Электрический ток: определение, единицы измерения, разновидности

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического поля.

Как образуется ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

 Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

Где возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

1. В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
2. В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.
   

   Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.

3. В газах под действием разности потенциалов образуется плазма. Заряженными частицами являются ионы, плюсовые и минусовые, и свободные электроны, образующиеся под воздействием ионизатора.
4. В вакууме электрический ток существует в виде потока электронов, которые движутся от катода к аноду.
5. В полупроводниках в направленном движении участвуют электроны, перемещающиеся от одного атома к другому, и образующиеся при этом вакантные места – дырки, которые условно считают плюсовыми.
   

   При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки.

   При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

От чего зависит ток?

На количество свободных заряженных частиц и на скорость их упорядоченного передвижения влияют следующие факторы:

1. Материал проводящего вещества;
2. Заряд и масса частиц;
3. Величина разности потенциалов;
4. Окружающая температура;
5. Наличие дополнительных внешних факторов – магнитного поля, ионизирующего излучения.

В чем измеряется ток?

Для измерения электрического тока пользуются понятиями силы тока и его плотности. Измеряется сила тока специальным приборам —амперметром.

Сила тока измеряется в Амперах (А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

 

Постоянный и переменный — в чём различие?

pue8.ru

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ?

где Т — период сигнала Y(t). Максимальное значение Yмакс — это наибольшее мгновенное значение сигнала, а среднее абсолютное значение YAA — абсолютное значение, усредненное по времени. При синусоидальной форме колебаний Yэфф = 0,707Yмакс и YAA = 0,637Yмакс.
Измерение напряжения и силы переменного тока. Почти все приборы для измерения напряжения и силы переменного тока показывают значение, которое предлагается рассматривать как эффективное значение входного сигнала. Однако в дешевых приборах зачастую на самом деле измеряется среднее абсолютное или максимальное значение сигнала, а шкала градуируется так, чтобы показание соответствовало эквивалентному эффективному значению в предположении, что входной сигнал имеет синусоидальную форму. Не следует упускать из виду, что точность таких приборов крайне низка, если сигнал несинусоидален. Приборы, способные измерять истинное эффективное значение сигналов переменного тока, могут быть основаны на одном из трех принципов: электронного умножения, дискретизации сигнала или теплового преобразования. Приборы, основанные на первых двух принципах, как правило, реагируют на напряжение, а тепловые электроизмерительные приборы — на ток. При использовании добавочных и шунтовых резисторов всеми приборами можно измерять как ток, так и напряжение.
Электронное умножение. Возведение в квадрат и усреднение по времени входного сигнала в некотором приближении осуществляются электронными схемами с усилителями и нелинейными элементами для выполнения таких математических операций, как нахождение логарифма и антилогарифма аналоговых сигналов. Приборы такого типа могут иметь погрешность порядка всего лишь 0,009%.

Дискретизация сигнала. Сигнал переменного тока преобразуется в цифровую форму с помощью быстродействующего АЦП. Дискретизированные значения сигнала возводятся в квадрат, суммируются и делятся на число дискретных значений в одном периоде сигнала. Погрешность таких приборов составляет 0,01-0,1%.
Тепловые электроизмерительные приборы. Наивысшую точность измерения эффективных значений напряжения и тока обеспечивают тепловые электроизмерительные приборы. В них используется тепловой преобразователь тока в виде небольшого откачанного стеклянного баллончика с нагревательной проволочкой (длиной 0,5-1 см), к средней части которой крохотной бусинкой прикреплен горячий спай термопары. Бусинка обеспечивает тепловой контакт и одновременно электроизоляцию. При повышении температуры, прямо связанном с эффективным значением тока в нагревательной проволочке, на выходе термопары возникает термо-ЭДС (напряжение постоянного тока). Такие преобразователи пригодны для измерения силы переменного тока с частотой от 20 Гц до 10 МГц. На рис. 5 показана принципиальная схема теплового электроизмерительного прибора с двумя подобранными по параметрам тепловыми преобразователями тока. При подаче на вход схемы напряжения переменного тока Vас на выходе термопары преобразователя ТС1 возникает напряжение постоянного тока, усилитель А создает постоянный ток в нагревательной проволочке преобразователя ТС2, при котором термопара последнего дает такое же напряжение постоянного тока, и обычный прибор постоянного тока измеряет выходной ток.

Рис. 5. ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР для измерения эффективных значений напряжения и силы переменного тока.
С помощью добавочного резистора описанный измеритель тока можно превратить в вольтметр. Поскольку тепловые электроизмерительные приборы непосредственно измеряют токи лишь от 2 до 500 мА, для измерения токов большей силы необходимы резисторные шунты.
Измерение мощности и энергии переменного тока. Мощность, потребляемая нагрузкой в цепи переменного тока, равна среднему по времени произведению мгновенных значений напряжения и тока нагрузки. Если напряжение и ток изменяются синусоидально (как это обычно и бывает), то мощность Р можно представить в виде P = EI cosj, где Е и I — эффективные значения напряжения и тока, а j — фазовый угол (угол сдвига) синусоид напряжения и тока. Если напряжение выражается в вольтах, а ток в амперах, то мощность будет выражена в ваттах. Множитель cosj, называемый коэффициентом мощности, характеризует степень синхронности колебаний напряжения и тока. С экономической точки зрения, самая важная электрическая величина — энергия. Энергия W определяется произведением мощности на время ее потребления. В математической форме это записывается так:
Если время (t1 — t2) измеряется в секундах, напряжение е — в вольтах, а ток i — в амперах, то энергия W будет выражена в ватт-секундах, т.е. джоулях (1 Дж = 1 ВтЧс). Если же время измеряется в часах, то энергия — в ватт-часах. На практике электроэнергию удобнее выражать в киловатт-часах (1 кВт*ч = 1000 ВтЧч).
Счетчики электроэнергии с разделением времени.

