цифровые (A / D) преобразователи

, Том 3 и Статью 141,

Цифро-аналоговые (D / A) Преобразователи, Том 3 и

поддерживаются такими программами, как

LabView от National Instruments — см.

, Статью 105, Моделирование с помощью LabVIEW®, Том 2

и Статью 106, Виртуальные приборы в физике,

Том 2.

Эти пять основных типов вольтметров могут использоваться для измерений низкого, среднего и высокого напряжения.

В некоторых случаях для подготовки

сигналов для измерения могут потребоваться подходящие устройства, такие как усиление, ослабление

и преобразования.

Кроме того, измерения напряжения, тока и сопротивления

могут быть выполнены с помощью одного прибора, называемого мультиметрами

Измеренное напряжение — обзор

4.01.4.2 Электрохимическая серия

Напряжение, измеренное между электродами цинка / Медная ячейка, показанная на рис. 27 , на разомкнутой цепи была измерена как 1.1 В. Если оба материала электродов были изменены, то весьма вероятно, что будет измерено другое напряжение, хотя будет нелегко легко сравнить характеристики этих двух электрохимических ячеек, поскольку между ними нет общего эталона. Действительно, необходимость позволить проводить сравнительные измерения электрохимических характеристик различных материалов привела к разработке «стандартного водородного электрода» (SHE), которому дается произвольный потенциал 0,00 В ( Рисунок 29, ).

Рисунок 29. Пример стандартного водородного электрода. http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction. html

SHE получает потенциал 0 В только при определенных условиях: давление газообразного водорода 1 бар, барботаж над фольгой платинового электрода, погружают в раствор 1 молярных ионов H + (т.е. кислоты) при температуре 25 ° C (298 K). Это воплощено в уравнении [12]:

[12] 2H (вод. Например, магний, как показано в Рисунок 30 .Вольтметр на рис. 30 будет измерять потенциал разомкнутой цепи 2,37 В, при этом магниевый электрод определяется (согласно экспериментам с использованием прибора на рис. высвобождает электроны и является анодом согласно уравнению [13]:

Рис. 30. Использование SHE в электрохимической ячейке для определения потенциала магния. http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html

[13] Mg⇔Mg2 ++ 2e −− 2.37V

Если электрохимический элемент Рисунок 30 используется в качестве батареи, то общие электродные реакции будут такими, как показано в уравнении [14]:

[14] Mg⇒Mg2 ++ 2e −− 2. 37V2H (водн.) ++ 2e − ⇒h3 (g) 0,00V

Были предприняты испытания ряда различных электродных материалов, которые определены в таблицах электрохимических потенциалов, см. , таблица 2 .

Таблица 2. Серия электрохимических потенциалов

Таблица 2 показана со всеми реакциями при разомкнутой цепи; однако предпочтительное направление каждой реакции по сравнению с SHE указано при чтении каждого уравнения слева направо.Кроме того, реакции в верхней части таблицы указывают на материалы, наиболее подходящие для окисления, то есть самые сильные окислители, в то время как материалы в нижней части таблицы лучше всего подходят для восстановления, то есть самые сильные восстановители.

Эту таблицу также можно использовать для определения потенциала холостого хода, а также анода и катода любой данной электрохимической ячейки. Например, снова беря цинк и медь (согласно , рисунок 27, ), , таблица 2, показывает, что цинк будет окисляться (т. е.например, образуют анод ячейки) со стандартным потенциалом –0,76 В, в то время как медь будет восстанавливать и формировать катод при стандартном потенциале +0,34 В. Следовательно, в целом, в электрохимической ячейке цинк / медь будет образовываться открытый — потенциал цепи +0,34 — (–0,76) = 1,1 В (как отмечалось ранее).

Аналогично, если взять алюминиево-цинковую ячейку, на этот раз алюминий будет окисляться и образовывать анод при стандартном потенциале –1,66 В, в то время как на этот раз цинк восстанавливается и образует катод при стандартном потенциале –0.76 В. Следовательно, в целом алюминиево-цинковая электрохимическая ячейка будет производить потенциал холостого хода –0,76 — (–1,66) = 0,9 В.

Измерения тока и напряжения в эталонной ВЧ ячейке

2.1. Точность

Вольт-амперные характеристики разрядов в ячейке GEC были измерены с помощью цифровых осциллографов, оснащенных различными пробниками, в том числе самодельными емкостными пробниками напряжения и индуктивными пробниками d I / d t [1,3 ] и имеющиеся в продаже трансформаторы тока и ослабляющие пробники напряжения [1]. Любой из этих пробников или сам осциллограф может быть важным источником систематических ошибок. Таким образом, необходимо детальное рассмотрение этих ошибок и тщательное выполнение процедур калибровки. Ошибки как по величине, так и по фазе могут быть значительными. Фазовые ошибки возникают в основном из-за задержек распространения в пробниках и в кабелях, соединяющих их с осциллографом. Фазовую ошибку пробника напряжения можно определить путем прямого измерения его задержки с использованием двух каналов осциллографа.Относительная задержка между датчиками тока и напряжения и результирующая ошибка фазы импеданса может быть определена путем присоединения датчиков к нагрузкам с известной фазой полного сопротивления. Это может быть достигнуто особенно удобно, используя паразитный импеданс самой ячейки в качестве нагрузки [1–3]. Если используются как индуктивные, так и емкостные нагрузки, можно отличить истинные задержки распространения от небольших погрешностей по фазе, которые возникают, если какая-либо нагрузка содержит неизвестное сопротивление [4].

Другой возможный источник фазовых ошибок — это перекрестные помехи между сигналами тока и напряжения.Перекрестные помехи могут возникать внутри осциллографа или в промышленных пробниках тока, которые неправильно заземлены [4]. Из-за емкостной связи между выводом питания и корпусом токового пробника паразитный сигнал, совпадающий по фазе с напряжением, может добавляться к токовому сигналу, сдвигая его фазу. Обнаружены фазовые ошибки такого рода величиной до 10 °. Ошибка сводится к минимуму за счет использования токовых пробников с более высоким коэффициентом усиления (больше вольт на ампер) и обеспечения хорошего соединения между корпусом токового пробника и землей осциллографа.Разумеется, большие ошибки также будут возникать, если токовый пробник установлен с неправильной полярностью или если его выход неправильно подключен.

Систематические ошибки при измерениях амплитуды также могут быть большими, особенно на высоких частотах, близких к границам полосы пропускания пробников или осциллографа. Полоса пропускания обычно определяется частотой 3 дБ. На этой частоте амплитуды ошибочны в раз √2¯. Даже на частотах, намного меньших этой, ограничения полосы пропускания ухудшают точность измерения; часто эффектами ограниченной ширины полосы можно пренебречь только на частоте на одну десятую ниже частоты 3 дБ.Многие пробники и осциллографы с полосой пропускания, достаточной для обеспечения превосходной точности на частоте 13,56 МГц, доступны и относительно недороги. К сожалению, получить точные измерения высокочастотных гармонических сигналов, генерируемых плазмой, труднее. Также, похоже, существует компромисс между полосой пропускания пробников и максимальным током или напряжением, которые они могут выдерживать. Эти проблемы могут быть решены путем калибровки амплитуд пробников по приборам с более широким диапазоном частот или путем создания емкостных пробников напряжения и индуктивных пробников тока d I / d t [1,3].Они имеют чрезвычайно широкую полосу пропускания и имеют дополнительное преимущество в виде усиления слабых гармонических сигналов.

2.2 Паразитные характеристики ячейки

На радиочастотах ячейка GEC содержит значительные паразитные сопротивления, включая паразитную емкость, самоиндукцию и паразитное последовательное сопротивление. Измеренные формы сигналов тока и напряжения включают вклад паразитных элементов, а также плазмы. Кроме того, точное значение паразитных параметров может быть весьма чувствительным к незначительным изменениям в конструкции электродов и небольшим сдвигам в положениях датчиков.Если значения паразитных факторов изменяются от ячейки к ячейке, измерения зонда будут отличаться, даже если условия плазмы идентичны. В этой ситуации требуются процедуры для преобразования форм сигналов тока и напряжения, измеренных датчиками, в формы сигналов, более характерные для самой плазмы: формы сигналов, представляющие ток и напряжение, присутствующие внутри ячейки, на поверхностях, контактирующих с плазмой. В этом разделе описываются процедуры, характеризующие и устраняющие паразитов. Следует отметить, что паразитные элементы также важны по другой причине: они вместе с остальной частью внешней схемы, питающей ячейку, устанавливают граничные условия для плазмы, и изменения этих граничных условий могут вызывать реальные изменения электрических характеристик плазмы. .Эта тема будет обсуждаться отдельно в следующем разделе.