В счетчиках электроэнергии с разделением времени используется весьма своеобразный, но точный метод измерения электрической мощности. Такой прибор имеет два канала. Один канал представляет собой электронный ключ, который пропускает или не пропускает входной сигнал Y (или обращенный входной сигнал -Y) на фильтр нижних частот. Состоянием ключа управляет выходной сигнал второго канала с отношением временных интервалов «закрыто»/»открыто», пропорциональным его входному сигналу. Средний сигнал на выходе фильтра равен среднему по времени произведению двух входных сигналов. Если один входной сигнал пропорционален напряжению на нагрузке, а другой — току нагрузки, то выходное напряжение пропорционально мощности, потребляемой нагрузкой. Погрешность таких счетчиков промышленного изготовления составляет 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторных — порядка всего лишь 0,0001% при 60 Гц). Как приборы высокой точности они применяются в качестве образцовых счетчиков для поверки рабочих средств измерения.
Дискретизирующие ваттметры и счетчики электроэнергии. Такие приборы основаны на принципе цифрового вольтметра, но имеют два входных канала, дискретизирующих параллельно сигналы тока и напряжения. Каждое дискретное значение e(k), представляющее мгновенные значения сигнала напряжения в момент дискретизации, умножается на соответствующее дискретное значение i(k) сигнала тока, полученное в тот же момент времени. Среднее по времени таких произведений есть мощность в ваттах:
Сумматор, накапливающий произведения дискретных значений с течением времени, дает полную электроэнергию в ватт-часах. Погрешность счетчиков электроэнергии может составлять всего лишь 0,01%.
Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками — токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности. Число оборотов диска за то или иное время пропорционально полной электроэнергии, полученной за это время потребителем. Число оборотов диска считает механический счетчик, который показывает электроэнергию в киловатт-часах. Приборы такого типа широко применяются в качестве бытовых счетчиков электроэнергии. Их погрешность, как правило, составляет 0,5%; они отличаются большим сроком службы при любых допустимых уровнях тока.
ЛИТЕРАТУРА
Атамалян Э.Г. и др. Приборы и методы измерения электрических величин. М., 1982 Малиновский В.Н. и др. Электрические измерения. М., 1985 Авдеев Б.Я. и др. Основы метрологии и электрические измерения. Л., 1987

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

• ЛИФТ
• ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ» в других словарях:

• Электрические измерения —         измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др.… …   Большая советская энциклопедия

• электрические измерения — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN electrical measurementelectricity metering …   Справочник технического переводчика

• Электрические измерительные аппараты — Э. измерительными аппаратами называют приборы и приспособления, служащие для измерения Э., а также и магнитных величин. Большая часть измерений сводится к определению силы тока, напряжения (разности потенциалов) и количества электричества.… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Измерения аэродинамические

  — процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При статических И. а. определяются постоянные или… …   Энциклопедия техники

• ИЗМЕРЕНИЯ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКИЕ — производятся в скважинах с целью определения угла и азимута отклонения скважин от заданного направления. Определения производятся поинтервально через 100 м и более с целью возможного исправления направления скважины в процессе бурения и учета ее… …   Геологическая энциклопедия

• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ — совокупности соединенных определенным образом элементов и устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Теория цепей раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических… …   Энциклопедия Кольера

• измерения аэродинамические — Рис. 1. измерения аэродинамические — процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При… …   Энциклопедия «Авиация»

• измерения аэродинамические — Рис. 1. измерения аэродинамические — процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При… …   Энциклопедия «Авиация»

• Электрические — 4.    Электрические нормы проектирования радиотрансляционных сетей. М., Связьиздат, 1961. 80 с. Источник: Руководство: Руководство по проектированию сети электросвязи в сельской местности Смотри также родственные термины: 3.4 электрические биения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Электрические станции — I. Общие понятия. II. Типы Э. станций по производству Э. энергии. III. Классификация их. IV. Здания и помещения Э. станций. V. Оборудование Э. станций. VI. Эксплуатация Э. станций. VII. Судовые Э. станции. VIII. Вагонные и поездные Э. станции. IX …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

dic.academic.ru

Измерение электрического тока » как правильно измерять силу тока.

 

 

 

Тема: как правильно измерять силу тока, измерение электрического тока.

 

Помню такой случай из своего опыта начинающего электрика — как-то захотелось мне собрать простенькую схемку электронного передатчика. Собрал детали, намотал катушки, спаял всё воедино по имеющейся электрической схеме. Включаю, а он не работает. Естественно, мне стало интересно, что к чему, и какие процессы протекают внутри схемы. Вижу на схеме указаны рабочие значения силы тока перечёркнутым крестиком на цепях. Не мог понять, что это за схематическое обозначение. Пришёл ко мне друг и подсказал, что к чему. После измерений нашёл ошибку и передатчик заработал. Теперь хочу с такими же новичками поделится «великим секретом» измерения электрического тока, и растолковать, как правильно измерять силу тока.

 

Итак, электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц внутри того или иного электропроводника. Это сродни протоку воды внутри водопроводной трубы. Если в случае воды ставятся движущиеся лопасти, которые вращает этот поток, то в случает электрического тока поток заряженных частиц пропускают через дополнительную электрическую цепь, находящаяся в измерители этого пока. На этой цепи появляются определённые электрические параметры, такие как падение напряжения на данном участке (определённое значение разности потенциалов) и сопротивление. Поскольку эти значения напряжения уже принадлежать схеме измерителя, то он легко может их преобразовать в числовую наглядную форму.

 

На практике измерения электрического тока производят так. В случае измерения постоянной силы тока измерительный прибор (амперметр) включают в разрыв конкретного участка электрической цепи (именно это обозначает крестик на принципиальной схеме с указанием нормального рабочего значения силы тока, про что я говорил выше), в которой производятся измерения. Ток начинает протекать через электрический элемент амперметра и реагировать на изменение электрических параметров внутри себя. В случае измерения переменного тока возникает ещё один способ измерения — по средствам токовых клещей.

 

 

 

 

Они действуют так — главная часть представлена в виде раздвижного трансформатора, который обхватывает токонесущий провод. Вокруг проводника с переменным током существует переменное электромагнитное поле, что при протекании вокруг магнитопровода индуцирует в нём магнитный поток. На другом конце этого трансформатора имеется измерительная катушка, на которой появляется значение напряжения. Оно преобразовывается и выводится на экран.