Паразиты в ячейке GEC были охарактеризованы на частотах от 1 МГц до 100 МГц с использованием векторного измерителя импеданса [5] и в более узком частотном диапазоне с использованием датчиков тока и напряжения [4,6]. На основе этих исследований была получена модель эквивалентной схемы паразитных устройств, показанных на. Эта модель представляет элемент в его наиболее распространенном режиме работы: с одним электродом запитанным, а другой заземленным, и подключенной шунтирующей цепью [1,2,7].Клеммы в нижней части принципиальной схемы представляют собой точку на выводе электрода с питанием, в которой установлены датчики тока и напряжения. Ток и напряжение, измеряемые датчиками, I m ( t ) и V m ( t ), определены в, как и I pe ( t ) и V pe ( t ), ток и напряжение на поверхности электрода с питанием. Эквивалентная принципиальная схема показывает все паразиты ячейки, включая электроды питания и заземления.(Паразиты в электрической сети перед датчиками не показаны.) Паразитная емкость C pe в значительной степени связана с тонкой втулкой изолятора между питаемым электродом и его заземляющим экраном. Длинный провод, который питает питаемый электрод и окружающий его изолятор и экран заземления, действует как линия передачи, которая вносит большую часть индуктивности L pe и сопротивления R pe и часть емкости C. pe и C m . C m также включает паразитную емкость датчиков тока и напряжения и их опор. Точно так же паразиты L ge , C ge и R ge связаны с верхним заземленным электродом. Для верхнего электрода не показана емкость, аналогичная C м , поскольку заземление для этого электрода закорачивает любую такую ​​емкость. L w представляет собой самоиндукцию полости между стенкой камеры и внешней поверхностью заземляющих экранов. L s , C s и R s представляют собой шунтирующую цепь [1,2,7], которая состоит из катушки и конденсатора переменной емкости, подключенного между выводом питания и камерой. заземление, сразу после датчика тока. Шунт спроектирован так, что на основной частоте 13,56 МГц он имеет индуктивный импеданс, который нейтрализует суммарное емкостное реактивное сопротивление остальной части ячейки, тем самым уменьшая общий ток, потребляемый ячейкой, улучшая точность измерений тока [ 4], а также устранение проблем, связанных с высокочастотными помехами, контурами заземления и перегрузкой токового пробника.

Эквивалентная принципиальная схема ячейки GEC. Слева показана блок-схема ячейки, работающей с одним запитанным электродом и одним заземленным, с присоединенной шунтирующей цепью. Эквивалентная схема для этой конфигурации показана справа. Схема включает паразитные элементы в узле заземляющего электрода ( C ge , L ge , R ge ), в узле электрода с питанием ( C pe , L pe , R pe , C m ), в стенках камеры ( L w ) и в шунтирующем контуре ( L s , C s , R s ).

Точные значения паразитных элементов, показанных в, варьируются от ячейки к ячейке. Значения емкости зависят от материала изолятора — оксида алюминия или тефлона 1 . Тефлоновые изоляторы имеют меньшую емкость из-за меньшей диэлектрической проницаемости [1]. Для изоляторов из оксида алюминия существует две конструкции: исходная конструкция с твердым сердечником и обновленная, более простая в изготовлении версия с полым сердечником и несколько более низкими значениями емкости. Наконец, между ячейками проявляются некоторые случайные отклонения в C pe и C ge , поскольку эти емкости могут быть очень чувствительны к точным размерам изолятора и его выравниванию относительно электрода и заземляющего экрана. Самоиндукция L pe также различается между ячейками, в зависимости от того, как далеко зонды установлены от электрода с питанием. C м зависит от конкретных используемых датчиков, а параметры шунта меняются в зависимости от деталей его конструкции. Несмотря на эти вариации, считается, что модель схемы является достаточно общей для размещения любой ячейки GEC в стандартной конфигурации. Конечно, элементы, которые были радикально модифицированы для включения альтернативных источников, масс-спектрометров или верхнего оптического доступа, будут иметь очень разные эквивалентные схемы.