 

Как электрики измеряют на деле силу тока? Они имеют два вида амперметров. Для электроизмерений силы тока относительно небольших значений (в обычных электрических схемах управления электрооборудование) электрик имеет при себе обычный мультиметр, внутри которого присутствует функция измерения силы тока (и переменного и постоянного) через разрыв электрической цепи. На таких приборах максимальное значение силы тока лежит в пределах 20 ампер. Если существует необходимость измерить токи больших значений, да при условии работающей электрической системы, да без возможности разрыва той или иной части электроцепи, то тут на помощь приходят токовые клещи. Ими достаточно обхватить нужный токонесущий провод или шину, как они сразу же покажут рабочее значение силы переменного тока на данном участке силовой цепи.

 

Следует не забывать, что сам амперметры при его подсоединении к разорванному участку цепи вносит в схему дополнительное электрическое сопротивление. Если она не критично для работы системы, то на это можно не обращать внимания. Но если даже небольшие падения напряжения имеют решающее значение для работы электротехники, то следует использовать амперметры с минимальным внутренним сопротивлением. И не забывайте после измерения силы тока переключать провода мультиметра на клеммы измерения напряжения, так как в противном случае может оказаться, что вы измеряете величину напряжения прибором, у которого внутреннее сопротивление равно нулю. Это, естественно, вызовет короткое замыкание, и неприятности.

 

P.S. При измерениях электрического тока не в коем случае не стоит забывать об технике безопасности, так как чем больше ток в цепи, тем больше будет электрическая дуга при разрыве работающей части схемы. Даже десятки ампер способны наделать достаточно неприятностей, как электрику, так и самой электрической системе.

electrohobby.ru

Измерение напряжения, тока, споротивления, емкости, индуктивности, мощности в электрических цепях

Методика измерений в электрических цепях

Измерение постоянного и переменного напряжения

Измерение как постоянного, так и переменного напряжения может производиться непосредственно вольтметрами, рассчитанными для работы соответствующего типа напряжения. В тех случаях, когда необходимо измерить напряжение больше того, на которое рассчитан вольтметр, необходимо последовательно с ним включить добавочный резистор. Тогда часть измеряемого напряжения будет падать на добавочный резистор, а часть — на прибор. Подбирая величину сопротивления добавочного резистора, можно в широких пределах расширять возможности измерения больших напряжений. Известно сопротивление вольтметра R_пp и выбран коэффициент расширения пределов расширения:

n = U_x/U_пp

где U_x — максимальное напряжение на входе схемы, подлежащее измерению; U_пp — максимальные пределы измерения непосредственно вольтметром.

Величина сопротивления добавочного резистора может быть найдена по следующей формуле:

R_доб = R_пр(n-1)

Обычно для удобства производства отсчетов коэффициент п выбирают кратным 2, 5 или 10.

Для измерения высоких значений переменных напряжений могут быть использованы так называемые измерительные трансформаторы напряжения.

Они представляют собой понижающие трансформаторы, т. е. такие, у которых число витков вторичной обмотки W₂, к которой подключается вольтметр, меньше числа витков W₁ первичной обмотки. Коэффициент расширения пределов измерения n = W₁/W₂. Схемы подключения вольтметров для измерения напряжения приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схемы измерения напряжения

Измерение электродвижущей силы (ЭДС)

Измерение Е имеет свои особенности. При подключении вольтметра к источнику ЭДС для ее измерения через него всегда будет проходить ток, а так как любой источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением R_вн, то напряжение на таком источнике и вольтметр будет измерять величину меньшую, чем ЭДС Е.

U = E – IR_вн

Если нет требований к высокой точности измерения ЭДС, то для уменьшения тока можно воспользоваться вольтметром с большим внутренним сопротивлением, например электронным. В этом случае можно считать, что измеренное напряжение U ~ Е. Более точные методы измерения ЭДС связаны с использованием компенсационных схем (рис. 2).

Рис. 2. Схемы измерения ЭДС

В них напряжение, измеряемое вольтметром PV, снимаемое с переменного резистора R, сравнивается с напряжением на источнике ЭДС.

Изменяя напряжение на выходе переменного резистора (потенциометра), можно добиться такого условия, когда измерительный прибор Р покажет отсутствие тока через источник ЭДС. В этом случае показания вольтметра будут точно соответствовать величине ЭДС источника, т. е. U = Е .

Измерение тока

Можно производить измерение тока непосредственно амперметром, включенным в разрыв измеряемой цепи (рис. 3, а).

Рис. 3. Схемы измерения силы тока

При необходимости расширить пределы измерения амперметра необходимо параллельно амперметру включить резистор (рис. 3, б), который чаще всего называют шунтом. Тогда через амперметр будет проходить только часть тока, а остальная — через шунт. Так как сопротивление амперметров обычно небольшое, то для существенного расширения пределов измерения сопротивление шунта должно быть очень небольшим. Существуют формулы для расчета сопротивления шунта, но обычно на практике приходится вручную подгонять его сопротивление, контролируя ток эталонным амперметром.

Для измерения больших переменных токов часто используют измерительные трансформаторы токов (рис. 3, в). У них первичная обмотка, включаемая в разрыв измеряемой цепи, имеет число витков W₁ меньшее, чем число витков W₂ вторичной обмотки, т. е. трансформатор является повышающим по напряжению, но по току он понижающий. Амперметр подключается к выходу вторичной обмотки трансформатора тока. Часто лабораторные трансформаторы тока вообще не имеют изготовленной заранее первичной обмотки, а в их корпусе имеется широкое сквозное отверстие, через которое сам экспериментатор наматывает необходимое число витков (рис. 3, г). Зная число витков вторичной обмотки (оно обычно указано на корпусе трансформатора тока), можно выбрать коэффициент трансформации n = W₁/W₂ и определить измеряемый ток I_х по показаниям амперметра I_пр по следующей формуле:

I_х = I_пр/n

Совершенно по-иному производят измерение токов в электронных схемах, которые обычно спаяны, изготовлены на печатных платах; произвести какой-либо разрыв в них практически невозможно. Для измерения токов в этих случаях используют вольтметры (обычно электронные с большим внутренним сопротивлением для устранения влияния прибора на работу электронной схемы), подключая их к резисторам схемы, величины которых либо известны, либо могут быть предварительно измерены. Воспользовавшись законом Ома, можно определить силу тока:

I = U/R

Измерение сопротивлений

Часто при работе с электрическими установками или при наладке электронных схем необходимо производить измерение различных сопротивлений. Простейший способ измерения сопротивлений заключается в использовании двух измерительных приборов: амперметра и вольтметра. С их помощью измеряют напряжение и ток в сопротивлении R, подключенном к источнику питания, и по закону Ома находят величину искомого сопротивления:

R = U/I

Однако этот способ измерения сопротивлений не позволяет получить результаты измерения с высокой точностью, так как на результаты измерения оказывают влияние собственные внутренние сопротивления амперметра и вольтметра. Так, на изображенной на рис. 4, а схеме амперметр измеряет не только ток, проходящий через сопротивление, но и ток, проходящий через вольтметр, чем вносится методическая погрешность измерений.