Из-за различий в паразитах от ячейки к ячейке электрические данные лучше всего выражаются в терминах I pe ( t ) и V pe ( t ), ток и напряжение при поверхность питаемого электрода, а не I m ( t ) и V m ( t ), ток и напряжение измеряются датчиками. Для достижения этого обычно предполагается эквивалентная схема для ячейки, выполняется ограниченный набор измерений с погашенной плазмой для определения значений паразитных факторов, а затем решаются уравнения цепи для получения I pe ( t ) и V pe ( t ).Наиболее часто используемая модель [1,2,7] включает четыре элемента ( C pe , L pe , C s и L s ), но не включает C м , R pe и R s . Точные значения I pe 1 и V pe 1 , основные компоненты I pe ( t ) и V pe ( t ), могут быть получены из этой модели, если соблюдать осторожность сопоставить модель с измеренными характеристиками и правильно ли учтена емкость зазора между электродами. (В противном случае, если емкость промежутка включена в C pe , систематические ошибки в I pe 1 как можно больше 15% [4]). Однако отсутствие резистивных паразитов, особенно R s , может привести к большим систематическим ошибкам в θ , фазе между V pe 1 , и I pe 1 , а в плазменной мощности P pe = 1/2 I pe 1 V pe 1 cos θ .Действительно, простая четырехэлементная модель дает значения θ и P pe , которые отличаются на 6 ° и 60% соответственно от значений, полученных с использованием общей обработки [4], которая включает резистивные паразиты. .

Процедуры, которые учитывают паразиты (и фазовые ошибки пробника), удобно выполнять в частотной области. Следовательно, первым шагом в анализе измеренных сигналов почти всегда является анализ Фурье, который чаще всего выполняется с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ).Однако применение БПФ непосредственно к оцифрованным сигналам не дает точных желаемых коэффициентов Фурье, потому что в целом частота дискретизации и частота РЧ не соизмеримы. Вместо этого используется линейная интерполяция между точками измеренных данных для генерации сигнала с соответствующей временной разверткой и интервалом между точками. Применение БПФ к интерполированной форме волны затем дает коэффициенты Фурье на точных частотах основной гармоники и гармоник, свободных от эффектов наложения спектров.В качестве альтернативы, анализ Фурье может быть выполнен с использованием методов аппроксимации кривой [8] или путем явного вычисления интегралов Фурье [6]. Эти методы могут быть очень эффективными, более эффективными, чем БПФ, поскольку не тратится время на вычисление амплитуд компонентов, которые заведомо незначительны. Недавно методы анализа были расширены за счет включения переходных эффектов [9].

Измерения тока и напряжения | CSM Products, Inc.

В 12- и 24-вольтовых электрических системах напряжения остаются относительно стабильными, поэтому можно эффективно использовать измерения тока на основе CAN с помощью датчиков Холла или шунтов.

Совершенно иная ситуация в 48-вольтовых и высоковольтных электрических системах: здесь одинаково важны измерения тока и напряжения. Из-за высокочастотной импульсной силовой электроники, которая является частью инверторов или преобразователей постоянного / постоянного тока, в электрической системе автомобиля возникают пульсации тока и напряжения. Эти колебания могут отрицательно сказаться на выносливости всех потребителей, подключенных через бортовую электрическую систему автомобиля, и могут вызвать нежелательные побочные эффекты. Через преобразователи постоянного / постоянного тока эти пульсации могут передаваться из высоковольтной электрической системы в 12-вольтовую электрическую систему и вызывать там проблемы.По этой причине электрическая система должна быть аттестована в соответствии со стандартами ISO / DIS 21498-1 и ISO / DIS 21498-2 с использованием технологии быстрых измерений.

Модули измерения тока и напряжения в высоковольтных средах можно найти здесь.