Рис. 4. Схема для измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра (а) и схема омметра (б)

 

Этим способом производят измерение обычно в тех случаях, когда нет специальных приборов — омметров. Одна из возможных схем омметра (рис. 4, б) — последовательная. Она состоит из автономного источника питания Е, переменного резистора R и миллиамперметра магнитоэлектрического типа РА. В качестве источника питания обычно используют сухие элементы или батареи напряжением 1,4…4,5 В. Если к выводам прибора подключить сопротивление R_x, величину которого необходимо определить, то по цепи пойдет ток, величина которого будет зависеть от величины сопротивления. Так как миллиамперметр измеряет этот ток, то его шкала может быть непосредственно отградуирована в омах. Шкала у такого омметра обратная, т. е. нуль находится в правой части шкалы, так как при сопротивлении на входе, равном нулю (режим короткого замыкания), через амперметр будет протекать максимальный ток. Если внешняя цепь разорвана, что соответствует бесконечно большому сопротивлению на входе, то стрелка миллиамперметра будет находиться в самой левой части шкалы, где стоит знак х . Шкала такого омметра резко нелинейная, что в какой-то мере затрудняет считывание результатов. Переменный резистор омметра служит для установки прибора на нуль перед началом работы с ним. Для этого замыкают выводы омметра накоротко и, вращая ручку переменного резистора, добиваются нулевых показаний прибора. Так как ЭДС элемента питания с течением времени за счет разряда уменьшается, такую установку нуля необходимо периодически контролировать. С помощью подобных омметров можно измерять сопротивления от нескольких омов до сотен килоомов.

Рис. 5. Схемы мегометра (а) и электрического моста (б)

Измерение больших сопротивлений до 100 МОм обычно производят с помощью мегометров (рис. 5, а). В своем классическом виде он представляет собой комбинацию автономного источника питания и измерительного прибора — логометра. Логометр — разновидность магнитоэлектрического прибора, у которого вместо одной рамки имеются две, соединенные жестко между собой под некоторым утлом. Так же, как и в обычном магнитоэлектрическом приборе, с ними связана стрелка прибора и находятся они в магнитном поле постоянного магнита. При пропускании тока через обмотки рамок они создают вращающие моменты противоположных знаков, в результате чего положение стрелки будет зависеть от отношения токов в рамках. В цепь одной из рамок включен резистор R, а в цепь другой — сопротивление R_x, величина которого должна быть определена. Применение логометра объясняется тем, что его показания определяются только отношением токов в рамках и не зависят от изменения питающего напряжения U_пит. В качестве источника напряжения для мегометра используют либо индуктор, приводимый во вращение рукой оператора, либо аккумуляторную батарею с электронным преобразователем напряжения. Такая система питания определяется тем, что для работы прибора требуются большие напряжения — порядка 500 В, так как при меньших напряжениях токи в обмотках прибора были бы слишком малыми для его нормальной работы. Использование автономного источника питания диктуется тем, что мегометром часто измеряют сопротивление изоляции кабелей; при этом, естественно, напряжение в них бывает отключенным. Кроме того, с его помощью часто проводят измерения вне помещений, где нет электрической сети.

Измерение малых сопротивлений (меньше 1 Ом), а также измерения других сопротивлений в широком диапазоне значений с высокой точностью могут проводиться с помощью электрических мостов.

Электрический мост (рис. 5, б) представляет собой четыре сопротивления (одно из них — R_x подлежит измерению), включенные по кольцевой схеме. Каждое из сопротивлений образует плечо моста. В одну диагональ моста подают постоянное напряжение питания U_пит , а к другой подключают измерительный прибор — гальванометр Р. Он представляет собой высокочувствительный магнитоэлектрический прибор с нулем посередине шкалы. Его назначение — фиксировать момент, когда ток будет отсутствовать. Приборы подобного типа часто называются нуль-индикаторами. Одно или два сопротивления в плечах моста делаются переменными, и именно ими добиваются нулевых показаний прибора. Мост при этом считается сбалансированным. Как показывает теория электрических мостов, условие баланса достигается при равенстве произведения сопротивлений противоположных плеч, т. е. при условии R₁R_x = R₂R₃. Следовательно, после балансировки моста можно, зная величины всех сопротивлений, определить значение неизвестного сопротивления

где N = R₂/R₁ — множитель.

Точность измерения с помощью мостов постоянного тока может быть очень велика. Результирующие значения сопротивлений могут иметь более пяти значащих цифр. В то же время мост не позволяет оперативно производить измерения, так как процесс балансировки требует определенного времени и навыка оператора.

Измерение емкостей

Определение емкости конденсатора или других устройств емкостного характера также может осуществляться различными способами. Простейший из них — метод амперметра-вольтметра (рис. 6, а).

Рис. 6. Схемы измерения емкости

Он во многом аналогичен такому же методу измерения сопротивлений, с той только разницей, что схема питается переменным синусоидальным напряжением от генератора низкой или высокой частоты (или от сети). Емкостное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:

где f — частота переменного напряжения.

Емкостное сопротивление находится по закону Ома по показаниям приборов

Измерение малых по величине емкостей удобнее производить методом резонанса (рис. 6, б). Измеряемый конденсатор С_х подключается к известной индуктивности L, образуя колебательный контур. На контур подается синусоидальное напряжение от генератора. С помощью электронного вольтметра измеряют напряжение на контуре. При резонансе оно достигает максимума.

Известно, что резонансная частота контура может быть выражена следующей формулой:

Следовательно, при известной величине индуктивности в контуре и определенной по максимальным показаниям вольтметра частоте резонанса можно найти искомое значение емкости С_х.