Важно проверить ток и напряжение, а также подачу энергии потребителям в реальных условиях эксплуатации. Это способствует эффективному управлению энергопотреблением и оптимальной работе разрабатываемого автомобиля.Примеры включают безопасное взаимодействие отдельных датчиков, исполнительных механизмов и электронных блоков управления в периоды работы и ожидания. Для точных измерений тока и напряжения в децентрализованных испытаниях вождения и на испытательном стенде CSM предлагает компактные и надежные измерительные модули и шунты.

Благодаря высокому классу защиты корпуса IP67, компактной конструкции и широкому диапазону рабочих температур от -40 ° C до +125 ° C модули идеально подходят для суровых условий окружающей среды.Их можно установить непосредственно в моторном отсеке и, таким образом, близко к точкам измерения. Это позволяет проводить точные измерения с минимальными помехами. Кроме того, измерительные модули и шунты обеспечивают высокую точность измерения во всем диапазоне температур окружающей среды из-за низкого собственного тепловыделения. Простая масштабируемость измерительных модулей также делает их пригодными для использования на испытательном стенде.

20.4: Измерение тока и напряжения

В этом разделе мы описываем, как можно построить устройства для измерения тока и напряжения.Устройство, измеряющее ток, называется «амперметр», а устройство, измеряющее напряжение, называется «вольтметром». В настоящее время они обычно находятся в одном и том же физическом устройстве («мультиметре»), которое также может измерять сопротивление (сопротивление можно легко определить путем измерения напряжения и тока). Мы ограничимся описанием конструкции простых аналоговых амперметров и вольтметров.

Как мы увидим в главе 21, легко создать устройство, которое может измерять очень малые величины тока, пропуская ток через катушку в магнитном поле, чтобы катушка могла отклонить стрелку, указывающую величину тока. .Такое устройство называется «гальванометром» и обычно ограничивается измерением очень небольшого тока (порядка). В этом разделе мы расскажем, как можно использовать гальванометр для создания амперметров для измерения больших токов и вольтметров.

Амперметр

Амперметр построен путем размещения гальванометра параллельно с «шунтирующим» резистором \ (R_s \). Шунтирующий резистор — это небольшой резистор, который «шунтирует» (отклоняет) ток от гальванометра, так что большая часть тока проходит через шунтирующий резистор.Это показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), на котором показаны гальванометр (круг с \ (G \) внутри), внутреннее сопротивление гальванометра \ (R_G \) и шунтирующий резистор \ (R_S \). Фактический амперметр будет находиться в коробке и иметь два разъема (обозначенные на рисунке как \ (A \) и \ (B \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Построение амперметра из гальванометра путем нанесения «шунтирующего» резистора параллельно гальванометру.

Моделируя амперметр, мы можем определить полный ток \ (I \), который мы хотели бы измерить, используя известные значения резисторов и тока \ (I_G \), измеренного гальванометром.Рассматривая любое из двух соединений и петлю по часовой стрелке, мы имеем: \ [\ begin {align} I & = I_G + I_S \ quad & \ text {(junction)} \\ I_GR_G-I_SR_S & = 0 \ quad & \ text {(по часовой стрелке loop)} \\ \ поэтому I_S & = \ frac {R_G} {R_S} I_G \\ \ поэтому I & = I_G + _S = \ left (1+ \ frac {R_G} {R_S} \ right) R_G \ end {выровнено } \], который позволяет нам определять ток \ (I \) по току \ (I_G \), измеренному гальванометром. Мы также видим, что большая часть тока проходит через шунт (поскольку \ (R_S \) выбирается меньше, чем \ (R_G \)).Амперметр будет иметь полное сопротивление \ (R_A \), определяемое по формуле: \ [\ begin {выравнивание} R_A = \ frac {R_GR_S} {R_G + R_S} \ end {выравнивание} \] для измерения силы тока через определенный сегмент цепи, амперметр должен быть включен последовательно с этим сегментом (чтобы ток, который мы хотим измерить, проходил через амперметр). На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показано, как подключить амперметр (кружок с буквой \ (A \)) для измерения тока через резистор \ (R \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Амперметр подключается последовательно с резистором для измерения тока через резистор.