Измерение больших емкостей (например, электролитических конденсаторов) проще всего производить путем разряда конденсатора на известное сопротивление R. Известно, что за время, равное постоянной времени цепи разряда конденсатора, его напряжение уменьшается в е раз, где е = 2,71… — основание натурального логарифма. Постоянная времени цепи разряда конденсатора на резистор определяется соотношением

Схема измерения емкости этим методом (рис. 6, в) состоит из источника постоянного напряжения питания, известного по величине сопротивления резистора R, электронного вольтметра PV, переключателя S и клемм для подключения конденсатора. С помощью переключателя S конденсатор С_х заряжается до напряжения источника питания, а после переключения конденсатора на разряд с помощью секундомера измеряют время t, по истечении которого конденсатор разрядится до напряжения U_пит/е. Емкость конденсатора определяется по формуле

Емкости конденсаторов можно измерять также с помощью мостов переменного тока.

Измерение индуктивностей

Измерение индуктивностей несколько сложнее. Это связано с тем, что любая катушка (обмотка трансформатора и т. п.) имеет кроме индуктивности еще и резистивное сопротивление. Поэтому во многих случаях измеряют предварительно полное сопротивление катушки индуктивности:

Оно может быть определено методом амперметра и вольтметра путем измерения напряжения и тока измерительными приборами схемы на переменном напряжении (рис. 7, a) z = U/I. При подаче на схему постоянного напряжения (рис. 7, б), как уже рассматривалось выше, можно определить резистивное сопротивление катушки R.

Рис. 7. Схемы измерения индуктивностей

Тогда

В свою очередь, индуктивное сопротивление

При известном значении частоты / напряжения питания легко найти величину искомого значения индуктивности

При малых значениях индуктивности (например, контурных катушек радиоэлектронных устройств) можно воспользоваться резонансной схемой, аналогичной схеме определения емкости резонансным методом.

Для измерения индуктивности можно использовать также мосты переменного тока, специальные измерительные приборы — ку- метры, позволяющие определять не только величину индуктивности, но и такую характеристику, как добротность катушки, характеризующие качество работы катушки в электронных схемах.

Измерение мощности

В электрических цепях измерение мощности удобнее рассматривать отдельно для цепей постоянного и переменного тока.

На постоянном токе основные формулы для определения мощности следующие:

В соответствии с приведенными формулами мощность в каком-то сопротивлении нагрузки R можно измерить тремя способами: с помощью вольтметра и амперметра (рис. 8, а), только вольтметром (рис. 8, б) и только амперметром (рис. 8, в). Во всех случаях после снятия показаний с приборов необходимо провести математические расчеты для определения собственно мощности.

Рис. 8. Схемы измерения мощности в цепях постоянного тока

Этого можно избежать, если для измерения мощности воспользоваться специальным прибором ваттметром (рис. 8, г). Как правило, выпускаемые промышленностью ваттметры изготавливаются на базе ферродинамического прибора (см. рис. 2.105). У ваттметров имеются две обмотки и соответственно четыре вывода. Одна из обмоток является токовой, через нее проходит ток к нагрузке, расходуемая мощность в которой подлежит измерению, а вторая — обмоткой напряжения. Она подключается непосредственно к источнику питания.

Измерение мощности на переменном токе имеет свои особенности. Во-первых, здесь существуют три различные мощности:

полная мощность, В * А,

S= UI,

активная мощность, Вт,

Р = UIcosφ;

реактивная мощность, вар,

Q = UIsinφ.

В этих формулах (φ — угол сдвига по фазе между током и напряжением.

Чаще всего интересуются полной и активной мощностями. Знание полной мощности необходимо для расчета токов в нагрузке, выбора сечения проводов и предохранителей. Активная мощность важна потому, что именно она характеризует ту мощность, которая в нагрузке преобразуется в теплоту, свет, звук и т.д.

Измерение полной мощности обычно производят, измеряя напряжение и ток вольтметром и амперметром и перемножая полученные значения. Активную мощность чаще всего измеряют с помощью ферродинамических ваттметров, которые кроме напряжения и тока учитывают и так называемый коэффициент мощности cosφ.

При подключении обмоток ваттметра к нагрузке, так же как и при постоянном напряжении, ваттметр непосредственно произведет измерение активной мощности.

На переменном токе достаточно часто приходится решать задачу измерения активной мощности в трехфазных цепях. Трехфазные цепи могут быть двух типов: трехпроводные и четырехпроводные. В трехпроводных цепях к нагрузке подходят три провода, обозначаемые буквами А, В, С. Для измерения активной мощности в такой цепи при любом варианте подключения элементов нагрузки к проводам достаточно подключить только два ваттметра так, как это показано на рис. 9.

Рис. 9. Схемы измерения мощности на переменном токе: а — трехпроводная система; б — четырехпроводная система

При этом необходимо соблюсти определенные правила подключения ваттметров. Выводы обмоток ваттметра, обозначенные на его корпусе звездочками, должны быть обращены в сторону источника энергии. Поэтому эти выводы получили название генераторные (подключаются к проводам, идущим от генератора). Суммарная активная мощность такой трехфазной системы находится как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров. При этом возможен вариант, когда показания одного из ваттметров могут быть отрицательными, т. е. его стрелка уйдет влево. Для снятия показаний с такого ваттметра необходимо поменять местами провода, подходящие к любой из обмоток, прочесть результат измерения, но в формулу подставить с отрицательным знаком.

Измерение активной мощности в четырехпроводных цепях требует использования трех ваттметров. Один из выводов каждого ваттметра здесь подключается к четвертому проводу, обычно называемому нулевым. Показания всех ваттметров могут быть только положительными, и суммарная активная мощность, потребляемая трехфазной цепью, будет равна сумме мощностей, измеряемых каждым из ваттметров:

Р_е = Р₁ + Р₂ + Р₃.

Один из наиболее простых методов измерения количества электричества — метод измерения с помощью так называемого баллистического гальванометра. Он представляет собой прибор магнитоэлектрической системы (см. рис. 2.103) с умышленно утяжеленной подвижной частью (с большим моментом инерции). Если на вход такого баллистического гальванометра подать кратковременный импульс напряжения, то подвижная часть прибора, получив как бы импульсный вращающий момент, начнет движение, причем уже после окончания входного импульса это движение еще будет продолжаться и стрелка прибора, двигаясь по инерции, отклонится до какого-то значения шкалы, а затем возвратится в исходное нулевое положение. В качестве отсчета на таком приборе необходимо отметить то максимальное отклонение стрелки α_mах от нулевого значения, которое наблюдалось во время ее движения по «баллистической траектории». Теория такого баллистического гальванометра показывает, что этот отсчет по максимальному отклонению стрелки оказывается пропорциональным количеству электричества, прошедшего через рамку такого прибора, т. е.

α_mах = Q/С₆,

где С_б—баллистическая постоянная, зависящая от конструктивных особенностей гальванометра.

Измерение количества электричества Q на обкладках предварительно заряженного конденсатора можно осуществить, разрядив его через баллистический гальванометр, и по максимальному отклонению его стрелки найти искомое значение количества электричества:

Q = С₆α_mах

При разработке новых сплавов, предназначенных для использования в электротехнических цепях, возникает необходимость в определении их удельного сопротивления. Под удельным сопротивлением понимают сопротивление проводника сечением 1 мм²

и длиной 1м. Соответственно такое удельное сопротивление р измеряется в единицах Ом — (мм^{2/м). Для его измерения выбирают отрезок проводника, желательно небольшого сечения, и измеряют его сопротивление любым из рассмотренных выше методов. После этого расчетным путем приводят величину этого сопротивления к сечению 1 мм2 и длине 1 м, что не представляет каких- либо трудностей, и получают значение удельного сопротивления. Для получения большей точности измерения желательно длину проводника брать по возможности большей.}

Для многих изоляционных материалов представляет определенную ценность определение их диэлектрической проницаемости ε. Одним из простейших способов ее измерения является способ косвенного измерения с последующим расчетом величины диэлектрической проницаемости. Известно, что емкость простейшего конденсатора, состоящего из двух одинаковых пластин площадью S, расположенных на расстоянии δ друг от друга, с диэлектриком, заполняющим все пространство между пластинами, определяется по формуле

где ε — диэлектрическая проницаемость материала между пластинами.

Рис. 10. Схема для измерения диэлектрической постоянной изоляционных материалов

Измерение диэлектрической проницаемости материала производят с помощью конденсатора (рис. 10), между пластинами которого помещают испытуемый материал, а также измерения емкости такого элементарного конденсатора любым из описанных выше методов. Численную величину диэлектрической проницаемости определяют по формуле

Развитие радиоэлектроники и установок для высокочастотного воздействия на материалы машиностроения привело к тому, что практически все пространство заполнено электромагнитными волнами.

В мире работают миллионы передающих радиостанций, многие из которых излучают значительные мощности (например, радиолокационные станции дальнего обнаружения, вещательные радиостанции и т. п.). Для оценки электромагнитных волн часто возникает необходимость определения их уровня. Обычно об уровне электромагнитных волн судят по напряженности электрического поля, величина которого аналитически может быть пересчитана в мощность электромагнитного поля. Напряженность электрического поля наиболее часто измеряют с помощью рамочной антенны (рис. 11), которая представляет собой плоскую катушку, намотанную на каркас Е из какого- либо диэлектрика. (На рис. 11 для простоты изображен только один виток.)

Рис. 11. Измерение напряженности электрического поля

Диаграмма направленности такой антенны показывает, что максимум принимаемого излучения идет со стороны, лежащей в плоскости витков катушки. Это позволяет не только производить измерение напряженности электрического поля, но и определять направление на источник высокочастотных излучений по максимальной величине напряжения на выходе рамки при ее поворотах относительно вертикальной оси. Напряженность электрического поля определяется по величине напряжения на выходе рамки по следующей формуле, В/м:

где U — напряжение на выходе рамки, В; f — частота принимаемого сигнала, Гц; n — число витков в рамке; S— площадь рамки, м^2.

Обычно на геометрические размеры рамки в зависимости от частоты сигнала напряженность поля которого определяется, накладываются определенные ограничения. В частности, на частотах более 30 МГц более точные результаты получаются, если вместо рамочной антенны использовать полуволновый диполь, представляющий собой проводник длиной в половину длины волны, разрезанный посередине. Напряжение с диполя снимается с центральной разрезанной части. Значение напряженности электрического поля можно определить по следующей формуле:

где f— частота, Гц; U— напряжение на выходе диполя, В.

Диполь, так же как и рамка, позволяет определять направление, с которого приходит сигнал, так как обладает определенной направленностью, что видно из диаграммы направленности. Максимум принимаемых сигналов определяется перпендикуляром к плоскости диполя. Именно так ориентированы телевизионные антенны по отношению к телевизионной вышке.

Напряжение на выходе рамки или диполя можно измерять с помощью электронного вольтметра непосредственно при сильных сигналах или применяя электронные усилители. В этом случае, используя селективные свойства усилителей, можно определить уровень напряженности электрического поля определенной частоты. Нужно учесть, что уровень сигнала на выходе рамки и частично диполя складывается из большого числа электромагнитных полей, существующих в пространстве в районе расположения приемного устройства от различных источников (передатчиков).

При необходимости определить частоту высокочастотного сигнала можно, если он сильный, используя непосредственное включение электронного частотомера на выход рамки или диполя. При слабых сигналах и использовании усилителей можно по их частотной настройке определять частоты сигналов, наведенные в рамке или диполе, т. е. так, как обычно по шкале радиоприемника можно определить длину волны или частоту принимаемой станции.

www.eti.su

Что такое электрические измерения?

Администратор

Электрические измерения — это измерения, измеряющие напряжение, ток, мощность и сопротивление в электрической цепи. Также включены те, которые измеряют электрические характеристики самой схемы и материалов или компонентов, входящих в нее. Кроме того, электрическими измерениями являются измерения электромагнитного поля, окружающего проводник с электрическим током. Все типы электрических измерений включают методы, устройства и расчеты, характерные для измерений.

Наиболее часто измеряемые величины в электрической цепи обычно определяются с помощью счетчика. Амперметр измеряет ток в амперах, вольтметр измеряет напряжение в вольтах и ​​омметр измеряет сопротивление в омах. Электрическая мощность цепи в ваттах, которая является продуктом ее напряжения и тока, может быть рассчитана после определения этих двух величин или, если известно сопротивление и одно из величин, путем применения Закона Ома. Функции амперметра, вольтметра и омметра объединены в устройстве, известном как мультиметр. Он имеет переключатель на передней панели, который позволяет пользователю выбирать функцию счетчика и чувствительность измерения.

Электрическое поле вокруг проводника может воздействовать на другие проводники в его окрестности, и электрические измерения его характеристик часто можно вывести из того эффекта, который он оказывает на эти проводники. Если электрический ток в проводнике изменяется или находится в потоке, он генерирует магнитное поле, способное индуцировать ток в любом другом проводнике внутри поля. Магнитное поле вокруг проводника с изменяющимся электрическим током, такое как одно, несущее переменный ток в постоянном состоянии, может быть измерено датчиком Холла. С другой стороны, стационарный ток генерирует электростатическое поле, которое можно определить с помощью электрометра, который измеряет силу отталкивания, вызванную полем в двух подобных проводниках.

Электрические схемы и их компоненты имеют характеристики, которые влияют на способность схемы проводить ток и генерировать магнитное поле. Электрические измерения этих характеристик часто определяются расчетами, основанными на измеряемых величинах цепи, таких как напряжение, ток и сопротивление. Например, емкость электрического устройства, предназначенного для зарядки, как и батарея, определяется из измерений электрической мощности и времени, затраченного на ее зарядку. Индуктивность, способность схемы генерировать напряжение при погружении в магнитное поле, можно определить путем измерения прочности поля с датчиком Холла и количества тока, генерируемого в цепи амперметром.

Теги: Электрические измерения

---

www.norma-stab.ru

Тема 5.1 Измерение напряжения и силы тока Общие сведения

Измерение напряжения и силы тока – самый распространенный вид измерений. Эти измерения производятся в широком диапазоне частот – от постоянного тока до сверхвысоких частот

Измерения постоянных напряжения и тока заключается в нахождении их значений и полярности. Целью измерения переменных напряжений и токов является нахождение их параметров: амплитудного мгновенного значения, среднеквадратического значения и т.д. Переменное напряжение (переменный ток) промышленной частоты имеет синусоидальную форму

U=Umsin(wt+), а его значения характеризуются амплитудой, частотой и фазой. Кроме того напряжение может иметь прямоугольную и треугольную форму, а также форму несинусоидальную.

Уровень переменного напряжения (тока) можно определить по амплитудному, среднеквадратическому (действующему, эффективному), среднему (постоянной составляющей) и средневыпрямленному значениям.

Мгновенные значения напряжений наблюдают на экране осциллографа или дисплея.

Амплитуда (высота, пиковое значение) Um– наибольшее мгновенное значение напряжения (тока) за интервал наблюдения. При разнополярных несимметричных формах сигналов различают два амплитудных значения: положительное и отрицательное.

Среднеквадратическое (действующее значение) напряжения равно корню квадратному из среднего квадрата его мгновенного значения за период . Если периодический сигнал несинусоидален, то квадрат среднеквадратического значения равен сумме квадратов постоянной составляющей и среднеквадратическим значениям гармоник…

Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения или тока равна среднему арифметическому всех мгновенных значений за период .

Средневыпрямленное значение определяется как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период

. Для напряжения одной полярности среднее и средневыпрямленное значения равны, для разнополярных напряжений они отличаются. В таблице М2-1 приведены эти параметры для различных форм сигналов

Таблица М2-1. Количественные соотношения для распространенных форм сигналов

Форма сигнала	амплитуда	Средневыпрямленное значение	Среднеквадратическое Значение
синусоидальный	Um	0,637 Um	0,707 Um
прямоугольный	Um	Um	Um
треугольный	Um	0,5 Um	0,577 Um

Чаще всего измеряют напряжение, так как для него прибор подключается параллельно. Для измерения тока прибор необходимо подключать в разрыв цепи.

Для измерения напряжения или тока применяют следующие основные методы измерений:

• непосредственной оценки, при котором числовое значение измеряемой величины определяется по отсчетному устройству, отградуированному в единицах этой величины;

• сравнения, при котором значение измеряемой величины определяется на основе сравнения воздействия измеряемой величины на какую-либо систему с воздействием на эту же систему образцовой меры. Этот метод имеет три разновидности: нулевой, дифференциальный и замещения.

Приборы для измерения напряжения или тока делятся на два класса: непосредственной оценки, когда значение измеряемой величины определяется по отсчетному устройству, и сравнения , состоящие из цепи сравнения и измерителя разности измеряемой величины и меры.

Оба класса приборов делятся в свою очередь на аналоговые и цифровые.

К аналоговым приборам относятся стрелочные приборы, приборы со световым указателем, приборы с ручным или автоматическим уравновешиванием и самопишущие. На рисунке М2-4 показана общая структурная схема аналогового измерительного прибора непосредственной оценки. Входное устройство и измерительный преобразователь преобразуют измеряемую величину х(t) в некоторую промежуточную величинуy(t), находящуюся в определенной зависимости от измеряемой величины. Измерительный механизм преобразует подводимую электрическую энергию в механическую энергию перемещения подвижной части механизма. При этом между перемещениями подвижной части механизма и измеряемой величиной должна существовать однозначная зависимость. Отсчетное устройство показывает величину измеряемого напряжения или тока.

Рисунок М2-4.Структурная схема аналогового измерительного прибора непосредственной оценки

К цифровым приборам относятся цифровые приборы.

Все приборы могут быть разделены на электромеханические, электротепловые, электронные и электронно-лучевые.

Электромеханические приборы. Они относятся к приборам непосредственной оценки аналогового типа. В них для перемещения подвижной части прибора используются различные электромагнитные процессы. В зависимости от физического явления, используемого для преобразования подводимой электромагнитной энергии в механическую энергию перемещения подвижной части они делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические..

Принцип работы электромеханических приборов показан в таблице М2-2

Магнитоэлектрическая система – измерительный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током. Рамка помещена в поле постоянного магнита. Под воздействием тока рамка вращается в магнитном поле и отклоняет стрелку. На основе магнитоэлектрического механизма строятся вольтметры, амперметры. Они имеют высокую точность и высокую чувствительность, но работают только на постоянном токе.

Электромагнитная система – измерительный механизм состоит из воздушной катушки, которая втягивается в ферромагнитный сердечник при любой полярности тока. Прибор может работать на переменном токе, но является низкочастотным. (до 5 кГц). С ростом частоты индуктивное сопротивление катушки возрастает и она не может втянуть сердечник. Класс точности невысок. Часто по этому принципу делают щитовые амперметры и вольтметры на определенную частоту.

Электродинамическая система – измерительный механизм содержит две измерительные катушки (подвижную и неподвижную), электромагнитные поля которых взаимодействуют, а вращающий момент пропорционален протекающему току. Достоинством таких приборов является высокая точность на переменном токе, но частота также невысока. Приборы этого типа используются как образцовые лабораторные.

Электростатические приборы основаны на взаимодействии электрически заряженных проводников. Подвижная алюминиевая пластина, закрепленная вместе со стрелкой, перемещается за счет воздействия тока в неподвижной пластине. По принципу действия эти приборы являются вольтметрами. Достоинства – широкий диапазон частот и малая мощность, потребляемая из электрической цепи. Все указанные приборы измеряют действующее значение напряжения.

Таблица М2-2

Описанные выше приборы не решают многих проблем: магнитоэлектрические точны, но работают на постоянном токе, электромагнитный и электродинамический принцип работает на низкой частоте, электростатический обладает низкой чувствительностью. Поэтому расширяют возможности измерений на переменном токе за счет сочетания магнитоэлектрического механизма и преобразователя из переменного тока в постоянный. Таким образом можно получить точный прибор на переменном токе. Преобразователи в данных приборах применяются выпрямительные и термоэлектрические. В выпрямительных приборах основным узлом является преобразователь переменного тока в постоянный, выполненный на диодах.. Основные операции в вольтметре – переменное напряжение преобразуется в постоянное с помощью диода, выделяется постоянная составляющая и измеряется. Т.к. магнитоэлектрический измеритель реагирует на постоянный (средневыпрямленный ток), то прибор градуируется в действующих значениях синусоидального тока, т.е. на шкале показывается не то значение, которое измеряется , а умноженное на коэффициент формы синусоиды Кф=1,11 (Кф=U/Uс.в.). Поэтому при измерении негармонических сигналов возникают методические погрешности. Из-за применения диодов класс точности уменьшается и становится 1,5 – 2,5 %. По этому принципу строятся переносные амперметры и вольтметры на постоянном и переменном токе, тестер,например.

При термоэлектрическом преобразовании переменного тока в постоянный, преобразователь включает в себя нагреватель, по которому протекает измеряемый ток, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС. В цепь термопары включен микроамперметр, измеряющий термоток.. Поскольку переменный ток преобразуется в постоянный путем превращения электрической энергии в тепло, прибор будет показывать действующее значение тока. Достоинство этих приборов – широкий диапазон часто – до 10 МГц, недостаток – невысокая чувствительность и низкий класс точности. Применяются в качестве амперметров на повышенную частоту.

Электронные приборы. Эти приборы широко используются для измерения тока и напряжения. Они представляют собой сочетание электронного преобразователя, выполненного на электронных лампах или транзисторах или интегральных микросхемах и магнитоэлектрического ( для аналоговых) или цифрового измерителя (отсчетного устройства). Цифровые электронные вольтметры в отличие от аналоговых содержат аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и устройство цифрового отсчета

Измерение силы тока

Измерение постоянного тока

Измерение тока возможно методом непосредственной оценки аналоговыми и цифровыми амперметрами, а также косвенно. Диапазон измеряемых токов от тысячных долей ампер до сотен тысяч ампер.

Метод непосредственной оценки.

Амперметр включается последовательно в разрыв цепи. Такое включение увеличивает общее сопротивление и уменьшает протекающий ток. Поэтому необходимо, чтобы внутренне сопротивление амперметра было как можно меньше.

Относительная погрешность измерения тока .

Для измерения постоянного тока могут быть использованы приборы всех электроизмерительных систем (кроме электростатической): магнитоэлектрические, электродинамические, аналоговые и цифровые электронные амперметры. Измерение малых токов осуществляется магнитоэлектрическим измерителем совместно с усилителем постоянного тока (УПТ), высокочувствительными магнитоэлектрическими зеркальными гальванометрами и гальванометрическими компенсаторами.

Магнитоэлектрические приборы просты и высокоточны и непосредственно измеряют токи от 0,1 до 300 мА. Для расширения пределов измерения применяются специальные резисторы – шунты, позволяющие в сотни раз расширить пределы измерений. На рис. М2-5. приведена схема включения миллиамперметра с шунтом и без него.

Рисунок М2-5. Схема включения миллиамперметра

Шунты – это сопротивления, включаемые параллельно измеряемому устройству и служащие для расширения пределов по измеряемому току. Ток, протекающий через прибор , гдеnкоэффициент шунтирования. Сопротивление шунта выбирается так, чтобы большая часть тока протекала через шунт, а остальная часть не превышала бы допустимого значения для данного прибора. Конструкции шунтов определяются пределами измерений. Шунты для измерения сравнительно небольших токов (до 30 А) монтируются в корпусе прибора. Токи большего значения измеряются с помощью наружных шунтов. Достоинства магнитоэлектрических приборов – высокая точность ( до класса 0,05), малое потребление мощности, отсутствие влияния внешних цепей вследствие сильного собственного магнитного поля. Недостаток – малая перегрузочная способность и зависимость от температуры окружающей среды.

Гальванометры постоянного тока применяют для измерения малых значений токов и напряжений. Они могут строиться на принципе любой электроизмерительной системы. Чаще всего применяются гальванометры магнитоэлектрической системы, обеспечивающие высокую чувствительность (до ).

Косвенное измерение тока.

Косвенное измерение тока осуществляется с помощью образцового резистора, включаемого в разрыв цепи, и высокочувствительного измерителя напряжения, измеряющего падение напряжения на образцовом резисторе. Измеряемый ток определяется Ix=U/R.Для получения минимальной погрешности сопротивление образцового резистора должно быть меньше сопротивления цепи, в которой измеряется ток.

studfile.net