Вольтметр

Вольтметр состоит из большого резистора \ (R_V \), последовательно соединенного с гальваноментером (имеющим внутреннее сопротивление \ (R_G \)), как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов между выводами вольтметра (обозначенными на рисунке \ (A \) и \ (B \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Создание вольтметра из гальванометра путем включения резистора последовательно с гальванометром.

Зная номиналы резисторов и ток, измеренный гальванометром, можно легко определить разность потенциалов между точками \ (A \) и \ (B \), поскольку ток, измеренный гальванометром, проходит непосредственно через каждый резистор: \ [\ begin {align} \ Delta V = V_B-V_A = -I_G (R_V + R_G) \ end {align} \] Чтобы измерить разность потенциалов на компоненте, вольтметр должен быть размещен параллельно с компонентом .На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показано, как подключить вольтметр (кружок с буквой \ (V \)) для измерения напряжения на резисторе \ (R \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): вольтметр помещается параллельно резистору для измерения напряжения на резисторе.

При использовании амперметра или вольтметра вы заметите, что они обычно имеют кнопки или шкалы для выбора диапазона измеряемых токов или напряжений. Все, что делает циферблат, — это изменяет значение шунта или последовательного резистора, чтобы поддерживать заданный максимальный ток через гальванометр.Омметр для измерения сопротивления — это просто амперметр со встроенной фиксированной разностью потенциалов (так что, измеряя ток через известную разность потенциалов, можно определить сопротивление компонента).

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Два резистора с сопротивлением \ (1 \ text {k} \ Omega \) включены последовательно с батареей \ (12 \ text {V} \). Вольтметр с общим сопротивлением \ (R_V = 10 \ text {k} \ Omega \) используется для измерения напряжения на одном из резисторов.Какие показания показывает вольтметр?

Решение :

Поскольку два резистора имеют одинаковое сопротивление и включены последовательно с батареей, когда вольтметр не подключен, легко показать, что напряжение на любом из резисторов равно \ (6 \ text {V} \). Однако, подключив вольтметр к одному из резисторов, мы модифицируем схему, и мы должны ожидать, что считываемое напряжение будет отличаться от \ (6 \ text {V} \) (можете ли вы сказать, будет ли оно больше или меньше?).Схема с подключенным вольтметром показана на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): При использовании вольтметра схема изменяется.

Мы можем довольно легко смоделировать эту схему, объединив вольтметр (смоделированный как резистор) параллельно с одним из резисторов: \ [\ begin {align} R_ {eff} = \ frac {R_VR} {R_V + R} = \ гидроразрыв {(10 \ text {k} \ Omega) (1 \ text {k} \ Omega)} {(10 \ text {k} \ Omega) + (1 \ text {k} \ Omega)} = \ frac { 10} {11} \ text {k} \ Omega = 0.91 \ text {k} \ Omega \ end {align} \] Сумма падений напряжения на активном резисторе и другом резисторе должна равняться разности потенциалов на батарее. (Правило цикла Кирхгофа): \ [\ begin {align} R_ {eff} I + RI & = \ Delta V \\ \, следовательно, I & = \ frac {\ Delta V} {R_ {eff} + R} = \ frac { (12 \ text {V})} {(0.{-3} \ text {A}) (0.91 \ text {k} \ Omega) = 5.7 \ text {V} \ end {align} \], и вольтметр показывает меньшее напряжение, чем было бы без вольтметра.

Обсуждение:

В этом примере мы увидели, что, используя вольтметр для измерения напряжения в цепи, мы фактически нарушаем цепь. Поместив вольтметр параллельно одному резистору, мы создали эффективный резистор с сопротивлением ниже, чем сопротивление вольтметра или резистора.Это снизило общее сопротивление цепи, что увеличило ток. Больший ток через второй резистор (без вольтметра) приводит к большему падению напряжения, чем \ (6 \ text {V} \) на этом резисторе. Таким образом, падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра будет меньше, чем \ (6 \ text {V} \), как мы обнаружили, поскольку два падения напряжения необходимо добавить к \ (12 \ text {V} \).

Как правило, при использовании вольтметра требуется вольтметр с очень высоким сопротивлением, чтобы минимизировать помехи в цепи (если вольтметр имеет высокое сопротивление, с резистора будет шунтироваться только небольшая величина тока).На практике вольтметры имеют сопротивление обычно порядка \ (1 \ text {M} \ Omega \).

Модуль измерения напряжения высокого разрешения QuantumX MX403B

Модуль измерения напряжения QuantumX MX403B измеряет электрическое напряжение и, используя подключаемую нагрузку, также ток с классом точности 0,5. Он идеально подходит для использования в задачах динамических измерений в лабораториях, на испытательных стендах или мобильных приложениях в аэрокосмической, автомобильной промышленности, разработке, в частности, и тестировании в целом.Модуль измерения напряжения обеспечивает высочайший уровень безопасности и соответствует строгим требованиям стандарта измерительных приборов IEC 61010, что гарантируется его сертификацией Немецкой ассоциацией VDE по электрическим, электронным и информационным технологиям. Четыре электрически изолированных измерительных входа можно настроить индивидуально.

Благодаря трем диапазонам измерения, которые можно свободно параметризовать, и высокому разрешению, модуль измерения напряжения охватывает широкий спектр приложений, в которых потребление энергии колеблется от 0 до 1000 В.QuantumX MX403B предоставляет подробную информацию об измерениях благодаря частоте дискретизации до 100 кГц / с на канал и 24-битному аналого-цифровому преобразователю.

Например, при тестировании и анализе электрических исполнительных механизмов, таких как насосы, приводы для мобильных или стационарных операций, а также устройства хранения энергии или генераторы. Модули можно распределять и использовать непосредственно в точке измерения, синхронно и без потерь, даже на больших расстояниях, благодаря цифровой передаче данных.Модуль легко интегрируется с семейством QuantumX и позволяет синхронно получать и анализировать все электрические, механические и тепловые измерения, а также сигналы шины CAN с помощью программного обеспечения для ПК. Комбинация модуля с цифровым модулем импульсов и частоты QuantumX MX460B и датчиками крутящего момента от HBM, которые точно измеряют сигналы крутящего момента и скорости вращения, позволяет создавать сложные энергетические балансы. Измеренные данные можно интегрировать параллельно и в реальном времени.

  • Класс точности : 0,05
  • Частота дискретизации : до 100 kS / s на канал
  • Порты : Ethernet и FireWire

Узнать | OpenEnergyMonitor

Измерение напряжения переменного тока с помощью адаптера переменного тока в переменный ток


Измерение напряжения переменного тока необходимо для расчета активной мощности, полной мощности и коэффициента мощности. Это измерение можно безопасно провести (не требуя работы с высоким напряжением), используя адаптер переменного тока в переменный.Трансформатор в адаптере обеспечивает изоляцию от сети высокого напряжения.

На этой странице кратко описывается электроника, необходимая для сопряжения адаптера питания переменного тока с Arduino.

Как и в случае измерения тока с помощью датчика CT, основная цель электроники формирования сигнала, описанной ниже, состоит в том, чтобы привести выход адаптера питания переменного тока в рабочее состояние, чтобы он соответствовал требованиям аналоговых входов Arduino: положительное напряжение между 0 В и опорное напряжение АЦП (обычно 5 В или 3.3V — emontx).

Адаптеры питания

переменного тока доступны с разными номинальными напряжениями. Первое, что важно знать, — это номинальное напряжение вашего адаптера. Мы составили справочный список основных адаптеров переменного напряжения, которые мы использовали (мы стандартизировали адаптер 9 В RMS).

Выходной сигнал адаптера переменного напряжения имеет форму волны, близкую к синусоидальной. Если у вас адаптер питания 9 В (среднеквадратичное значение), положительное пиковое напряжение составляет 12,7 В, отрицательное — 12,7 В. Однако из-за плохой стабилизации напряжения с помощью этого типа адаптера, когда адаптер не нагружен (как в этом случае), на выходе часто бывает 10–12 В (среднеквадратичное значение), что дает пиковое напряжение 14–17 В.Выходное напряжение трансформатора пропорционально входному напряжению переменного тока, см. Ниже примечания по напряжению сети в Великобритании.

Электроника преобразования сигнала должна преобразовывать выходной сигнал адаптера в форму волны с положительным пиком менее 5 В (3,3 В для emonTx) и отрицательным пиком более 0 В.

Значит нам нужно:

  1. масштабировать вниз осциллограммы и
  2. добавьте смещение , чтобы не было отрицательной составляющей.

Форма волны может быть уменьшена с помощью делителя напряжения, подключенного к клеммам адаптера, а смещение (смещение) может быть добавлено с использованием источника напряжения, созданного другим делителем напряжения, подключенным к источнику питания Arduino (таким же образом мы добавили смещение для цепи измерения тока).

Вот принципиальная схема и кривые напряжения:

Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, уменьшающий напряжение переменного тока адаптера питания.Резисторы R3 и R4 обеспечивают смещение напряжения. Конденсатор C1 обеспечивает низкоомный путь к земле для сигнала переменного тока. Значение не критично, от 1 мкФ до 10 мкФ будет удовлетворительным.

R1 и R2 необходимо выбрать так, чтобы максимальное выходное напряжение составляло ~ 1 В. Для адаптера AC-AC с выходом 9 В RMS подойдет комбинация резисторов 10 кОм для R1 и 100 кОм для R2:

 выходное_пиковое_вольт = R1 / (R1 + R2) x входное_пиковое_вольт =
10к / (10к + 100к) x 12.7 В = 1,15 В 

Напряжение смещения, обеспечиваемое R3 и R4, должно составлять половину напряжения питания Arduino. Таким образом, R3 и R4 должны иметь одинаковое сопротивление. Более высокое сопротивление снижает потребление энергии. Для emonTx с батарейным питанием, где важно низкое энергопотребление, мы используем резисторы 470 кОм для R3 и R4.

Если Arduino работает при 5 В, результирующая форма волны имеет положительный пик 2,5 В + 1,15 В = 3,65 В и отрицательный пик 1,35 В, что соответствует требованиям аналогового входного напряжения Arduino.Это также оставляет некоторый запас для минимизации риска перенапряжения или пониженного напряжения.

Комбинация 10k и 100k R1 и R2 отлично работает для emonTx с питанием от 3,3 В, с положительным пиком 2,8 В и отрицательным пиком 0,5 В.

Если вам нужна подробная информация о том, как рассчитать оптимальные значения для компонентов с учетом допусков компонентов, см. Эту страницу.

Эскиз Arduino

Чтобы использовать указанную выше схему вместе с измерением тока для измерения активной мощности, полной мощности, коэффициента мощности, среднеквадратического и среднеквадратичного значений, загрузите эскиз Arduino, подробно описанный здесь: Схема Arduino — напряжение и ток

Повышение качества источника смещения

Этот относительно простой источник напряжения смещения имеет некоторые ограничения.См. Раздел «Смещение буферизованного напряжения» для схемы, обеспечивающей улучшенные характеристики.

Примечания по ограничениям сетевого напряжения

Стандартное внутреннее электроснабжение для Европы составляет 230 В ± 10%, что дает нижний предел 207 В и верхний предел 253 В. В соответствии с BS 7671 допускается падение напряжения в пределах установки 5%, что может дайте нижний предел 195,5 В. Стандарт Великобритании до согласования составлял 240 В ± 6%, что давало верхний предел 254,4 В.

Хотя номинальный стандарт Великобритании в настоящее время составляет 230 В, система питания обычно не регулируется, и напряжение составляет около 240 В.

Спасибо Роберту Уоллу за обобщение довольно запутанных стандартов, касающихся напряжений в британской сети.

Во всей Европе, Африке, Азии, Австралии, Новой Зеландии и большей части Южной Америки используется источник питания, который находится в пределах 6% от 230 В. Для Соединенных Штатов требования к источникам питания находятся в пределах 5% от 240 В (это на счетчике коммунальных услуг). — NEC допускает еще 5% -ное падение давления в резервуарах согласно 210,19 (A) и 215,2 (A) (1)).

https://en.wikipedia.org/wiki/Mains_electricity_by_country

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *