+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Электрическое напряжение. Измерение напряжения

На одном из прошлых уроков мы с вами говорили об электрическом поле. Давайте вспомним, что эта особая форма материи, посредством которой взаимодействуют заряженные тела. Реальность существования электрического поля подтверждается его конкретным действием: оно действует на внесённый заряд с определённой силой.

Примером может служить электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем. Следовательно, электрическое поле способно совершить работу, которую называют работой тока.

Рассматривая перемещение электрического заряда в поле другого заряда и совершаемую при этом работу, очень полезно прибегнуть к сравнению с перемещением тел в поле тяготения Земли. Действительно, при падении какого-либо тела, сила тяжести будет разгонять его, увеличивая кинетическую энергию, и, тем самым, совершая положительную работу. Подобно этому, электрическое поле, созданное, например, отрицательно заряженным шаром, будет действовать на помещённый в любую точку положительный заряд и также, совершая положительную работу, будет увеличивать его кинетическую энергию. В обоих случаях

величина работы будет зависеть от положения начальной и конечной точек.

Для удобства расчёта работы в электрическом поле вводят особую величину — электрическое напряжение, или просто напряжение.

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Обозначается оно латинской буквой U.

Каждый из вас, конечно же, видел строгое предупреждение: «Внимание! Высокое напряжение! Опасно для жизни!». Возникают закономерные вопросы. Во-первых, почему используют слово «высокое»? А во-вторых (что самое главное), почему высокое напряжение опасно для жизни?

Для лучшего понимания этой величины познакомимся с международной единицей электрического напряжения. Она называется вольтом (В), в честь итальянского учёного А. Вольта, впервые создавшего источник электрического.

1 В — это напряжение между такими двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда в 1 Кл совершается работа 1 Дж.

В практике используются также кратные и дольные ему единицы:

Таким образом, напряжение — это характеристика работоспособности электрического поля на рассматриваемом участке. С точки же зрения математики можно говорить о прямой зависимости произведённой работы от напряжения.

А если будет перемещаться не единичный заряд в 1 Кл, а заряд, в два, три, пять раз больший? Во столько же раз будет больше и произведённая работа.

Значит, работа сил электрического поля может быть найдена как произведение значений перенесённого заряда и напряжения:

A = qU.

Вернёмся к аналогии поля тяготения и электрического поля. Напряжение в определённой мере можно сравнить с изменением высоты, с которой падает тело. Мы знаем, что чем выше находится тело, тем бо́льшую работу совершит сила тяжести. Поэтому неудивительно, что часто вместо того, чтобы говорить «маленькое напряжение», говорят «низкое напряжение», а вместо «большое напряжение» — «высокое напряжение».

Вы уже знакомы с прибором для измерения силы тока — амперметром, показания которого зависят от ежесекундно протекающего в цепи заряда. А для измерения напряжения служит другой прибор, называемый вольтметром.

Но каков принцип измерения напряжения, то есть что такое вольтметр? Ответ на этот вопрос вас, безусловно, удивит: напряжение можно измерять прибором, конструкция, а значит, и внешний вид которого абсолютно не отличается от конструкции амперметра. Разберёмся в этой непростой ситуации внимательно. Пусть есть простейшая электрическая цепь из источника тока, нагрузки (лампочки) и ключа.

Для измерения силы тока мы должны разорвать цепь в какой-либо точке и включить туда прибор, через который потечёт весь ток цепи. Такой прибор — это уже известный нам амперметр. А теперь возьмём ещё один электроизмерительный прибор и подключим его, не разрывая цепи, к выводам нагрузки. Такое подключение прибора называют параллельным подключением.

А покажет ли что-нибудь этот прибор? Конечно же, да. Ведь если мы на некотором участке параллельно руслу реки пророем достаточной глубины канал, то часть воды пойдёт и по прорытому каналу. Так и в нашей цепи ток пройдёт через подключённый нами прибор. Этот прибор и называют вольтметром. На электрических схемах он обозначается кружочком, в центре которого расположена буква

V:

Так же, как и у амперметра, у одного зажима вольтметра стоит знак «плюс», а у другого — «минус». Поэтому нужно обязательно следить за правильным включением вольтметра в электрическую цепь.

Пример решения задачи.

Задача. В электроприборе при напряжении 220 В за 1 мин перемещается заряд 160 Кл. Каково значение мощности электроприбора?

В чем измеряется напряжение? Единица измерения электрического напряжения

Возможно, ли представить свою жизнь без электричества? Современный человек плотно окружил себя бытовыми приборами, помогающими в жизни. Мы уже не можем представить себя и свою жизнь без умных домашних помощников.

В технике все чаще переходят на использование электроэнергии. Даже транспорт постепенно переводится на электродвигатели, что позволяет уменьшить существенный вред, наносимый природе.

Сегодня мы попытаемся дать ответ на следующие вопросы:

  • Что такое электрический ток?
  • Что такое электрическое напряжение?
  • Как определить напряжение?
  • В чем измеряется напряжение?

Что такое ток?

На заре изучения электричества его получали трением одного тела о другое. Больший запас заряда можно было получить во время грозы, используя естественный разряд – молнию. Известно, что этот способ стоил жизни ученику М. В. Ломоносова — Рихтеру.

Сам заряд использовать сложно и нерационально. Необходимо получить его направленное движение – электрический ток. Свойства тока:

  • нагревание проводника;
  • химическое действие;
  • механическое действие;
  • магнитное действие.

Их используют в быту и технике. Необходимым условием существования тока считают наличие источника тока, свободных электрических зарядов и замкнутого проводника.

История вопроса

В 1792 году известный итальянский физик, физиолог и изобретатель Алессандро Вольта заинтересовался выводами соотечественника Луиджи Гальвани о природе импульсов тока в органах животных. Длительное наблюдение за поведением лапок лягушек, закрепленных на металлических крючках, позволило ему сделать вывод, что источником электричества является не живой организм, а контакт разнородных металлов. Именно это обстоятельство способствует протеканию электричества, а реакция нервных окончаний — только физиологическое действие тока.

Уникальное открытие привело к созданию первого в мире источника постоянного тока, получившего название «Вольтов столб». Разнородные металлы (Вольта утверждал, что они должны быть удалены друг от друга в ряду химических элементов) прокладываются бумагой, пропитанной жидким «проводником второго рода».

Этот прибор стал первым источником постоянного напряжения. Единица измерения электрического напряжения увековечила имя Алессандро Вольта.

Источник постоянного тока

Основной элемент электрической цепи – источник тока. Его назначение – создавать электрическое поле, под действием которого свободные заряженные частицы (электроны, ионы) приходят в направленное движение. Накапливаемые на отдельных элементах источника заряды (их называют полюсами) имеют различные знаки. Сам заряд перераспределяется внутри источника под действием сил неэлектрической природы (механических, химических, магнитных, тепловых и так далее). Электрическое поле, созданное полюсами вне источника тока, производит работу по передвижению заряда в замкнутом проводнике. О необходимости замкнутой цепи для создания постоянного тока говорил еще Алессандро Вольта.

Поскольку в источниках под действием сил неэлектрической природы происходит движение заряда, значит, можно утверждать, что эти силы совершают работу. Назовем их сторонними. Отношение работы сторонних сил по переносу заряда внутри источника тока к величине заряда называют электродвижущей силой.

Математическая запись этого соотношения:

где Е – электродвижущая сила (ЭДС), Аст – работа сторонних сил, q – заряд, переносимый сторонними силами в источнике.

ЭДС характеризует способность источника создавать ток, но основной характеристикой источника иногда считают электрическое напряжение (разность потенциалов).

Напряжение

Отношение работы поля по передвижению заряда в проводнике к величине заряда получило название электрического напряжения.

Чтобы его определить, нужно величину работы поля разделить на величину заряда. Пусть A — работа, совершенная электрическим полем источника тока по перемещению заряда q. U — электрическое напряжение. Математическая запись соответствующей формулы:

Как любая физическая величина, напряжение имеет единицу измерения. В чем измеряется напряжение? По фамилии изобретателя первого в мире источника постоянного тока Алессандро Вольта этой величине дали собственную единицу измерения. В системе интернациональной напряжение измеряется в вольтах (В).

Напряжением в 1 В считается напряжение электрического поля, совершающего работу в 1 Дж по перемещению заряда в 1 Кл.

  • В = Дж/Кл = Н•м/(А•с) = кг•м/(А•с3).

В основных единицах системы СИ единица измерения электрического напряжения:

Необходимая величина

Почему недостаточно, характеризуя ток, вводить понятие силы тока? Проведем мысленный эксперимент. Возьмем две различные лампы: обыкновенную бытовую лампу и лампу от карманного фонарика. При подключении их к разным источникам тока (городской сети и батарейке) можно получить абсолютно одинаковое значение силы тока. При этом бытовая лампа дает больше света, то есть работа тока в ней значительно больше.

Разные источники тока имеют различное напряжение. Поэтому эта величина крайне необходима.

Полезная аналогия

Понимание физического смысла электрического напряжения приходит, если вникнуть в интересную аналогию. В сообщающихся сосудах жидкость перетекает из трубки в трубку, если в них существует разность давлений. Ток жидкости прекращается в случае равенства давлений.

Если ток жидкости сопоставить с течением электрического заряда, то разность давлений столбов жидкости играет ту же роль, что и разность потенциалов в источнике тока.

Пока внутри источника тока происходят процессы, сопровождающие перераспределение заряда на полюсах, он способен создавать ток в проводнике. Напряжение электрического тока измеряется в вольтах, разность давлений имеет единицу измерения – паскаль.

Переменный ток

Электрический ток, периодически меняющий свое направление, называется переменным. Создается он источником переменного напряжения. Чаще всего это генератор. Попробуем пояснить: в чем измеряется напряжение переменного тока?

Сам принцип генерации тока основан на явлении электромагнитной индукции. Вращение замкнутого контура в магнитном поле приводит к появлению разности потенциалов в проводнике. Напряжение тока измеряется в вольтах и в случае меняющегося тока.

Можно ли утверждать, что напряжение не меняется? Очевидно, что вследствие изменения угла между плоскостью контура и нормалью к нему, создаваемое напряжение изменяется с течением времени. Его значение растет от нуля до некоторого максимального значения, затем падает вновь до нуля. Говорить об определенной величине не приходится. Вводят так называемое действующее значение напряжения:

Каким прибором измеряется напряжение?

Прибор для измерения электрического напряжения – вольтметр. Принцип его действия основан на взаимодействии контура с током и магнитного поля постоянного магнита. Известно, что контур с током вращается в магнитном поле. В зависимости от величины тока в контуре угол поворота меняется.

Если к контуру прикрепить стрелку, то она отклоняется от нулевого значения при протекании тока в контуре (чаще катушке). В зависимости от того, в чем измеряется напряжение, градуируют шкалу прибора. Возможно применение дольных и кратных величин.

В случае низких значений электрическое напряжение измеряется в милливольтах или микровольтах. Наоборот, в высоковольтных сетях используют кратные единицы.

Любой вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором проводится измерение напряжения. Основным свойством контура прибора можно назвать высокое омическое сопротивление. Вольтметр, независимо от того, в чем измеряется напряжение, не должен влиять на силу тока в цепи. По нему пропускается незначительный ток, существенно не влияющий на основное значение.

Таблица напряжений

Физический прибор

Напряжение на его контактах, В

Вольтов столб

1,1

Батарейка карманного фонаря

1,5

Щелочной аккумулятор

1,25

Кислотный аккумулятор

2

Городская сеть

220

Высоковольтные линии электропередачи

500 000

Между облаками в грозу

До 100 000 000

Практическое применение вольтметра

Для эффективного использования вольтметра стоит научиться им пользоваться. Любопытному экспериментатору можно посоветовать обратиться к школьным педагогам.

Школьные кабинеты физики снабжены лабораторными и демонстрационными приборами для измерения напряжений.

Эксплуатировать любой вольтметр стоит с осторожностью, соблюдая простые правила:

  1. Вольтметр имеет максимальный предел измерения. Это наибольшее значение на его шкале. Не стоит подключать его в цепь, содержащую элемент большего напряжения.
  2. Если нет другого источника или вольтметра, можно использовать систему дополнительных сопротивлений. При этом шкала вольтметра также должна быть изменена.
  3. В цепь постоянного тока электроприборы подключаются в зависимости от указаний знака заряда на его клеммах. Положительная клемма источника тока обязательно подключается к положительному разъему вольтметра, отрицательная – к отрицательному. Если перепутать, то стрелки прибора могут погнуться, что крайне нежелательно.
  4. Все подключения делают исключительно к обесточенной цепи.

Вредно для здоровья

Действие электрического тока может оказаться небезопасным для человека. Считается безвредным напряжение менее 24 В.

Действие тока под напряжением городской сети (220 В) достаточно ощутимо. Прикосновение к оголенным контактам сопровождается существенным «ударом тока».

Напряжение во время грозы пропускает столь высокий ток через тело человека, что грозит ему летальным исходом. Не стоит рисковать своей жизнью и здоровьем.

Как измерять величину напряжение вольтметром

Вольтметр – это измерительный прибор, который предназначен для измерения напряжения постоянного или переменного тока в электрических цепях.

Вольтметр подключается параллельно к выводам источника напряжения с помощью выносных щупов. По способу отображения результатов измерений вольтметры бывают стрелочные и цифровые.

Величина напряжения измеряется в Вольтах, обозначается на приборах буквой В (в русском языке) или латинской буквой V (международное обозначение).

На электрических схемах вольтметр обозначается латинской буквой V, обведенной окружностью, как показано на фотографии.

Напряжение тока бывает постоянное и переменное. Если напряжение источника тока переменное, то перед значением ставится знак «~«, если постоянного, то знак ««.

Например, переменное напряжение бытовой сети 220 Вольт кратко обозначается так:

~220 В или ~220 V. На батарейках и аккумуляторах при их маркировке знак «» часто опускается, просто нанесено число. Напряжение бортовой сети автомобиля или аккумулятора обозначается так: 12 В или 12 V, а батарейки для фонарика или фотоаппарата: 1,5 В или 1,5 V. На корпусе в обязательном порядке наносится маркировка возле положительного вывода в виде знака «+«.

Полярность переменного напряжения изменяется во времени. Например, напряжение в бытовой электропроводке изменяет полярность 50 раз в секунду (частота изменения измеряется в Герцах, один Герц равен одному изменению полярности напряжения в одну секунду).

Полярность постоянного напряжения во времени не меняется. Поэтому для измерения напряжения переменного и постоянного тока требуются разные измерительные приборы.

Существуют универсальные вольтметры, с помощью которых можно измерять как переменное, так и постоянное напряжение без переключения режимов работы, например, вольтметр типа Э533.

Как измерять напряжение в электропроводке бытовой сети

Внимание! При измерении напряжения величиной выше 36 В недопустимо прикосновение к оголенным провода,так как это может привести к поражению электрическим током!

Согласно требованиям ГОСТ 13109-97 действующее значение напряжения в электрической сети должно быть 220 В ±10%, то есть может изменяться в пределах от

198 В до 242 В. Если в квартире стали тускло гореть лампочки или часто перегорать, стала нестабильно работать бытовая техника, то для принятия мер, требуется сначала измерять значение напряжения в электропроводке.

    Приступая к измерениям, необходимо подготовить прибор:
– проверить надежность изоляции проводников с наконечниками и щупов;
– установить переключатель пределов измерений в положение измерения переменного напряжения не менее 250 В;

– вставить разъемы проводников в гнезда прибора ориентируясь по надписям возле них;

– включить измерительный прибор (если необходимо).

Как видно на картинке, в тестере выбран предел измерения переменного напряжения 300 В, а в мультиметре 700 В. Во многих моделях тестеров, нужно установить в требуемое положение сразу несколько переключателей. Род тока (~ или –), вид измерений (В, А или Омы) и еще вставить концы щупов в нужные гнезда.

В мультиметре конец щупа черного цвета вставлен в гнездо COM (общее для всех измерений), а красного в V, общий для изменения постоянного и переменного напряжения, тока, сопротивления и частоты. Гнездо, обозначенное ma , используются для измерения малых токов, 10 А при измерении тока достигающего 10 А.

Внимание! Измерение напряжения, когда штекер вставлен в гнездо 10 А выведет прибор из строя. В лучшем случае перегорит вставленный внутри прибора предохранитель, в худшем придется покупать новый мультиметр. Особенно часто допускают ошибки при использовании приборов для измерения сопротивления, и, забыв переключить режим, измеряют напряжение. Встречал не один десяток таких неисправных приборов, с горелыми резисторами внутри.

После проведения всех подготовительных работ можно приступать к измерению. Если Вы включили мультиметр, а на индикаторе не появились цифры, значит, либо в прибор не установлена батарейка или она уже выработала свой ресурс. Обычно в мультиметрах применяется батарейка типа «Крона», напряжением 9 В, срок годности которой один год. Поэтому, даже если прибор не использовался долгое время, батарейка может быть неработоспособна. При эксплуатации мультиметра в стационарных условиях целесообразно вместо кроны использовать адаптер ~220 В/–9 В.

Вставляете концы щупов в розетку или прикасаетесь ними к проводам электропроводки.

Мультиметр сразу покажет напряжение в сети, а вот в стрелочном тестере показания надо еще уметь прочитать. На первый взгляд, кажется, что сложно, так как много шкал. Но если присмотреться, то становится ясно, по какой шкале считывать показания прибора. На рассматриваемом приборе типа ТЛ-4 (который безотказно мне служит более 40 лет!) есть 5 шкал.

Верхняя шкала используется для снятия показаний, когда переключатель стоит в положениях кратных 1 (0,1, 1, 10, 100, 1000). Шкала, расположенная чуть ниже, кратных 3 (0,3, 3, 30, 300). При измерениях напряжения переменного тока величиной 1 В и 3 В, нанесены еще 2 дополнительные шкалы. Для измерения сопротивления имеется отдельная шкала. Аналогичную градуировку имеют все тестеры, но кратность может быть любая.

Так как предел измерений был выставлен ~300 В, значит, отсчет нужно производить по второй шкале с пределом 3, умножив показания на 100. Цена маленького деления равна 0,1, следовательно, получается 2,3 + стрелка стоит посередине между штрихами, значит, берем значение показаний 2,35×100=235 В.

Получилось, что измеренное значение напряжения составляет 235 В, что в пределах допустимого. Если в процессе измерений наблюдается постоянное изменение значения цифр младшего разряда, а у тестера стрелка постоянно колеблется, значит, имеются плохие контакты в соединениях электропроводки и необходимо провести ее ревизию.

Как измерять напряжение батарейки


аккумулятора или блока питания

Так как напряжение источников постоянного тока обычно не превышает 24 В, то прикосновение к клеммам и оголенным проводам не опасно для человека и особых мер безопасности соблюдать не требуется.

Для того, чтобы оценить годность батарейки, аккумулятора или исправность блока питания требуется измерять напряжение на их выводах. Выводы у круглых батареек находятся по торцам цилиндрического корпуса, положительный вывод обозначен знаком «+».

Измерение напряжения постоянного тока практически мало чем отличается от измерения переменного. Нужно просто переключить прибор в соответствующий режим измерения и соблюдать полярность подключения.

Величина напряжения, которое создает батарейка обычно нанесена на ее корпусе. Но даже если результат измерений показал достаточное напряжение, это еще не говорит о том, что батарейка хорошая, так как измерена ЭДС (электро движущая сила), а не емкость батарейки, от которой зависит продолжительность работы изделия, в которое она будет установлена.

Для более точной оценки емкости батарейки нужно напряжение измерять, подсоединив к ее полюсам нагрузку. В качестве нагрузки для батарейки 1,5 В хорошо подходит лампочка накаливания для фонарика, рассчитанная на напряжение 1,5 В. Для удобства работы нужно припаять к ее цоколю проводники.

Если напряжение под нагрузкой снижается менее, чем на 15%, то батарейка или аккумулятор вполне пригодны для эксплуатации. Если нет измерительного прибора, то можно судить о годности к дальнейшей эксплуатации батарейки по яркости свечения лампочки. Но такая проверка не может гарантировать продолжительность работы батарейки в устройстве. Она лишь свидетельствует, что в настоящее время батарейка еще пригодна к эксплуатации.

Конвертер электростатического потенциала и напряжения • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Плазменная лампа

Общие сведения

Поднимаясь в гору, мы совершаем работу против силы притяжения

Поскольку мы живём в эпоху электричества, многим нам с детства знакомо понятие электрического напряжения: ведь мы порой, исследуя окружающую действительность, получали от него немалый шок, засунув тайком от родителей пару пальцев в розетку питания электрических устройств. Поскольку вы читаете эту статью, ничего особо страшного с вами не произошло — трудно жить в эпоху электричества и не познакомится с ним накоротке. С понятием электрического потенциала дело обстоит несколько сложнее.

Будучи математической абстракцией, электрический потенциал лучше всего по аналогии описывается действием гравитации — математические формулы абсолютно схожи, за исключением того, не существуют отрицательные гравитационные заряды, так как масса всегда положительная и в то же время электрические заряды бывают как положительными, так и отрицательными; электрические заряды могут как притягиваться, так и отталкиваться. В результате же действия гравитационных сил тела могут только притягиваться, но не могут отталкиваться. Если бы мы смогли разобраться с отрицательной массой, мы бы овладели антигравитацией.

Но стоит только оттолкнуться…

Понятие электрического потенциала играет важную роль в описании явлений, связанных с электричеством. Вкратце понятие электрического потенциала описывает взаимодействие различных по знаку или одинаковых по знаку зарядов или групп таких зарядов.

Из школьного курса физики и из повседневного опыта, мы знаем, что поднимаясь в гору, мы преодолеваем силу притяжения Земли и, тем самым, совершаем работу против сил притяжения, действующих в потенциальном гравитационном поле. Поскольку мы обладаем некоторой массой, Земля старается понизить наш потенциал — стащить нас вниз, что мы с удовольствием позволяем ей, стремительно катаясь на горных лыжах и сноубордах. Аналогично, электрическое потенциальное поле старается сблизить разноимённые заряды и оттолкнуть одноимённые.

Отсюда следует вывод, что каждое электрически заряженное тело старается понизить свой потенциал, приблизившись как можно ближе к мощному источнику электрического поля противоположного знака, если никакие силы этому не препятствуют. В случае одноимённых зарядов каждое электрически заряженное тело старается понизить свой потенциал, удалившись как можно дальше от мощного источника электрического поля одинакового знака, если никакие силы этому не препятствуют. А если они препятствуют, то потенциал не меняется — пока вы стоите на ровном месте на вершине горы, сила гравитационного притяжения Земли компенсируется реакцией опоры и вас ничто не тянет вниз, только ваш вес давит на лыжи. Но стоит только оттолкнуться…

Аналогично и поле, создаваемое каким-то зарядом, действует на любой заряд, создавая потенциал для его механического перемещения к себе или от себя в зависимости от знака заряда взаимодействующих тел.

«Сизиф», Тициан, Музей Прадо, Мадрид, Испания

Электрический потенциал

Заряд, внесённый в электрическое поле, обладает определенным запасом энергии, т. е. способностью совершать работу. Для характеристики энергии, запасённой в каждой точке электрического поля, и введено специальное понятие — электрический потенциал. Потенциал электрического поля в данной точке равен работе, которую могут совершить силы этого поля при перемещении единицы положительного заряда из этой точки за пределы поля.

Возвращаясь к аналогии с гравитационным полем, можно обнаружить, что понятие электрического потенциала сродни понятию уровня различных точек земной поверхности. То есть, как мы рассмотрим ниже, работа по поднятию тела над уровнем моря зависит от того, как высоко мы поднимаем это тело, и аналогично, работа по отдалению одного заряда от другого зависит от того, насколько далеко будут эти заряды.

Представим себе героя древнегреческого мира Сизифа. За его прегрешения в земной жизни боги приговорили Сизифа выполнять тяжёлую бессмысленную работу в загробной жизни, вкатывая огромный камень на вершину горы. Очевидно, что для подъема камня на половину горы, Сизифу нужно затратить вдвое меньшую работу, чем для подъема камня на вершину. Далее камень, волею богов, скатывался с горы, совершая при этом некоторую работу. Естественно, камень, поднятый на вершину горы высотой Н (уровень Н), при спуске сможет совершить большую работу, чем камень, поднятый на уровень Н/2. Принято считать уровень моря нулевым уровнем, от которого и производится отсчет высоты.

По аналогии, электрический потенциал земной поверхности считается нулевым потенциалом, то есть

ϕEarth = 0

где ϕEarth — обозначение электрического потенциала Земли, являющегося скалярной величиной (ϕ — буква греческого алфавита и читается как «фи»).

Эта величина количественно характеризует способность поля совершить работу (W) по перемещению какого-то заряда (q) из данной точки поля в другую точку:

ϕ = W/q

В системе СИ единицей измерения электрического потенциала является вольт (В).

Посетители Канадского музея науки и техники вращают большое беличье колесо, которое вращает генератор, питающий трансформатор Тесла (на рисунке справа), который, в свою очередь, создает высокое напряжение в несколько десятков тысяч вольт, достаточное для пробоя воздуха

Напряжение

Одно из определений электрического напряжения описывает его как разность электрических потенциалов, что определяется формулой:

V = ϕ1 – ϕ2

Понятие напряжение ввёл немецкий физик Георг Ом в работе 1827 года, в которой предлагалась гидродинамическая модель электрического тока для объяснения открытого им в 1826 г. эмпирического закона Ома:

Трансформатор Тесла в Канадском музее науки и техники

V = I·R,

где V — это разность потенциалов, I — электрический ток, а R — сопротивление.

Другое определение электрического напряжения представляется как отношение работы поля по передвижению заряда в проводнике к величине заряда.

Для этого определения математическое выражение для напряжения описывается формулой:

V = A / q

Напряжение, как и электрический потенциал, измеряется в вольтах (В) и его десятичных кратных и дольных единицах — микровольтах (миллионная доля вольта, мкВ), милливольтах (тысячная доля вольта, мВ), киловольтах (тысячах вольт, кВ) и мегавольтах (миллионах вольт, МВ).

Напряжением в 1 В считается напряжение электрического поля, совершающего работу в 1 Дж по перемещению заряда в 1 Кл. Размерность напряжения в системе СИ определяется как

В = кг•м²/(А•с³)

Напряжение может создаваться различными источниками: биологическими объектами, техническими устройствами и даже процессами, происходящими в атмосфере.

Боковая линия акулы

Элементарной ячейкой любого биологического объекта является клетка, которая с точки зрения электричества представляет собой электрохимический генератор малого напряжения. Некоторые органы живых существ, вроде сердца, являющихся совокупностью клеток, вырабатывают более высокое напряжение. Любопытно, что самые совершенные хищники наших морей и океанов — акулы различных видов — обладают сверхчувствительным датчиком напряжения, называемым органом боковой линии, и позволяющим им безошибочно обнаруживать свою добычу по биению сердца. Отдельно, пожалуй, стоит упомянуть об электрических скатах и угрях, выработавших в процессе эволюции для поражения добычи и отражения нападения на себя способность создавать напряжение свыше 1000 В!

Хотя люди генерировали электричество, и, тем самым, создавали разность потенциалов (напряжение) трением кусочка янтаря о шерсть с давних времён, исторически первым техническим генератором напряжения явился гальванический элемент. Он был изобретён итальянским учёным и врачом Луиджи Гальвани, который обнаружил явление возникновения разности потенциалов при контакте разных видов металла и электролита. Дальнейшим развитием этой идеи занимался другой итальянский физик Алессандро Вольта. Вольта впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока. Соединив несколько таких источников последовательно, он создал химическую батарею, так называемый «Вольтов столб», благодаря которой стало возможным получать электричество с помощью химических реакций.

Вольтов столб — копия, сделанная электриком из Музея Алессандро Вольта в Комо, Италия. Канадский музей науки и техники в Оттаве

Из-за заслуг в создания надёжных электрохимических источников напряжения, сослуживший немалую роль в деле дальнейших исследования электрофизических и электрохимических явлений, именем Вольта названа единица измерения электрического напряжения — Вольт.

Среди создателей генераторов напряжения необходимо отметить голландского физика Ван дер Граафа, создавшего генератор высокого напряжения, в основе которого лежит древняя идея разделения зарядов с помощью трения — вспомним янтарь!

Отцами современных генераторов напряжения были два замечательных американских изобретателя — Томас Эдисон и Никола Тесла. Последний был сотрудником в фирме Эдисона, но два гения электротехники разошлись во взглядах на способы генерации электрической энергии. В результате последующей патентной войны выиграло всё человечество — обратимые машины Эдисона нашли свою нишу в виде генераторов и двигателей постоянного тока, исчисляющихся миллиардами устройств — достаточно просто заглянуть под капот своего автомобиля или просто нажать кнопку стеклоподъёмника или включить блендер; а способы создания переменного напряжения в виде генераторов переменного тока, устройств для его преобразования в виде трансформаторов напряжения и линий передач на большие расстояния и бесчисленных устройств для его применения по праву принадлежат Тесле. Их число ничуть не уступает числу устройств Эдисона — на принципах Тесла работают вентиляторы, холодильники, кондиционеры и пылесосы, и масса других полезных устройств, описание которых выходит за рамки настоящей статьи.

Этот находящийся в Канадском музее науки и техники в Оттаве мотор-генератор, изготовленный компанией Westinghouse в 1904 г., использовался в качестве надежного источника питания для создания магнитного поля возбудителя на гидроэлектростанции в Ниагара-Фоллс, шт. Нью-Йорк. Строительством электростанции руководили Никола Тесла и Джордж Вестингауз

Безусловно, учёными позднее были созданы и другие генераторы напряжения на других принципах, в том числе и на использовании энергии ядерного распада. Они призваны служить источником электрической энергии для космических посланцев человечества в дальний космос.

Но самым мощным источником электрического напряжения на Земле, не считая отдельных научных установок, до сих пор остаются естественные атмосферные процессы.

Ежесекундно на Земле грохочут свыше 2 тысяч гроз, то есть, одновременно работают десятки тысяч естественных генераторов Ван дер Граафа, создавая напряжения в сотни киловольт, разряжаясь током в десятки килоампер в виде молний. Но, как ни удивительно, мощь земных генераторов не идёт ни в какое сравнение с мощью электрических бурь, происходящих на сестре Земли — Венере — не говоря уже об огромных планетах вроде Юпитера и Сатурна.

Характеристики напряжения

Напряжение характеризуется своей величиной и формой. Относительно его поведения с течением времени различают постоянное напряжение (не изменяющееся с течением времени), апериодическое напряжение (изменяющееся с течением времени) и переменное напряжение (изменяющееся с течением времени по определённому закону и, как правило, повторяющее само себя через определённый промежуток времени). Иногда для решения определённых целей требуется одновременное наличие постоянного и переменного напряжений. В таком случае говорят о напряжении переменного тока с постоянной составляющей.

Таким вольтметром измеряли напряжение в начале XX века. Канадский музей науки и техники в Оттаве

В электротехнике генераторы постоянного тока (динамо-машины) используются для создания относительно стабильного напряжения большой мощности, в электронике применяются прецизионные источники постоянного напряжения на электронных компонентах, которые называются стабилизаторами.

Измерение напряжения

Измерение величины напряжения играет большую роль в фундаментальных физике и химии, прикладных электротехнике и электрохимии, электронике и медицине и во многих других отраслях науки и техники. Пожалуй, трудно найти отрасли человеческой деятельности, исключая творческие направления вроде архитектуры, музыки или живописи, где с помощью измерения напряжения не осуществлялся бы контроль над происходящими процессами с помощью разного рода датчиков, являющимися по сути дела преобразователями физических величин в напряжение. Хотя стоит заметить, что в наше время и эти виды человеческой деятельности не обходятся без электричества вообще и без напряжения в частности. Художники используют планшеты, в которых измеряется напряжение емкостных датчиков, когда над ними перемещается перо. Композиторы играют на электронных инструментах, в которых измеряется напряжение на датчиках клавиш и в зависимости от него определяется насколько сильно нажата та или иная клавиша. Архитекторы используют AutoCAD и планшеты, в которых тоже измеряется напряжение, которые преобразуется в числовую форму и обрабатывается компьютером.

В кухонном термометре (слева) температура мяса определяется с помощью измерения напряжения на резистивном датчике температуры, через который пропускают небольшой ток. В мультиметре (справа) температура определяется путем измерения напряжения непосредственно на термопаре

Измеряемые величины напряжения могут меняться в широких пределах: от долей микровольта при исследованиях биологических процессов, до сотен вольт в бытовых и промышленных устройствах и приборах и до десятков миллионов вольт в сверхмощных ускорителях элементарных частиц. Измерение напряжения позволяет нам контролировать состояние отдельных органов человеческого организма при помощи снятия энцефалограмм мозговой деятельности. Электрокардиограммы и эхокардиограммы дают информацию о состоянии сердечной мышцы. При помощи различных промышленных датчиков мы успешно, а, главное, безопасно, контролируем процессы химических производств, порой происходящие при запредельных давлениях и температурах. И даже ядерные процессы атомных станций поддаются контролю с помощью измерения напряжений. С помощью измерения напряжения инженеры контролируют состояние мостов, зданий и сооружений и даже противостоят такой грозной природной силе как землетрясения.

Пульсоксиметр, как и вольтметр, измеряет напряжение на выходе устройства, усиливающего сигнал с фотодиода или фототранзистора. Однако, в отличие от вольтметра, здесь на дисплее мы видим не значение напряжения в вольтах, а процент насыщения гемоглобина кислородом (97%).

Блестящая идея связать различные значения уровней напряжения со значениями состояния единиц информации дало толчок к созданию современных цифровых устройств и технологий. В вычислительной технике низкий уровень напряжения трактуется как логический нуль (0), а высокий уровень напряжения — как логическая единица (1).

По сути дела, все современные устройства вычислительной техники являются в той или иной степени компараторами (измерителями) напряжения, преобразовывая свои входные состояния по определённым алгоритмам в выходные сигналы.

Помимо всего прочего, точные измерения напряжения лежат в основе многих современных стандартов, выполнение которых гарантирует их абсолютное соблюдение и, тем самым, безопасность применения.

Плата памяти, используемая в персональных компьютера, содержит десятки тысяч логических вентилей

Средства измерения напряжения

В ходе изучения и познания окружающего мира, способы и средства измерения напряжения значительно эволюционировали от примитивных органолептических методов — русский учёный Петров срезал часть эпителия на пальцах, чтобы повысить чувствительность к действию электрического тока — до простейших индикаторов напряжения и современных приборов разнообразных конструкций на основе электродинамических и электрических свойств различных веществ.

Вкус электричества. Когда-то, очень давно, если не было вольтметра, мы определяли напряжение языком!

К слову сказать, начинающие радиолюбители легко отличали «рабочую» плоскую батарейку на 4,5 В от «подсевшей» без каких-либо приборов по причине их полного отсутствия, просто лизнув её электроды. Протекавшие при этом электрохимические процессы давали ощущение определённого вкуса и лёгкого жжения. Отдельные выдающиеся личности брались определять таким способом пригодность батареек даже на 9 В, что требовало немалой выдержки и мужества!

Примером простейшего индикатора — пробника сетевого напряжения — может служить обыкновенная лампа накаливания с рабочим напряжением не ниже напряжения сети. В продаже имеются простые пробники напряжения на неоновых лампах и светодиодах, потребляющие малые токи. Осторожно, использование самодельных конструкций может быть опасным для Вашей жизни!

Необходимо отметить, что приборы для измерения напряжения (вольтметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу измеряемого напряжения — это могут быть приборы постоянного или переменного тока. Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого напряжения — оно может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ электротехнических цепей и устройств (слаботочные и силовые).

Различают следующие значения напряжения:

  • мгновенное,
  • амплитудное,
  • среднее,
  • среднеквадратичное (действующее).

Мгновенное значение напряжения Ui (см. рисунок) — это значение напряжения в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.

Амплитудное (пиковое) значение напряжения Ua — это наибольшее мгновенное значение напряжения за период. Размах напряжения Up-p — величина, равная разности между наибольшим и наименьшим значениями напряжения за период.

Среднее квадратичное (действующее) значение напряжения Urms определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений напряжения.

Все стрелочные и цифровые вольтметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях напряжения.

Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.

Средневыпрямленное напряжение определяется как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период.

Разность между максимальным и минимальным значениями напряжения сигнала называют размахом сигнала.

Сейчас, в основном, для измерения напряжения используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма напряжения, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.

Измерение напряжения осциллографом

Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению напряжений с использованием генератора сигналов, источника постоянного напряжения, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).

Эксперимент №1

Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:

Генератор сигналов нагружен на сопротивление нагрузки R1 в 1 кОм, параллельно сопротивлению подключены измерительные концы осциллографа и мультиметра. При проведении опытов учтём то обстоятельство, что рабочая частота осциллографа значительно выше рабочей частоты мультиметра.

Опыт 1: Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 герц и амплитудой 4 вольт. На экране осциллографа будем наблюдать изображение, показанное ниже. Отметим, что цена деления масштабной сетки экрана осциллографа по вертикальной оси 2 В. Мультиметр и осциллограф при этом покажут среднеквадратичное значение напряжение 1,36 В.

Опыт 2: Увеличим сигнал от генератора вдвое, размах изображения на осциллографе возрастёт ровно вдвое и мультиметр покажет удвоенное значение напряжения:

Опыт 3: Увеличим частоту генератора в 100 раз (6 кГц), при этом частота сигнала на осциллографе изменится, но размах и среднеквадратичное значение останутся прежними, а показания мультиметра станут неправильными — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра 0—400 Гц:

Опыт 4: Вернёмся к исходной частоте 60 Гц и напряжению генератора сигналов 4 В, но изменим форму его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением напряжения, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее напряжение сигнала:

Эксперимент №2

Схема эксперимента №2, аналогична схеме эксперимента 1.

Ручкой изменения напряжения смещения на генераторе сигналов добавим смещение 1 В. На генераторе сигналов установим синусоидальное напряжение с размахом 4 В с частотой 60 Гц — как и в эксперименте №1. Сигнал на осциллографе поднимется на половину большого деления, а мультиметр покажет среднеквадратичное значение 1,33 В. Осциллограф покажет изображение, подобное изображению из опыта 1 эксперимента №1, но поднятое половину большого деления. Мультиметр покажет почти такое же напряжение, как было в опыте 1 эксперимента №1, так как у него закрытый вход, а осциллограф с открытым входом покажет увеличенное действующее значение суммы постоянного и переменного напряжений, которое больше действующего значения напряжения без постоянной составляющей:

Техника безопасности при измерении напряжения

Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:

  1. Не проводить измерения напряжения, требующих определённых профессиональных навыков (свыше 1000 В).
  2. Не производить измерения напряжений в труднодоступных местах или на высоте.
  3. При измерении напряжений в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
  4. Пользоваться исправным измерительным инструментом.
  5. В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
  6. Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
  7. Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.

Литература

Автор статьи: Сергей Акишкин

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Терминологический словарь, база знаний по дизель электростанциям

A AC (Alternating Current, Переменный ток)

Используется, когда следует указать на то, что напряжение или ток в устройстве меняется по знаку с какой-то частотой, например, «230 Volts AC». В системах энергораспределения частота переменного тока в большинстве стран составляет 50 циклов в секунду (Герц, Гц, Hertz, Hz), за исключением Северной Америки, где она составляет 60 Гц. Обычно волна переменного тока имеет синусоидальную форму, но может иметь и вид ступенчатой аппроксимации синусоидальной волны, или прямоугольной волны. Батарейки вырабатывают постоянный ток (DC, от «Direct Current»). При распределении энергии главное преимущество передачи переменного тока по сравнению с передачей постоянного тока заключается в том, что переменное напряжение может быть повышено или понижено посредством трансформаторов (TRANSFORMERS), которые для постоянного тока не годятся. Другое преимущество переменного тока по сравнению с постоянным состоит в том, что в течение каждого цикла напряжение, ток и мощность мгновенно переходят через ноль, когда ток изменятся на обратный, что предотвращает искрение в таких приборах, как переключатели, предохранители, реле и выключатели устройств. Такое искрение нелегко предотвратить в системах постоянного напряжения, что может быть пожароопасным.

AMP (Ампер, А)

Единица измерения тока, характеризующая поток электронов в проводе. В системах переменного тока, ток (AMPS, Амперы) течет к нагрузке через «фазовый» провод («hot» wire) и возвращается через «общий провод» («neutral» wire, «ноль»).

APPARENT POWER (видимая мощность, номинальная мощность)

Произведение среднеквадратичных значений тока и напряжения. То же что параметр ВА (VA).

B BLACKOUT

Состояние нулевого напряжения в сети, продолжающееся более двух периодов сетевого напряжения. Качественные импульсные блоки питания могут выдержать 20-40 мс (один — два периода) отсутствия сетевого напряжения.

BROWNOUT

Состояние (обычно временное), когда напряжение в сети переменного тока ниже нормы. BROWNOUT продолжительностью менее секунды называют SAG. BROWNOUT иногда вызываются перегрузкой цепи, а иногда специально создаются производителями электроэнергии для снижения расхода энергии в часы пик. Исследования показали, что BROWNOUT различной продолжительности создают большинство энергетических проблем, воздействующих на компьютеры.

BTU (British Thermal Unit, Британская тепловая единица)

Единица измерения тепловой энергии, часто используемая в проектировании систем отопления/охлаждения зданий. Тепло, вырабатываемое компьютерным оборудованием, часто указывается и должно приниматься во внимание при расчетах систем контроля микроклимата в зданиях. Степень нагрева от компьютерного оборудования выражается в BTU/час (BTU per hour). 3,7 BTU/час эквивалентно расходу тепла в 1 Ватт.

C CBEMA (Computer and Business Equipment Manufacturers Association, Ассоциация Производителей Компьютеров и Оборудования для Бизнеса)

Является автором стандарта допустимых возмущений в сети переменного тока (the AC voltage disturbance tolerance specification), согласно которому проектируется все деловое и компьютерное оборудование. Дает спецификацию ситуаций повышенного и пониженного напряжения в силовой сети, с которыми компьютерное оборудование должно справляться. Этот стандарт, к примеру, предполагает, что компьютерное и деловое оборудование должно выдерживать отключения или переключения на другой источник напряжения 12 мс.

CIRCUIT BREAKER (автоматический предохранитель, автоматический прерыватель тока, пакетный переключатель)

Защитное приспособление для прерывания тока, когда сила тока превышает определенное значение. Производимые Circuit Breaker калибруются по определенным значениям тока прерывания (over current value). Проводка в зданиях и оборудовании может перегреться и стать пожароопасной, если по ней протечет слишком сильный ток. Circuit Breaker или предохранители устанавливаются в соответствии со схемой соединений (выбором соответствующих значений прерывания) таким образом, чтобы при возникающих при сбоях оборудования или ошибках пользователя токовых перегрузках Circuit Breaker размыкался, устраняя тем самым пожароопасность от перегрева. Значения Circuit Breaker для электропроводки и распределения энергии в зданиях указаны в NATIONAL ELECTRICAL CODE.

CISPR 22

Стандарт Европейского Сообщества, регламентирующий допустимые нормы радиоизлучений бытового и другого электрического оборудования. В стандарте указаны максимальные допустимые выбросы, излучаемые или же индуцированные в электропроводке на различных частотах. В некоторых странах до сих пор используется прежние стандарты излучений VDE 0871, которые почти идентичны CISPR 22. В США сходные стандарты установлены FCC.

COMMON MODE

В устройствах переменного тока термин Common Mode может означать шумовые или импульсные возмущения (наводки, помехи) напряжения (surges). Common Mode помехи возникают между нулем (белый провод) и землей (зеленый провод). В идеале Common Mode помехи не должны возникать, если «нуль» и «земля» устройства всегда подключены к SERVICE DISTRIBUTION PANEL (в большинстве стран). Однако, нежелательные Common Mode помехи существуют, благодаря шумовым выбросам в нейтральный и заземляющий проводники, обрывам проводов, или перегрузкам устройств в сети. Современные компьютеры невосприимчивы к Common Mode возмущениям. Common Mode шумовые помехи часто путают с INTER-SYSTEM GROUND NOISE, отдельной проблемой, нередко приводящей к поломке компьютера или ошибкам в данных.

CRITICAL EQUIPMENT

Оборудование, функционирование которого зависит от изменения напряжения в сети или искажений его формы или частоты. Также применяется для обозначения оборудования, которое является критичным для функционирования бизнес-процесса, прекращение функционирования этого оборудования приведет к финансовым или имиджевым потерям.

CSA (Canadian Standards Organization, Канадская Организация по Стандартам)

Канадский орган, регламентирующий степень безопасности электрооборудования. Продажа электрооборудования без сертификации CSA в Канаде не законна (хотя и часто имеет место). Стандарты и тестовые процедуры CSA сходны, хотя и не совпадают со стандартами UL в США. Оборудование не является апробированным CSA, если оно не имеет круглой марки CSA.

D db

Краткое обозначение децибел (дБ), используемых для представления отношений в логарифмической шкале. Число децибел равно (десятичному) логарифму отношения двух величин, умноженному на 20. Отношение «в 10 раз» это 20 db, «в 100 раз» это 40 db, «в 1000 раз» это 60 db, и т. д. Например, если фильтр имеет уровень шумоподавления — 40 db, это означает, что отношение уровня шумов на входе к шуму на выходе составляет 40 db или 100. Буквы «db» всегда строчные.

dbA

Единица измерения уровня звука. Это отношение (в db) уровня звукового сигнала, снимаемого с микрофона, к эталонному уровню звука (0 db), который приближенно равен порогу человеческого слуха. 45 dbA — это очень тихий шепот, 75 dbA — обычный разговор, 100 dbA — почти так же громко, как удается Walkman`у, и 120 dbA — это взлет реактивного лайнера в 20 футах от его сопел. Буква «А» указывает на специальный фильтр, который используется в связи с тем, что люди менее восприимчивы к очень низким и очень высоким частотам. Система единиц dbA используется для измерения фоновых звуков, таких как звук компьютерного вентилятора или же шум в офисе. Для измерения громких звуков используется система единиц с другим фильтром, именуемая dbC.

DELTA

То же, что «треугольник». Система проводки, распределения и использования трехфазного (THREE PHASE) напряжения. В этой сети используются три силовых провода («фаза»), иногда для большей безопасности вместе с четвертым — «землей». Напряжение между любыми двумя фазами есть номинальное напряжение этой сети, в большинстве стран обычно от 380 до 415В, за исключением 208В в Северной Америке. Другим типом распределения трехфазного напряжения является так называемый WYE стиль («звезда»).

DIFFERENTIAL MODE

Применительно к сетям переменного тока Differential mode может означать либо шумовые помехи, либо скачки напряжения (импульсные наводки, surges). Термины Differential mode и COMMON MODE — взаимозаменяемы. Возмущения Differential mode возникают между фазовым (черным) и нейтральным (белым) проводами. Эти возмущения в основном происходят в силовой сети здания при включении нагрузок, главным образом, при включении электродвигателей и т. п. Наводки напряжения, попадающие в сеть здания извне, например, вызванные грозовыми разрядами, проходят в здание по фазовому (черному) кабелю, и, следовательно, относятся к типу Differential mode, поскольку общий провод (белый провод, нуль) кабель в нормальном режиме имеет нулевой потенциал (заземлен). Стабилизаторы (сглаживающие устройства, surge suppressors) иногда заносят Differential mode помехи в линии нейтрального кабеля, где, таким образом, индуцируются броски и шумы напряжения, которые обозначают термином COMMON MODE.

DISTORTION (ангармонические искажения)

В отношении к переменному току, этот термин обозначает отклонения фактической формы волны напряжения у потребителя от синусоидальной. Общая степень этих отклонений (total distortion = коэффициент гармоник) обычно выражается в процентах от требуемой синусоидальной волны, например, прямоугольная волна имеет примерно 33% искажений. Distortion в цепях переменного тока может быть разложено в ряд по гармоникам (HARMONICS). В этом случае учитывается процентный вклад каждой гармоники (второй, третьей и т. д.). Квадратный корень из суммы квадратов этих гармоник и равняется коэффициенту гармоник (total distortion).

DOWNTIME

Время, в течение которого какое-либо устройство не может использоваться из-за сбоя в работе, который произошел в нем самом или в устройствах связанных с ним в единую систему.

E EMI (Electro-Magnetic Interference, электромагнитные наводки)

EMI обычно обозначает нежелательные электрические шумы, присутствующие в электросети. Эти шумы могут «просачиваться» из электросети и воздействовать на оборудование, которое даже не подключено к этой сети. Такое «просачивание» называется магнитным полем. Магнитные поля возникают, когда шумовые напряжения индуцируют шумовые токи. Такие шумовые сигналы могут вредно воздействовать на электронное оборудование и приводить к временной потере данных. Защиту от наводок дают шумовые фильтры, устанавливаемые в силовых линиях. Такой фильтр подавляет напряжение наводок в защищаемой им линии, и, в силу этого, также устраняет магнитные шумовые поля от этой линии. Шумовые сигналы, действующие на значительных расстояниях, называются RFI (Radio Frequency Interference — радионаводки). Силовые кабели оборудования и зданий часто действуют как антенны, принимая радионаводки (RFI) и преобразуя их в EMI.

F FAULT CURRENT

Ток, который может возникнуть из-за непредвиденного короткого замыкания.

FLOAT CHARGING (плавающая зарядка, зарядка на холостом ходу)

Метод зарядки аккумуляторов, для которого были сконструированы герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы (sealed lead acid batteries). Зарядное устройство Float charging поддерживает на аккумуляторах некоторое напряжение, называемое «напряжением холостого хода» («float voltage»). Такое подзаряжающее напряжение идеально для продления срока службы аккумулятора. Когда «холостое напряжение» («float voltage») приложено к аккумулятору, в нем возникает «холостой ток» («float current»), точно компенсирующий собственный ток саморазрядки аккумулятора. Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы должны хотя бы иногда подзаряжаться на холостом ходу, иначе со временем они теряют полезные свойства из-за процесса так называемой сульфатации. Максимальный срок службы этих аккумуляторов достигается при постоянном применении «плавающей» подзарядки.

FREQUENCY VARIATION (изменение частоты)

Колебания частоты входного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» нормально допустимым отклонением частоты в сетях РФ является значение +/-0,2 Гц.

FUSE (плавкий предохранитель, «пробка»)

Защитное приспособление для прерывания тока, когда сила тока превышает определенное значение. При изготовлении предохранители калибруются по определенным значениям тока прерывания. Проводка в зданиях и оборудовании может перегреться и стать пожароопасной, если по ней протечет слишком сильный ток. Выбором соответствующих значений прерывания, прерыватели (CIRCUIT BREAKERS) или предохранители устанавливаются в соответствии со схемой проводки таким образом, чтобы при возникающих при сбоях оборудования или ошибках пользователя токовых перегрузках предохранители расплавлялись, устраняя тем самым пожароопасность от перегрева. В отличие от прерывателей, предохранители не восстанавливаются и после пробоя должны заменяться.

G GAS TUBE (газоразрядная трубка)

Устройство, подавляющее броски напряжения, которое урезает (clamps) перепад напряжения до определенного уровня. Gas tube, называемая также «искровым разрядником» («spark gap»), это просто два близко расположенных электрода, между которыми при достаточно высоком напряжении возникает разряд в воздухе или другом газе, заполняющим трубку, что и приводит к ограничению напряжения. Газоразрядная трубка очень инерционна, зато выдерживает весьма значительные броски напряжения. Основная трудность использования Gas tube в цепях переменного тока заключается в том, что при срезании броска напряжения они моментально закорачивают потребительскую линию, что обычно приводит к рассоединению переключателя (circuit breaker), питающего трубку. В этом случае срезание скачка ведет к обрыву напряжения. Они хорошо подходят к подавлению бросков в линиях передачи данных, но их напряжения среза слишком высоки для эффективной защиты модемных или принтерных портов.

GROUND (земля)

В устройствах переменного тока так называется провод, который действительно соединен с землей, откуда и название. Причина такого подсоединения — оградить пользователя от опасности электрического удара. Энергия подается к устройству-потребителю с распределительного щитка (pole mounted) или с трансформатора иного типа. Выход такого трансформатора состоит, главным образом, из двух свинцовых выводов под напряжением потребительской сети. По ряду соображений безопасности один из этих выводов соединен с медной болванкой, заглубленной в землю. Из этой точки заземления в потребительскую сеть идут два провода, один из которых называется собственно «землей» («safety ground») или «зеленым» проводом, а другой «нулем» или «общим проводом» («neutral» wire). Незаземленный вывод трансформатора также идет в потребительскую сеть и называется «фазой» («hot» wire). Все вместе эти три провода (фаза, нуль и земля) составляют контактную группу обычной офисной электророзетки. Собственно «земля» кажется излишней, поскольку «нулевой» провод выходит из той же точки. В действительности собственно «земля» не нужна для целого ряда электроприборов, использующих только два контакта («нуль» и «фазу»). В электрооборудовании, имеющем вывод заземления (о чем свидетельствуют трехштырьковые вилки), «земля» всегда соединена со всеми выступающими металлическими частями прибора. Цель такого подсоединения — предохранить выступающие части прибора от заряда опасным напряжением в случае повреждения электросоединений внутри прибора. Если такое повреждение произойдет, например, случайное замыкание «фазы» на корпус, то по проводу «земля» точка фазы будет соединена с землей, что приведет к срабатыванию защитных приспособлений типа автоматических предохранителей (CIRCUIT BREAKERS) и отключению электропитания. В компьютерном оборудовании, счетные микросхемы (computing circuits) и материнские платы электрически соединены с шасси и, следовательно, с «землей».

GROUND LOOP (связь через землю, наводки по земле)

Распространенный тип соединений, когда ток заземления (ground current) имеет несколько контуров возврата на заземленный электрод распределительного щитка (SERVICE PANEL). Компьютеры, питающиеся переменным током, все соединены друг с другом по кабелю заземления в общей электросети здания. Компьютеры могут быть также связаны друг с другом через коммуникационные кабели. Таким образом, компьютеры часто соединены друг с другом по нескольким контурам. Конфигурация, образовавшаяся при таком многоконтурном соединений компьютерных устройств, известна как Ground loop («связь через землю»). Везде, где есть Ground loop, есть и потенциальная опасность сбоев от межсистемного шума заземления (INTER SYSTEM GROUND NOISE).

H HARMONICS (гармоники)

В цепях переменного тока, искажения (DISTORTION) эпюры тока или напряжения могут быть выражены в виде ряда по гармоникам. Гармоники — это сигналы тока или напряжения, имеющие не желаемую базовую частоту 50 или 60 Гц, а кратные частоты. Например, пятая гармоника — это 300 Гц. Характерно, что сигналы переменного тока имеют только компоненты с частотами, кратными базовой. В цепях энергораспределения переменного тока, компоненты искажений возникают только на нечетных гармониках. Так, напряжение третьей гармоники в обычной электророзетке в США составляет 3%. Гармонические искажения не воздействуют на современные компьютеры, в некотором оборудовании они могут вызывать перегрев.

HERZ (Герц)

Единица частоты СИ и СГС систем единиц. 1 Гц – частота периодического процесса, при которой за время 1 с происходит один период процесса.

HIGHT VOLTAGE SPIKE (высоковольтный пик напряжения)

Кратковременный пик напряжения величиной до нескольких десятков киловольт.

HOLDUP TIME (Run time, Backup time, время поддержки)

Время, в течение которого источник питания может питать нагрузку после отключения входного напряжения. Продолжительность сбоя электросети (BLACKOUT) или время переключения (TRANSFER TIME), которые источник питания может выдержать, не создавая помех на выходе. В стандарте CBEMA минимальное значение Holdup time для делового и компьютерного оборудования устанавливается равным 8 мс. Типичное значение для коммерческих компьютерных источников питания — 25 мс. Время поддержки увеличивается при уменьшении нагрузки. Таким образом, типичные значения Holdup time имеют порядок 100 мс.

I IEC

Международная Электротехническая Комиссия (The International Electrotechnical Commission). Международная организация, создающая стандарты по безопасности электрического и другого оборудования. Большинство стандартов IEC были восприняты от немецкой VDE, исторически первой европейской организации по стандартам. Одна из целей IEC — согласование отличающихся друг от друга национальных европейских стандартов в интересах свободной торговли. Американские Underwriters Laboratories (UL) и Канадская (CSA) являются членами IEC, и вероятно, что в будущем стандарты UL и CSA тоже будут приведены в согласование со стандартами IEC.

IEEE

Профессиональное сообщество и группа разработчиков стандартов для американской электронной промышленности.

INRUSH CURRENT (пусковой ток)

Ток, превышающий номинальное рабочее значение, который протекает при начальной зарядке или пуске устройства. Компьютерное оборудование обычно имеет пусковой ток, в 3-10 раз превышающий номинальное значение.

INTER-SYSTEM GROUND NOISE (межсистемные шумы заземления)

Шумы этого типа состоят из любых переменных, шумовых и бросковых напряжений, возникающих между контактами «земля» (зеленый провод) сетевых электророзеток в различных частях здания. В идеале, таких межсистемных шумов заземления не должно быть, поскольку все провода заземления соединены друг с другом в электрощите здания (SERVICE DISTRIBUTION PANEL) (в большинстве стран). Однако такой шум возникает из-за шумовых выбросов в проводку заземления, повреждений проводки или перегруженных участков цепи. Корпус и платы компьютеров подключены к контакту заземления стандартного электро штепселя. Таким образом, если межсистемный шум заземления существует, то платы компьютеров и периферийных устройств будут подключены к разным напряжениям. Это создает серьезные трудности, если оборудование соединено между собой через RS-232, AUI или по другим прямым шлюзам данных, так как в этом случае данные привязываются не к одному и тому же уровню напряжения. При этом могут возникать ошибки или даже повреждения в аппаратуре. Для взаимодействующих компьютеров межсистемные шумы заземления — гораздо большая проблема, чем шумы штатного режима (COMMON MODE noise), с которыми их часто путают.

J JOULE (Джоуль)

Количество энергии, вырабатываемое мощностью в 1 Вт (WATT) за 1 секунду, или мощностью в 1 миллион ватт за 1 микросекунду. Джоулевый показатель (Joule rating) средства защиты от перегрузок (surge protection device) равен количеству энергии, которое он может поглотить без повреждения. Джоулевый показатель — менее важная сравнительная характеристика средств защиты от перегрузок, чем показатель пропускаемого напряжения (let-through voltage rating). Это — отражение того факта, что такие устройства могут защищать оборудование как «отражением», так и поглощением волны перегрузки. Стандарта для Джоулева показателя средств защиты не существует, отчего некоторые недобросовестные торговцы сильно завышают этот показатель в рекламе.

L LINE CONDITIONER (сетевой стабилизатор)

Термин Line conditioner не является общеупотребительным, отчего его значение не определено строго. Этот термин иногда используется для обозначения устройств для какой-либо фильтрации или регулирования (REGULATION) источника переменного тока и может обозначать одно из следующих устройств: подавитель перегрузок (ограничитель напряжения, фильтр перегрузок — SURGE SUPPRESSOR), феррорезонансный трансформатор (FERRORESONANT TRANSFORMER), фильтр переменного тока (AC filter), или регулируемый трансформатор TAP CHANGING REGULATOR.

LOAD CREST RATIO

Значение, характеризующее пиковый ток, потребляемый оборудованием. Определяется, как отношение максимального значения тока к его среднеквадратичному значению. Для импульсных блоков питания старого образца (т.е. без коррекции коэффициента мощности) имеет значение -2…2,5. Для блоков питания с синусоидальным потреблением тока составляет 1,4.

M MAKE-BEFORE-BREAK

Рабочий режим ключа или реле, при котором новое соединение осуществляется перед прерыванием существующего.

MOV (Metal Oxide Varistor, металлооксидный варистор)

Варисторы — высоковольтные ограничители напряжения, способные без разрушения поглощать очень сильные токи. Отдельный MOV может срезать броски напряжения в типичной электролинии до уровня, не превышающего в пиках 330В (для электросети 120В). MOV часто сравнивают с другим ограничителем, т. н. кремниевым диодом лавинного тока (SILICON AVALANCHE DIODE). Обычно считают, что MOV имеет большее время реакции, чем лавинный диод, но это не так. См. SILICON AVALANCHE DIODE.

N NEC (The National Electric Code)

Национальный Электрический Кодекс. NEC представляет собой справочник, содержащий нормативные акты, регулирующие вопросы электропроводки в зданиях в США. Районные инспектора энергонадзора (Local electrical inspectors) используют NEC, наряду со всеми местными и федеральными актами, проводя экспертизу перед выдачей разрешения на подключение электроэнергии к зданию.

NEMA (The National Electrical Manufacturers Association, Национальная Ассоциация Производителей Электрооборудования)

Организация, устанавливающая стандарты электрооборудования в США, включая такое, как пакетные переключатели (circuit breaker boxes), электропроводка и сетевые разъемы электропитания.

NEMA CONNECTORS (разъемы/коннекторы NEMA)

Стандарт, описывающий электрические разъемы, используемые в подключаемом (plug-in) оборудовании в США. Различные коннекторы разного применения дифференцируются по системе обозначений коннекторов NEMA в форме «NEMA (L) NN-AA (P or R)», например, NEMA L14-30P. Буква «L» необязательна и обозначает устройства «с поворотной фиксацией» («twist lock») с изогнутыми штырьками. NN указывает на тип (по NEMA) или применение. Часто встречаются следующие значения «NN»: 5=120В, 6=208В 1 фаза, 14=120В/240В 1 фаза, 21=120В/208В 3 фазы. «AA» указывает на максимальный ток разъема (AMP rating). Обычные значения «AA» — 15, 20, 30 и 50. Окончание «P» или «R» указывает соответственно на вилку или розетку. Во многих учреждениях США используются специальные 20-амперные розетки с гнездом для одного штырька в форме «Т», годные для обоих штепселей NEMA 5-15P и NEMA 5-20P (разъемы такого типа не разрешены в Канаде).

NEUTRAL (нуль, иногда «общий провод)

Провод обратного тока в однофазных силовых линиях, подключенный к «земле» на распределительном щите здания. Однофазная силовая линия обычно разводит три провода, именно «фазу» (hot), «нуль» (neutral) и «землю» (ground).

P PHASE (фаза)

В системах переменного тока нагрузка запитывается от источника напряжения. Обычно это синусоидальное напряжение. В идеале, ток, потребляемый нагрузкой, имеет также форму синусоидальной волны. В простой активной (резистивной, RESISTIVE) нагрузке, например лампе накаливания, волна тока всегда совпадает по времени с волной напряжения. В некоторых нагрузках, таких как моторы, ток задерживается и отстает по времени от волны напряжения. Количественная характеристика этой задержки, выраженная в градусах, называется разностью фаз. Для реактивной (REACTIVE) нагрузки POWER FACTOR точно равен косинусу этой разности фаз.

POWER FACTOR (коэффициент мощности, коэффициент использования мощности)

Число между 0 и 1, выражающее ту часть предоставляемой источником мощности (ВА), которая действительно потребляется нагрузкой переменного тока. В некоторых устройствах, например, моторах или компьютерах, ток, протекая через устройство, не передает ему полезной энергии. Это случается, если ток имеет частотные искажения (гармоники, HARMONICS), или же когда он не в фазе (PHASE) с напряжением, приложенным к устройству. Компьютеры возбуждают токи на гармониках (HARMONIC currents), что делает их power factor меньшим 1. Моторы создают несинфазные или реактивные (REACTIVE) токи, что делает их power factor также меньшим 1.

POWER FACTOR CORRECTED (источник c корректировкой коэффициента мощности)

Характеристика многих новых источников питания. Источник с корректировкой коэффициента мощности потребляет переменный ток с малыми частотными искажениями, имеет обычно низкий коэффициент пиков (CREST FACTOR), а коэффициент мощности (POWER FACTOR) — примерно равный 1. Источник без коррекции коэффициента мощности вносит сильные искажения в потребляемый ток и является «нелинейной нагрузкой» («non linear» load). Преимущества Power factor corrected источников в том, что они не вызывают перегрев проводки здания и не вносят частотные искажения в сеть переменного тока. По этой причине они требуются в некоторых странах, где стандарт IEC 555 наделен силой закона.

S SAG (падение напряжения)

Мгновенное 15-100%-ное снижение напряжения источника переменного тока. SAG может длиться от нескольких до нескольких сот миллисекунд. SAG продолжительностью более 10-20 мс может приводить к ошибкам в работе компьютерного оборудования.

SEPARATELY DERIVED SOURCE (независимый/изолированный источник питания, источник питания с заземленной общей точкой/»нулем)

Источник переменного тока, у которого общий провод («нуль») напрямую соединен с проводом заземления. В системах распределения переменного напряжения, нормативы проводки требуют, чтобы «нуль» соединялся с «землей» только один раз, а именно на распределительном щите здания (SERVICE DISTRIBUTION PANEL). Точка потребления энергии может находиться на значительном расстоянии от точки заземления «нуля» (neutral grounding point), что приводит к возможности возникновения шумов (COMMON MODE NOISE). Наиболее эффективный способ устранения этих шумов — соединить «нуль» с «землей» непосредственно в точке потребления электроэнергии, что нарушает правила проводки. Следовательно, в точке потребления энергии можно использовать разделительный трансформатор (isolation transformer) для создания изолированного источника напряжения, на выходе которого «общий провод» соединяют с «землей», что и дает Separately derived source.

SHORT CIRCUIT (короткое замыкание)

Ситуация, когда замыкаются два провода, обычно случайно, что ведет к сбою в системе. В цепях передачи данных сбой может означать потерю сигнала или информации. В силовых цепях короткое замыкание может вызвать сильный, неуправляемый ток, что может привести к перегреву проводки или срабатыванию средств защиты от токовых перегрузок, таких как плавкие предохранители (FUSES) или автоматические предохранители (CIRCUIT BREAKERS). Короткозамкнутые участки цепей питания часто вызывают недогрузки (BLACKOUTS) или сбои напряжения (SAGS) на соседних участках цепей.

SILICON AVALANCHE DIODE (кремниевый лавинно-пробойный диод, стабилитрон)

Ограничитель напряжения, предназначенный для срезания бросков напряжения. Лавинный диод способен срезать перегрузки напряжения до своего напряжения среза в 230В (в сети 120В), что является лучшей характеристикой, чем напряжение среза в 330В у варисторов (MOV), но это преимущество имеет ограниченное практическое применение, поскольку диод имеет весьма ограниченной интервал рабочих мощностей и легко выводится из строя в диапазоне мощностей, типичных для импульсных сетевых наводок (power line surges). SILICON AVALANCHE DIODE наиболее часто применяются в цепях защиты данных и на платах микросхем в качестве статической защиты. См. MOV.

SINE WAVE

Синусоидальная волна — именно форму математической синусоиды имеет напряжение, используемое в сетях электроснабжения.

SINGLE PHASE

Система питания с одной фазой на входе. Т.е. номинальное питающее напряжение составляет 220В переменного тока.

STEP LOAD (пусковая нагрузка)

Мгновенное подключение или отключение электрических нагрузок к источнику питания.

SURGE (импульсная сетевая наводка, бросок напряжения, импульсная перегрузка, перенапряжение)

Быстрое и кратковременное нежелательное перенапряжение, которое может возникать в цепи переменного тока, в цепях передачи данных или телефонных цепях. Длительность Surge может составлять от нескольких миллиардных до нескольких тысячных долей секунды (миллисекунд). Кратковременная перегрузка считается Surge, если ее пик больше допустимого предела безопасной работы для данной схемы/цепи. Для силовых цепей переменного тока Surge бывают более несколько сотен вольт, а в бинарных цепях они составляют несколько десятков вольт. Электронное оборудование, подключенное к цепи, в которой бывают Surge, может быть повреждено.

SURGE SUPPRESSOR (ограничитель перенапряжения, устройство для подавления импульсных сетевых наводок)

Устройство для защиты оборудования от кратковременных перегрузок в сети переменного тока, в цепях данных, или в телефонных линиях. SURGE SUPPRESSOR может действовать, поглощая перегрузку (SURGE SUPPRESSOR шунтирующего типа) или препятствуя ее распространению (SURGE SUPPRESSOR последовательного типа), либо комбинируя эти два способа. Шунтирующий SURGE SUPPRESSOR имеет характерное напряжение среза (characteristic clamping voltage), которое обычно выбирается близким к максимальному напряжению безопасной работы схемы. Качество работы SURGE SUPPRESSOR определяется посредством приложения заданного тестового броска напряжения (например, одного из описанных в стандарте IEEE 587) и последующего измерения максимального напряжения, которое прошло к защищаемому устройству.

T TAP CHANGING REGULATOR (стабилизатор с автоматически подстраиваемым коэффициентом трансформации, стабилизирующий трансформатор с устройством автоматического переключения выходных отводов)

Устройство, стабилизирующее работу источника переменного тока (REGULATION), которое включается между источником и защищаемой нагрузкой. TAP Changing Regulator имеет специальный трансформатор (TRANSFORMER) с множественными выходами или отводами (taps). Обычно, один из выходных отводов дает напряжение, равное входному, а остальные — отличающиеся от него на несколько процентов в ту или иную сторону. Автоматический переключатель выбирает тот отвод, который дает выходное напряжение, наиболее близкое к желаемому. Если в процессе работы в источнике переменного тока происходит внезапное падение напряжения на 5% от номинала и остается на этом уровне, то TAP Changing Regulator откликается тем, что выбирает вывод трансформатора, повышающий напряжение на 5%, и передает это скорректированное напряжение нагрузке. TAP Changing Regulator особенно полезны там, где потребительские электролинии хронически недогружены или перегружены.

THREE PHASE (три фазы, 3-фазная сеть)

Метод распределения электроэнергии переменного тока. Энергия передается по 3 проводам (т. н. DELTA стиль = «треугольник») или по 4 проводам, где четвертый — «общий провод» или «нуль» (WYE стиль = «звезда»). Иногда имеется дополнительный провод собственно «земли» (safety ground). Оборудование, требующее большой мощности, например вычислительные комплексы или большие системы кондиционирования, проектируется под использование трехфазной сети, которая при высоких энергиях эффективнее однофазной. Трехфазное оборудование часто имеет проводку типа DELTA с 4-штырьковым штепселем, где четвертый контакт — «земля» (зеленый провод). При более низком энергопотреблении, характерном для офисного и сетевого оборудования, используется однофазное напряжение. Поскольку все магистральное энергораспределение — трехфазное, однофазное напряжение должно быть получено из трехфазного. Это выполняется в здании офиса с помощью одного из двух способов подключений, т. н. «фаза к фазе» (line-to-line connection) или «фаза к нулю» (line-to-neutral). При подключении «фаза к фазе» две из трех фаз используются как один источник фазы. Получающееся в этом случае однофазное напряжение составляет от 380 до 415В (в большинстве стран) или 208В (в Северной Америке). При подключении «фаза к нулю» (line-to-neutral) однофазное напряжение берется с одной из трех фаз и «нуля». В этом случае однофазное напряжение составляет 220-240В (в большинстве стран) или 120В (в Северной Америке), оно и присутствует в обычных офисных розетках. Иногда трехфазное электрооборудование снабжается 5-штырьковой штепсельной вилкой. 5-й контакт, являющийся «нулем» (neutral wire), применяется в тех случаях, когда внутри оборудования требуется получать однофазное напряжение (для чего и нужен «нуль», как было показано выше).

TRANSFER (переключение)

Используется для обозначения переключения нагрузки с одного источника питания на другой.

TRANSFER ASYNCHRONOUS (несинхронизированное переключение)

Переключение нагрузки с одного источника питания на другой, когда они несинхронизированы.

TRANSFER SWITCH

Переключатель, используемый для переключения нагрузки с одного источника питания на другой. Часто применяется русскоязычный синоним АВР (автоматический ввод резерва).

TRANSFER SYNCHRONOUS (синхронизированное переключение)

Переключение нагрузки с одного источника питания на другой, когда они синхронизированы (SYNCHRONIZED).

TRANSFER TIME (время переключения)

Интервал времени от начала переключения до начала питания нагрузки от другого источника.

TRANSFORMER (трансформатор)

Устройство, которое может изменять переменное напряжение и/или осуществлять разделение/изолирование цепей. Трансформатор, изменяющий напряжение, называется понижающим (step-down) или повышающим (step-up), в зависимости от того, является ли выходное напряжение, соответственно, ниже или выше входного. Когда трансформатор понижает напряжение, он ровно во столько же раз увеличивает ток, сохраняя произведение напряжения и тока, то есть мощность (POWER). Трансформатор, в которых есть электрическое соединение между входом и выходом, называются автотрансформаторами (auto-transformers). Трансформатор, в которых нет связи по мощности между входом и выходом, называются разделительными (ISOLATION) трансформаторами. В системах энергораспределения переменного тока, энергия передается на большие расстояния под очень высоким напряжением (например, 200,000 Вольт), затем понижается с помощью трансформатора на распределительных подстанциях до промежуточного напряжения (обычно 13,800 Вольт), и в конце концов понижается до напряжения потребительской сети (120В или 230В) в опорных (pole mounted) трансформаторах вне здания. Опорные трансформаторы, которые питают электроэнергией здание, имеют множественные выходные ответвления или отводы («taps»), которые позволяют обслуживающему техперсоналу потребителя выбирать то соединение, которое дает нужное напряжение потребительской сети, даже если напряжение подстанции хронически завышено или занижено. Иногда эти отводы нужно переключать в том случае, когда изменения в системе электрораспределения могут влиять на напряжение подстанции (например, при новом строительстве). Могут приобретаться дополнительные трансформаторы, которые иногда используются для преобразования доступного напряжения сети (например, 220В) в напряжение, требуемое аппаратурой, рассчитанной под другое напряжение (например, 120В).

TRANSIENT (кратковременное изменение)

Быстрое кратковременное изменение, в конце концов полностью исчезающее. Обычно требуется более точное определение, указывающее, что Transeint — это перепад/бросок (surge), выброс, задержка, недогрузка (blackout), шум или Transeint другого типа.

TWIST-LOCK (поворотная фиксация)

Тип силовых разъемов переменного тока, используемый в США. Разъем с поворотной фиксацией (Twist-Lock connector) имеет то преимущество перед обычными ножевыми штекером и гнездом, что его случайное рассоединение весьма затруднительно. Различные типы и классы TWIST-LOCK разъемов описаны в классификации NEMA. Идентификационный номер NEMA для TWIST-LOCK разъемов всегда начинается с буквы «L», например, «NEMA L5-30R» (формальное обозначение для розетки с поворотной фиксацией на 120В 30А).

U UL APPROVED (апробировано UL)

Этот широко используемый термин технически некорректен. Единственными правильными формулировками являются «UL LISTED» или «UL RECOGNIZED».

UL LISTED (внесено в списки UL)

UL выдает этот квалификационный знак оборудованию, устанавливаемому либо эксплуатируемому пользователем, которое оказалось в согласии с требованиями ТБ по нормам пригодности UL. Если изделие является «UL Listed», на нем должна стоять маркировка UL.

UL RECOGNIZED (признано UL)

Это форма официального признания UL, выдаваемого аппаратуре, которая находится не в свободном доступе, а либо устанавливается производителем или специалистом электриком, либо, возможно, конечным пользователем. Примерами изделий «UL RECOGNIZED» являются настенные переключатели /пакетники/, разъемы, проводка, предохранители и автоматические прерыватели тока (circuit breakers).

V V (Voltage, Volt, Вольт, В)

Единица измерения напряжения.

VAC (Volts Alternating Current)

Напряжение переменного тока.

VDC (Volts Direct Current)

Напряжение постоянного тока.

W WATTS (Ватты, Вт)

Одна из энергетических характеристик. Для систем переменного тока, число Ватт (the Watts rating, потребляемая мощность) равно произведению напряжения в Вольтах (the Volts rating) на силу тока в Амперах (the Amps rating) и на коэффициент мощности (the POWER FACTOR). Число Ватт характеризует реально переданную энергию (потребляемую мощность). Обычно в системах переменного тока не весь ток, протекающий через нагрузку, передает энергию этой нагрузке.

WINK (мерцает, «мигает»)

Иногда также говорят «Power Wink» или «Wink-out», жаргонный термин для обозначения кратковременной задержки или потери напряжения.

WYE

То же, что «Звезда». Проводная система для распределения и использования трехфазной (THREE PHASE) электроэнергии. В этой системе используется четыре энергонесущих проводника. Иногда возможен и пятый провод «собственно земли» (safety ground wire). Один из четырех энергонесущих контактов называется «нулем» (NEUTRAL wire). Напряжение между любыми двумя из трех «ненулевых» энергонесущих проводов является установленным напряжением энергораспределения, которое обычно составляет от 380 до 415В в большинстве стран, или же 208В в Северной Америке. Напряжение между «нулем» и любым другим энергонесущим проводом есть типичное напряжение стенной розетки, которое равно напряжению энергораспределения, умноженному на 0,577 (величина, обратная квадратному корню из трех), то есть 220-220В в большинстве стран, либо 120В Северной Америке. Когда нейтральный и один из трех фазовых проводов таким образом отделены от других фазовых проводов, получившиеся два провода называют однофазной электросетью/линией. Большинство однофазных линий получаются из трехфазных именно таким способом. Другой тип трехфазного энергораспределения называется DELTA-стиль (DELTA style) («треугольник» в отечественной терминологии).

А Аварийный источник питания

Независимый резервный источник электрической энергии (ИБП или ДГУ), который при неисправности или отключении основного источника обеспечивает электропитание необходимого качества и необходимой мощности для продолжения работы подключенного оборудования.

Автономный генератор

Локальный преобразователь механической или какой-либо другой энергии в электрическую, например, дизельная генераторная установка (ДГУ), газогенераторная установка (ГГУ), и т.д.

Активная мощность

Термин, используемый для описания произведения эффективного значения тока, напряжения и коэффициента мощности. Выражается в Ваттах (Вт) или Киловаттах (кВт). Физически представляет собой мощность, реально потребляемую оборудованием.

Активная нагрузка

Полезная мощность, отбираемая любой нагрузкой из электросети и преобразуемая в дальнейшем в любой вид энергии (механическую, тепловую, электрическую и т.п.). Единица измерения активной мощности: Ватт (Вт).

Ампер, А

Единица измерения силы электрического тока. Ток равен одному Амперу при его протекании через проводник сопротивлением 1 Ом при приложенном напряжении 1 Вольт.

В Ватт, Вт

Единица измерения активной мощности. Электрически определяется как мощность, выделяемая в нагрузке при приложенном к ней напряжении 1 Вольт и силе тока в 1 Ампер.

Вольт, В

Единица измерения напряжения.

Вольтампер (ВА) или киловольт-ампер (кВА)

Произведение среднеквадратических (эффективных) значений напряжения в вольтах или киловольтах и силы тока в амперах. Единица измерения полной мощности.

Входное напряжение

Напряжение, получаемое ИБП из внешней электросети от питающей подстанции или от дизель-генераторной установки (ДГУ).

Входной коэффициент мощности ИБП / UPS

Определяет, как ведут себя входные цепи ИБП по отношению к входной сети, т.е. какую нагрузку и с каким коэффициентом мощности представляет собой ИБП для питающей сети или ДГУ.

Выброс напряжения (перенапряжение)

Повышение напряжения (не менее 0,008 с), которое может повлечь за собой преждевременный выход компонентов из строя.

Г Гальваническая развязка

Схемотехническое решение, при котором электрические цепи не имеют замкнутой электрической связи между входом и выходом. Гальваническая развязка осуществляется трансформаторами или оптоэлектронными приборами.

Генератор

Общее название устройства для генерирования электрического напряжения или тока, или какой-либо другой энергии.

Герц, Гц

Единица измерения частоты напряжения.

Д Децибел, дБ (одна десятая бела)

Число, выражающее в логарифмической мере отношение двух величин. Употребляется при большом диапазоне изменения этих величин. Бел можно определить как число десятикратных увеличений меньшей величины i(2), требуемых для достижения значения большей величины i(1), то есть lg i(2) /i(1). Число децибел получается путем умножения последней величины на 10.

Джоуль, Дж

Единица измерения энергии.

Дизель-генераторная установка (ДГУ)

Устройство, состоящее из двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, применяемое для гарантированного, резервного или аварийного питания электрооборудования.

Дрейф частоты

Постепенное увеличение или уменьшение ее среднего значения при постоянной нагрузке.

З Завершение работы компьютеров (сворачивание приложений, Shut down)

Корректное завершение работы серверов и других компьютеров с сохранением данных в запущенных приложениях.

Заземление (земля)

Выравнивание потенциалов металлических поверхностей оборудования с потенциалом земли (нулевым) для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, обеспечивается с помощью заземляющего проводника. Также служит для подавления синфазной помехи по фазному и нейтральному питающим проводникам. Правила выполнения заземления строго регламентируются в нормативной документации.

И Импульсный бросок напряжения

Мгновенное значительное повышение напряжения, вызванное ударом молнии или случившееся в момент возобновления подачи напряжения. Броски напряжения могут проникать в электронное оборудование из электросети, по кабелям вычислительных сетей, последовательным линиям передачи данных или телефонным проводам и вызывать значительный ущерб.

Индуктивность (L)

Любое устройство, в состав деталей которого входит железо, имеет некоторое количество магнитной инерции. Эта инерция препятствует любым изменениям тока. Характеристика контура, которая вызывает эту магнитную инерцию, известна под названием индуктивность. Она измеряется в Генри и обозначается как L.

К Коэффициент мощности

Показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть. Равен отношению активной и полной мощностей P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой. В случае единичного коэффициента мощности ток и напряжение совпадают по фазе и оборудование потребляет только активную мощность — это идеальный вариант, поскольку за низкое значение коэффициента мощности на предприятие может быть наложен штраф. 0,95 — хороший показатель, 0,9 — удовлетворительный показатель, 0,8 — плохой показатель, 0,7 — компьютерное оборудование, 0,65 — двухполупериодный выпрямитель. При наличии только гармонических искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и бывает двух видов: опережающий и отстающий. При наличии только нелинейных искажений тока коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в общей активной мощности, потребляемой в нагрузку.

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ, коэффициент несинусоидальности)

Характеризует степень отличия формы напряжения или тока от идеальной синусоидальной формы. Чем КНИ меньше, тем ближе форма напряжения к чистой синусоиде. Типовые значения КНИ: 0% — синусоида, 3% — форма, близкая к синусоидальной, 5% — форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз), до 21% — сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы, 43% — сигнал прямоугольной формы.

Критичная нагрузка

1. Нагрузка, чувствительная к неполадкам в электросети и нуждающаяся в специальном источнике питания, обеспечивающем требуемое качество электроэнергии (серверы, персональные компьютеры, телекоммуникационные сети и др.). 2. Оборудование, функционирование которого влияет на непрерывный технологический процесс или бизнес-процессы, простой такого оборудования или нарушение функционирования которого в результате сбоя электроснабжения может привести к финансовым или другим потерям.

Л Линейная нагрузка

Нагрузка, в которой ток и напряжение связаны между собой линейным законом. Например: нагреватели, электролампы, электродвигатели и т.д.

М Мощность

Скорость выполнения работы или энергия в единицу времени. Механическая мощность часто измеряется в лошадиных силах, а электрическая — в киловаттах.

Мощность электрическая

Работа электрического тока в единицу времени. В цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В цепи переменного тока различают полную мощность, активную мощность, реактивную мощность.

Н Нейтраль

Один из проводников, условно считающийся обратным в пятипроводной, четырехпроводной или трехпроводной системе переменных токов. Потенциал этого проводника близок к потенциалу заземляющего проводника. В трехфазных сетях (пяти или четырехпроводных) с нелинейной нагрузкой, даже при условии равномерной загрузки всех трех фаз на нейтральный провод ложиться повышенная токовая нагрузка. Теоретически максимальный ток через нейтральный проводник может в 1,7 раза превышать ток в фазном проводнике.

Нелинейная нагрузка

Нагрузка (оборудование), в которой ток и напряжение связаны между собой нелинейным законом (компьютер, монитор и т. д.), т.е. любая цепь, в которой присутствуют полупроводниковые элементы.

Нелинейная нагрузка

Нагрузка (оборудование), в которой ток и напряжение связаны между собой нелинейным законом (компьютер, монитор и т. д.), т.е. любая цепь, в которой присутствуют полупроводниковые элементы.

Неполадки в электросети

Любые отклонения параметров питающего напряжения от установленных стандартами значений. Качество электрической энергии в Российской Федерации нормируется в ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» и определяет номиналы и допустимые отклонения следующих параметров электросети: питающее напряжение сети — 220 В с предельно допустимым отклонением ±10%, частота напряжения питающей сети — 50 Гц с предельно допустимым отклонением ±2%, КНИ питающего напряжения — менее 8% в течение длительного промежутка времени и менее 12% кратковременно. Основные неполадки сетевого питания: полное пропадание напряжения в сети (авария в сети), долговременные и кратковременные проседания и всплески напряжения, высоковольтные импульсные помехи, высокочастотный шум, отклонение частоты за пределы допустимых значений. Наиболее распространенным видом неполадок в больших городах являются долговременные проседания напряжения, а в сельской местности к ним добавляются аварии в электросети и высоковольтные импульсные помехи.

Непрерывная подзарядка

Метод перезарядки батарей, при котором в батарею непрерывно направляется слабый ток, поддерживающий ее постоянно заряженной. Такой режим заряда не оптимален для батареи, поскольку постоянное прохождение тока через батарею ускоряет ее деградацию.

Номинальный ток

Номинальный непрерывный ток установки или аппаратуры определяет среднеквадратичное значение переменного тока или величину постоянного тока в Амперах, которое может поддерживаться при нормальном режиме работы без превышения установленных пределов температуры.

О Однофазная нагрузка

Нагрузка или источник переменного тока, обычно имеющие три входных или три выходных клеммы, соответственно. Три клеммы — для подключения фазного, нейтрального и заземляющего проводников.

Основная гармоника

Первая гармоника (50 Гц).

П Падение напряжения

Падение напряжения электросети более чем на 10%.

Переменный ток

Электрический ток, который периодически изменяет свое направление и амплитудное значение при протекании через проводник или контур. Величина переменного тока растет от нуля до максимального значения, затем возвращается к нулю, а далее происходит то же самое в противоположном направлении. Одно полное изменение происходит за один период или 360 градусов. В случае переменного тока с частотой 50 Герц изменение направления тока происходит 50 раз в секунду.

Период

Время, в течение которого происходит полное изменение переменного тока или напряжения от нуля до положительного максимума, нуля, отрицательного максимума и снова до нуля. Количество периодов в секунду представляет собой частоту, величина которой выражается в Герцах (Гц). Для сети с частотой 50 Гц период составляет 20 мс.

Полная мощность (кажущаяся мощность, кВА, ВА)

Термин, используемый в случае, когда ток и напряжение находятся в разных фазах или имеют несинусоидальную форму, что обуславливает протекание реактивных (излишних) составляющих токов в цепях. В результате говорят о кажущейся мощности и выражают ее в Вольт-амперах (ВА) или Киловольт-амперах (кВА).

Полная нагрузка (мощность)

Суммарная мощность, потребляемая нагрузкой и учитывающая активную и реактивную составляющие мощности. Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: вольт-ампер (ВА).

Постоянный ток

Электрический ток, который течет только в одном направлении при данном напряжении. Величина постоянного тока обычно неизменна для конкретной нагрузки.

Пропадание напряжения

Кратковременное полное отключение сети электропитания.

Р Рабочая станция

Любой сетевой компьютер, не являющийся сервером.

Реактивность

Присутствует при наличии в цепи индуктивности и/или емкости.

С Система бесперебойного питания (СБП)

Обеспечивает электроснабжение оборудования напряжением с нормированными параметрами при полном отсутствии напряжения в питающей электросети или недопустимо высоком отклонении параметров сетевого напряжения от номинальных значений (см. «Неполадки в электросети»). Различают два основных типа СБП: источники бесперебойного питания (ИБП), генераторные установки (ДГУ и ГГУ) и / или их комбинации.

Соединение звездой

Метод соединения фаз в трехфазной системе. К средней точке может быть подключен четвертый или нейтральный проводник.

Соединение треугольником

Трехфазное соединение, в котором начало каждой фазы соединено с концом следующей. Нагрузка подключается к углам треугольника. В некоторых случаях в каждой фазе делается центральный отвод, но наиболее часто он делается в одном плече, обеспечивая четырехпроводное соединение.

Среднеквадратичное значение (эффективное значение, RMS)

Результат возведения в квадрат, усреднения и последующего извлечения квадратного корня. Используется для измерения переменного тока и напряжения. Приборы, измеряющие такое значение, имеют маркировку «True RMS».

Срок эксплуатации

Обычно имеется ввиду срок службы аккумуляторной батареи, который сильно зависит от температуры окружающей среды, количества и глубины разрядов батареи, режима заряда батареи. На практике для 5-летних батарей срок службы составляет 3-6 лет, для 10-летних — 7-10 лет.

Стабилизация (напряжения и др.)

Способность поддерживать какую-либо величину как можно ближе к номинальному значению, измеряется в процентах.

Стойка

Стандартизованная стойка для размещения оборудования. Наибольшее распространение получила стойка шириной 19 дюймов.

Т Температура окружающей среды

Температура среды, в которой функционирует оборудование, в частности ИБП или СБП. Может выражаться в градусах Цельсия или Фаренгейта.

Ток (I)

Направленное движение заряженных частиц. Постоянный ток течет от отрицательного полюса к положительному. Переменный ток меняет свое направление. Теоретически при расчете тока и мощности общепризнано направление от положительного полюса к отрицательному. Измеряется в Амперах.

Трехфазность

Три синусоидальные волны напряжения/тока с периодом 360 градусов и сдвигом между ними в 120 градусов. Трехфазная система может быть либо 4-, либо 5-проводной (3 фазовых проводника, один нейтральный и один заземляющий).

Ф Фаза

Один из проводников в питающей сети. Потенциал этого проводника меняется с частотой 50 Гц относительно нейтрального проводника. В трехфазной питающей сети форма напряжения каждой фазы представляет собой синусоиду сдвинутую на 120o относительно других фаз.

Фильтрация напряжения

Очищение или выделение основной кривой, в частности, синусоиды на фоне шумов и различных помех.

Форма напряжения

Закономерность изменения величины напряжения.

Ч Частота напряжения

Количество циклов изменения знака (полных периодов) напряжения или тока за 1 секунду. Измеряется в Герцах (Гц). Частота напряжения 50 Гц означает, что напряжение меняет свой знак 50 раз в секунду.

Ш Шум

Явление, вызываемое грозовым разрядом, переключением нагрузки, работой генераторов и прочими источниками помех и приводящее к отклонению формы напряжения в электросети от правильной синусоиды. Может быть причиной сбоев и ошибок в файлах программ и данных.

Э Электромагнитная совместимость

Свойство оборудования не создавать помех работе другого оборудования.

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

1.01. Напряжение и ток

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Напряжение, ток и сопротивление



Напряжение и ток — это количественные понятия, о которых следует помнить всегда, когда дело касается электронной схемы. Обычно они изменяются во времени, в противном случае работа схемы не представляет интереса.

Напряжение (условное обозначение: U, иногда Е). Напряжение между двумя точками — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Иначе говоря, это энергия, которая высвобождается, когда единичный заряд «сползает» от высокого потенциала к низкому. Напряжение называют также разностью потенциалов или электродвижущей силой (э. д. с). Единицей измерения напряжения служит вольт. Обычно напряжение измеряют в вольтах (В), киловольтах (1 кВ = 103 В), милливольтах (1 мВ = 10-3 В) или микровольтах (1 мкВ = 10-6 В) (см. раздел «Приставки для образования кратных и дольных единиц измерения», мелким шрифтом). Для того чтобы переместить заряд величиной 1 кулон между точками, имеющими разность потенциалов величиной 1 вольт, необходимо совершить работу в 1 джоуль. (Кулон служит единицей измерения электрического заряда и равен заряду приблизительно 6 — 1018 электронов.) Напряжение, измеряемое в нановольтах (1 нВ = 10-9 В) или в мегавольтах (1 МВ = 106 B) встречается редко; вы убедитесь в этом, прочитав всю книгу.

Ток (условное обозначение: I). Ток — это скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения тока служит ампер. Обычно ток измеряют в амперах (А), миллиамперах (1 мА = 10-3 А), микроамперах (1 мкА = 10-6 А), наноамперах (1 нА = 10-9 А) и иногда в пикоамперах (1 пкА = 10-12 А). Ток величиной 1 ампер создаётся перемещением заряда величиной 1 кулон за время, равное 1 с. Условились считать, что ток в цепи протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, хотя электрон перемещается в противоположном направлении.

Запомните: напряжение всегда измеряется между двумя точками схемы, ток всегда протекает через точку в схеме или через какой-либо элемент схемы.

Говорить «напряжение в резисторе» нельзя — это неграмотно. Однако часто говорят о напряжении в какой-либо точке схемы. При этом всегда подразумевают напряжение между этой точкой и «землёй», то есть такой точкой схемы, потенциал которой всем известен. Скоро вы привыкнете к такому способу измерения напряжения.

Напряжение создаётся путём воздействия на электрические заряды в таких устройствах, как батареи (электрохимические реакции), генераторы (взаимодействие магнитных сил), солнечные батареи (фотогальванический эффект энергии фотонов) и т. п. Ток мы получаем, прикладывая напряжение между точками схемы.

Здесь, пожалуй, может возникнуть вопрос: а что же такое напряжение и ток на самом деле, как они выглядят? Для того чтобы ответить на этот вопрос, лучше всего воспользоваться таким электронным прибором, как осциллограф. С его помощью можно наблюдать напряжение (а иногда и ток) как функцию, изменяющуюся во времени. Мы будем прибегать к показаниям осциллографов, а также вольтметров для характеристики сигналов. Для начала советуем посмотреть приложение А, в котором идёт речь об осциллографе, и раздел «Универсальные измерительные приборы», мелким шрифтом.

В реальных схемах мы соединяем элементы между собой с помощью проводов, металлических проводников, каждый из которых в каждой своей точке обладает одним и тем же напряжением (по отношению, скажем, к земле). В области высоких частот или низких полных сопротивлений это утверждение не совсем справедливо, и в своё время мы обсудим этот вопрос. Сейчас же примем это допущение на веру. Мы упомянули об этом для того, чтобы вы поняли, что реальная схема не обязательно должна выглядеть как её схематическое изображение, так как провода можно соединять по-разному.


Рис. 1.1 Закон Кирхгофа для напряжений

Запомните несколько простых правил, касающихся тока и напряжения:

1. Сумма токов, втекающих в точку, равна сумме токов, вытекающих из неё (сохранение заряда). Иногда это правило называют законом Кирхгофа для токов. Инженеры любят называть такую точку схемы узлом. Из этого правила вытекает следствие: в последовательной цепи (представляющей собой группу элементов, имеющих по два конца и соединённых этими концами один с другим) ток во всех точках одинаков.

2. При параллельном соединении элементов (рис. 1.1) напряжение на каждом из элементов одинаково. Иначе говоря, сумма падений напряжения между точками А и В, измеренная по любой ветви схемы, соединяющей эти точки, одинакова и равна напряжению между точками А и В. Иногда это правило формулируется так: сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре схемы равна нулю. Это закон Кирхгофа для напряжений.

3. Мощность (работа, совершенная за единицу времени), потребляемая схемой, определяется следующим образом: P = U I. Вспомним, как мы определили напряжение и ток, и получим, что мощность равна: (работа/заряд) — (заряд/ед. времени). Если напряжение U измерено в вольтах, а ток I — в амперах, то мощность Р будет выражена в ваттах. Мощность величиной 1 ватт — это работа в 1 джоуль, совершенная за 1 с (1 Вт = 1 Дж/с).

Мощность рассеивается в виде тепла (как правило) или иногда затрачивается на механическую работу (моторы), переходит в энергию излучения (лампы, передатчики) или накапливается (батареи, конденсаторы). При разработке сложной системы одним из основных является вопрос определения её тепловой нагрузки (возьмём, например, вычислительную машину, в которой побочным продуктом нескольких страниц результатов решения задачи становятся многие киловатты электрической энергии, рассеиваемой в пространство в виде тепла).

В дальнейшем при изучении периодически изменяющихся токов и напряжений мы обобщим простое выражение P = UI. В таком виде оно справедливо для определения мгновенного значения мощности.

Кстати, запомните, что не нужно называть ток силой тока — это неграмотно. Нельзя также называть резистор сопротивлением. О резисторах речь пойдёт в следующем разделе.


Сигналы


Что измеряют напряжения? | IOPSpark

Напряжение / разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Что измеряют напряжения?

Учебное пособие для 11–14

Загадочное количество

Думая об обучении

Размышление о напряжении либо с точки зрения размера толчка, либо с точки зрения второго фактора (а также тока), который устанавливает мощность, коммутируемую элементом в цепи (см. Повествование по физике), вероятно, будет интуитивно понятным для учеников. на этом этапе обучения.Батареи с более высоким напряжением обеспечивают больший толчок, что приводит к увеличению мощности, рассеиваемой в цепях, частью которых они являются.

Размышляя об обучении

Почему важны измерения напряжения? Какого рода информацию они предоставляют? Что, по словам измерения напряжения, отличается от измерения тока?

Это важные вопросы, на которые следует обратить внимание при обучении. Краткий ответ на все из них заключается в том, что измерения напряжения дают энергетическую картину электрической цепи.В то время как измерения тока говорят нам о потоке заряда (кулон в секунду), измерения напряжения предоставляют информацию о мощности, рассеиваемой этим зарядом (ватт на ампер) в различных частях цепи.

Мы действительно считаем важным не переборщить с детьми младшего возраста. Напряжение — сложная идея.

Мы действительно думаем, что использование веревочной петли может здесь помочь. Это потому, что ученики могут разыграть то, что происходит в контуре со скакалкой. По мере того, как веревка проходит через их руки, их руки нагреваются, и это аккуратно моделирует передачу энергии в тепловой накопитель за счет работы электричества.Рассеиваемая мощность зависит от двух факторов: протекания веревки (тока) и того, насколько сильно вы держите веревку (напряжение).

Чем крепче ученики берут веревку, тем теплее становятся их руки на каждый метр веревки, проходящей через их руки. Напряжение — аналогичный сигнал, хотя и электрический. Он действует аналогично тому, как ученики держат в руках: чем больше напряжение, тем больше мощность на каждый ампер. (Точнее, сила трения, препятствующая течению веревки, является точным аналогом напряжения.)

Поскольку то, что ученики делают руками, позволяет им предсказать, где в конечном итоге энергия переместится в веревочной петле, мы называем это обучающей моделью. Это модель, потому что она обладает предсказательной силой. Структура этой модели такая же, как и у модели электрической схемы, поэтому она является таким мощным эвристическим инструментом.

Различные трактовки напряжений / силы тока и энергии / мощности. История

Можно познакомить с понятием напряжения на разных уровнях сложности, что можно использовать с учениками разного возраста и способностей.Вникать в идею во всех деталях, вероятно, лучше всего, думая о силе. Это подход, использованный в теме SPT: Electricity and Energy.

На феноменологическом уровне напряжение батареи устанавливает мощность для каждого ампера. Чем больше батарея, тем ярче лампы, потому что:

  • В каждой лампочке больше тока.
  • На каждой лампочке больше напряжения.

Накопление всей этой электрической работы заключается в том, что энергия передается в накопители и из них.

«Напряжение» сравнивает изменение энергии в разных хранилищах, прогнозируя или измеряя сравнительные количества энергии, смещенной разными частями цепи. Но, конечно, эти изменения накапливаются со временем — чем дольше работает цепь, тем больше изменение энергии. Мощность остается постоянной, пока работает цепь.

На более продвинутом уровне напряжение батареи принимается как мера количества джоулей энергии, смещенной за каждый проходящий кулон заряда.Напряжение на лампочке или сопротивление какой-либо другой цепи принимается как мера количества джоулей энергии, смещаемых каждым кулоном заряда, когда это количество заряда проходит через этот компонент.

Измерения напряжения

: практическое руководство — NI

Несмотря на то, что многие датчики выдают напряжение постоянного тока, которое можно измерить с помощью мультиметра или устройства сбора данных, основная задача этого технического документа — изучить общие измерения постоянного тока, не требующие установки промежуточного датчика.

Основы измерения напряжения

Чтобы понять, как измерять напряжения, важно понимать основы того, как вы проводите измерения. По сути, напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя интересующими вас точками в электрической цепи. Однако общая путаница заключается в том, как определяется исходная точка измерения. Контрольная точка измерения — это уровень напряжения, при котором выполняется измерение.

Методы опорных точек

Существует два основных метода измерения напряжений: опорное заземление и дифференциальное.

Измерение опорного напряжения на землю

Один из методов — измерить напряжение относительно общей точки или точки «земли». Часто эти «заземления» стабильны и неизменны и чаще всего составляют около 0 В. Исторически термин «земля» возник из обычного применения, когда потенциал напряжения равен 0 В путем подключения сигнала непосредственно к земле. особенно хороши для канала, который соответствует следующим условиям:

  • Входной сигнал высокого уровня (более 1 В)
  • Длина проводов, соединяющих сигнал с устройством, составляет менее 10 футов (3 м)
  • Входной сигнал может иметь общую опорную точку с другими сигналами

Заземление обеспечивается либо устройством, выполняющим измерения, либо измеряемым внешним сигналом.Когда заземление обеспечивается устройством, такая установка называется несимметричным режимом с привязкой к земле (RSE), а когда земля обеспечивается сигналом, такая установка называется несимметричным режимом без привязки (NRSE).

Большинство приборов предлагают аналогичные конфигурации контактов для измерений аналогового входа. Следующий пример демонстрирует этот тип измерения с использованием шасси CompactDAQ и модуля аналогового ввода NI 9205 (см. Рисунок 1).


Рисунок 1.Шасси CompactDAQ с модулем аналогового ввода NI 9205

На рисунке 2 показана схема подключения для измерения напряжения RSE с использованием шасси NI cDAQ-9178 с NI 9205, а также распиновка для модуля. На рисунке 2 контакт 1 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 17 соответствует общему заземлению.

Рис. 2. Односторонний режим с заземлением

На рисунке 3 показана схема подключения для измерения напряжения NRSE с использованием cDAQ-9178 с NI 9205.На рисунке контакт 1 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 35 соответствует каналу «Контроль аналогового входа». Этот канал, особенно для измерений NRSE, может обнаруживать напряжение земли, создаваемое сигналом.

Рисунок 3. Односторонний режим без ссылки

Измерение дифференциального напряжения

Другой способ измерения напряжения — определение «разности» напряжения между двумя отдельными точками в электрической цепи.Например, чтобы измерить напряжение на одном резисторе, вы измеряете напряжение на обоих концах резистора. Разница между напряжениями — это напряжение на резисторе. Обычно измерения дифференциального напряжения полезны для определения напряжения, которое существует на отдельных элементах схемы, или если источники сигнала зашумлены.

Дифференциальные входные соединения особенно хорошо подходят для канала, который соответствует любому из следующих условий:

  • Входной сигнал низкого уровня (менее 1 В)
  • Длина проводов, соединяющих сигнал с устройством, превышает 3 м (10 футов)
  • Входной сигнал требует отдельной опорной точки заземления или обратного сигнала
  • Сигнальные провода проходят через шумную среду

На рисунке 4 показана схема подключения для измерения дифференциального напряжения с использованием cDAQ-9178 с NI 9205.На рисунке контакт 1 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 19 соответствует каналу «Аналоговый вход 8».

В дифференциальном режиме отрицательный сигнал подключается к аналоговому выводу, обращенному непосредственно к аналоговому каналу, который подключен к положительному сигналу. Например, «Аналоговый вход 0» будет подключен к положительному, а «Аналоговый вход 8» будет подключен к отрицательным сигналам, «Аналоговый вход 1» — для положительного, «Аналоговый вход 9» — для отрицательного и так далее. Недостатком дифференциального режима является то, что он эффективно уменьшает вдвое количество аналоговых входных измерительных каналов.

Рисунок 4. Дифференциальный режим

Типы источников сигналов

Перед настройкой входных каналов и подключением сигналов необходимо определить, являются ли источники сигналов плавающими или заземленными.

Плавающие источники сигналов

Беспотенциальный источник сигнала не подключен к системе заземления здания, но имеет изолированную контрольную точку заземления. Некоторыми примерами плавающих источников сигналов являются выходы трансформаторов, термопар, устройств с батарейным питанием, оптических изоляторов и развязывающих усилителей.Инструмент или устройство с изолированным выходом является источником плавающего сигнала. Заземление плавающего сигнала должно быть подключено к заземлению устройства, чтобы установить местный или бортовой опорный сигнал для сигнала. В противном случае измеренный входной сигнал изменяется, поскольку источник выходит за пределы синфазного входного диапазона.

Источники сигналов с привязкой к земле

Источник сигнала с привязкой к земле подключен к заземлению системы здания, поэтому он уже подключен к общей точке заземления по отношению к устройству, при условии, что измерительное устройство подключено к той же системе питания, что и источник.К этой категории относятся неизолированные выходы приборов и устройств, которые подключаются к системе электроснабжения здания. Разница в потенциале земли между двумя приборами, подключенными к одной и той же энергосистеме здания, обычно составляет от 1 до 100 мВ, но разница может быть намного выше, если цепи распределения питания подключены неправильно. Если заземленный источник сигнала измерен неправильно, эта разница может проявиться как ошибка измерения. Следуя инструкциям по подключению заземленных источников сигнала, можно устранить разность потенциалов земли из измеряемого сигнала.

На рис. 5 показаны различные типы источников сигнала, а также оптимальные схемы подключения, основанные на отдельном методе измерения. Обратите внимание, что в зависимости от типа сигнала конкретный метод измерения напряжения может дать лучшие результаты, чем другие.

Рисунок 5. Типы обычных источников сигнала в сравнении с рекомендуемыми конфигурациями входов

Узнайте больше о полевой проводке и шумах для аналоговых сигналов.

Высоковольтные измерения и изоляция

При измерении более высоких напряжений необходимо учитывать множество факторов.При выборе системы сбора данных первый вопрос, который вы должны задать, — будет ли эта система безопасной. Выполнение измерений высокого напряжения может быть опасным для вашего оборудования, тестируемого устройства и даже для вас и ваших коллег. Чтобы обеспечить безопасность вашей системы, вы должны обеспечить изоляционный барьер между пользователем и опасными напряжениями с изолированными измерительными устройствами.

Изоляция

, средство физического и электрического разделения двух частей измерительного устройства, может быть разделено на электрическую и безопасную изоляцию.Электрическая изоляция предназначена для исключения путей заземления между двумя электрическими системами. Обеспечивая электрическую изоляцию, вы можете разорвать контуры заземления, увеличить синфазный диапазон системы сбора данных и сдвинуть опорный сигнал заземления по уровню на единицу заземления системы. Изоляция безопасности ссылается на стандарты, в которых есть особые требования к изоляции людей от контакта с опасным напряжением. Он также характеризует способность электрической системы предотвращать передачу высокого напряжения и переходных напряжений через ее границу в другие электрические системы, с которыми пользователь может контактировать.

Включение изоляции в систему сбора данных выполняет три основные функции: предотвращение контуров заземления, подавление синфазного напряжения и обеспечение безопасности.

Узнайте больше об измерениях и изоляции высокого напряжения.

Контуры заземления

Контуры заземления являются наиболее частым источником шума в приложениях для сбора данных. Они возникают, когда две подключенные клеммы в цепи имеют разные потенциалы заземления, вызывая протекание тока между двумя точками.Локальное заземление вашей системы может быть на несколько вольт выше или ниже земли ближайшего здания, а удары молнии поблизости могут вызвать разницу в несколько сотен или тысяч вольт. Это дополнительное напряжение само по себе может вызвать значительную ошибку в измерениях, но вызывающий его ток может также связывать напряжения в соседних проводах. Эти ошибки могут проявляться в виде переходных процессов или периодических сигналов. Например, если контур заземления сформирован из линий электропередачи переменного тока 60 Гц, нежелательный сигнал переменного тока проявляется как периодическая ошибка напряжения при измерении.


При наличии контура заземления измеренное напряжение Vm представляет собой сумму напряжения сигнала Vs и разности потенциалов Vg, которая существует между землей источника сигнала и землей измерительной системы (см. Рисунок 6). Этот потенциал обычно не является уровнем постоянного тока; таким образом, результатом является зашумленная система измерения, часто показывающая в показаниях компоненты частоты сети (60 Гц).

Рис. 6. Заземленный источник сигнала, измеренный с помощью системы с заземлением
, имеет контуры заземления

Во избежание образования контуров заземления убедитесь, что в измерительной системе имеется только один эталон заземления, или используйте изолированное измерительное оборудование.Использование изолированного оборудования устраняет путь между землей источника сигнала и измерительным устройством, тем самым предотвращая протекание тока между несколькими точками заземления.

В ранее упомянутой настройке CompactDAQ модуль аналогового ввода NI 9229 обеспечивает межканальную изоляцию 250 В.

Рисунок 7. Изолированный модуль аналогового ввода NI 9229 между каналами

Синфазное напряжение

Идеальная дифференциальная измерительная система реагирует только на разность потенциалов между двумя своими клеммами, входом (+) и (-).Дифференциальное напряжение на паре схем является полезным сигналом, однако может существовать нежелательный сигнал, который является общим для обеих сторон пары дифференциальных схем. Это напряжение известно как синфазное напряжение. Идеальная система дифференциального измерения полностью отклоняет, а не измеряет синфазное напряжение. Однако практические устройства имеют несколько ограничений, описываемых такими параметрами, как диапазон синфазного напряжения и коэффициент отклонения синфазного сигнала (CMRR), которые ограничивают эту способность отклонять синфазное напряжение.

Диапазон синфазного напряжения определяется как максимально допустимое колебание напряжения на каждом входе относительно земли измерительной системы. Нарушение этого ограничения приводит не только к ошибке измерения, но и к возможному повреждению компонентов на плате.

Коэффициент подавления синфазного сигнала описывает способность измерительной системы отклонять синфазное напряжение. Усилители с более высокими коэффициентами подавления синфазных напряжений более эффективны при подавлении синфазных напряжений.

В неизолированной дифференциальной измерительной системе электрический путь все еще существует в цепи между входом и выходом.Следовательно, электрические характеристики усилителя ограничивают уровень синфазного сигнала, который можно подать на вход. Использование развязывающих усилителей устраняет токопроводящий электрический путь и резко увеличивает коэффициент подавления синфазного сигнала.

Топологии изоляции

При настройке системы измерения важно понимать топологию изоляции устройства. Различные топологии имеют несколько связанных соображений стоимости и скорости.


Межканальный


Самая надежная топология изоляции — это изоляция каналов. В этой топологии каждый канал отдельно изолирован друг от друга и от других неизолированных компонентов системы. Кроме того, каждый канал имеет собственный изолированный источник питания.

Что касается скорости, можно выбрать из нескольких архитектур. Использование развязывающего усилителя с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) на канал обычно быстрее, поскольку вы можете получить доступ ко всем каналам параллельно.Модули аналогового ввода NI 9229 и NI 9239 обеспечивают межканальную изоляцию для обеспечения высочайшей точности измерений.

Более экономичная, но более медленная архитектура предполагает мультиплексирование каждого изолированного входного канала в один АЦП.

Другой метод обеспечения межканальной развязки — использование общего изолированного источника питания для всех каналов. В этом случае синфазный диапазон усилителей ограничен шинами питания этого источника питания, если вы не используете входные аттенюаторы.

Банк


Другая топология развязки включает объединение в группу или группировку нескольких каналов для совместного использования одного развязывающего усилителя. В этой топологии разница синфазного напряжения между каналами ограничена, но синфазное напряжение между группой каналов и неизолированной частью измерительной системы может быть большим. Отдельные каналы не изолированы, но берега каналов изолированы от других берегов и от земли. Эта топология представляет собой более дешевое решение для изоляции, поскольку в этой конструкции используются один изолирующий усилитель и источник питания.

Большинство модулей аналогового ввода NI C Series, таких как NI 9201 и NI 9221, изолированы от банка и могут обеспечивать точные аналоговые измерения напряжения при меньших затратах.

Как увидеть свои измерения: NI LabVIEW

После подключения датчика к измерительному прибору вы можете использовать программное обеспечение для графического программирования LabVIEW для визуализации и анализа данных по мере необходимости (см. Рисунок 8).

Рисунок 8. Измерение напряжения LabVIEW

Измеренное напряжение — обзор

4.01.4.2 Электрохимическая серия

Напряжение, измеренное между электродами цинк-медной ячейки, показанное на рис. 27 , в разомкнутой цепи, было измерено как 1,1 В. Если оба материала электродов были изменены, то весьма вероятно, что будет измеряться 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 задается 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 (aq) ++ 2e − ⇔h3 (g) 0,00V

По определению этой произвольной ссылки все другие материалы можно электрохимически сравнить с SHE, для Например, магний, как показано на Рисунок 30 .Вольтметр в , рисунок 30, будет измерять потенциал холостого хода 2,37 В, при этом магниевый электрод определяется (согласно экспериментам с использованием устройства в , рисунок 27, ) как электрод, подвергающийся окислению, то есть магний, 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 Рис. 30 используется в качестве батареи, то общие электродные реакции будут такими, как показано в уравнении [14]:

[14] Mg⇒Mg2 ++ 2e −− 2.37V2H (aq) ++ 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 возьмем цинк и медь (согласно Рисунок 27, ), Таблица 2 указывает, 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 электрохимический элемент алюминий / цинк будет производить потенциал холостого хода –0,76 — (–1,66) = 0,9 В.

Как измерить напряжение | Хиоки

Как измеряется напряжение? Напряжение легко измерить тестером.

  • («Тестер» и «мультиметр» часто используются как взаимозаменяемые)

Обзор

Поскольку напряжение не видно, невозможно проверить, какое напряжение протекает в цепи, просто взглянув на нее.Однако каждая цепь в электронном устройстве имеет заранее определенное напряжение, необходимое для ее работы, а более высокие напряжения могут вызвать повреждение оборудования или телесные повреждения.
В то же время схемы не будут работать, если они запитаны от слишком низкого напряжения, поэтому необходимо проверить правильность напряжения при неисправности электронного устройства. Эта страница предлагает подробное введение в использование тестеров, которые используются при измерении напряжения, а также некоторые меры предосторожности, касающиеся их использования.

Тестеры необходимы для измерения напряжения.

Если вы хотите что-то измерить, вам понадобится измерительный прибор. Инструменты используются для точного измерения вещей; Например, вам понадобится линейка или измерительная лента, если вы хотите измерить длину, весы или весы, если вы хотите измерить вес, и часы, если вы хотите измерить время. Таким образом, используемый инструмент зависит от того, что измеряется.
То же самое касается измерения напряжения. Это особенно верно, поскольку вы не можете увидеть или прикоснуться к напряжению.В отличие от физических свойств, вы не можете сделать приблизительную оценку, просто взглянув на них. Следовательно, вам понадобится тестер для измерения напряжения. Некоторые из целей, для которых используются эти инструменты, включают:

  • Проверка безопасности
  • Проверка качества
  • Создание прогнозов на основе измеренных значений
  • Решение проблем
  • Проверка пригодности

Тестеры позволяют тщательно проверять состояние электрических устройств путем измерения напряжения.

Типы тестеров

Тестеры бывают множества вариантов. В этом разделе содержится подробное описание основных типов доступных тестеров.

Аналоговые тестеры

Аналоговые тестеры позволяют делать интуитивные суждения на основе отклонения стрелки на градуированной шкале. Они измеряют простой набор параметров, и их преимущество в том, что они просты в использовании. С другой стороны, у них есть недостаток — большие потери по инструментам.

Цифровые мультиметры (DMM)

Цифровые мультиметры отображают результаты своих измерений в числовом виде, что позволяет пользователю получать точные показания. Многие цифровые модели обладают расширенными функциональными возможностями, которые сложно реализовать с помощью аналогового тестера, например расширенными функциями измерения, проверки целостности и проверки диодов. Некоторые модели могут даже отправлять данные измерений на компьютер. Кроме того, цифровые модели отличаются низкими инструментальными потерями.Цифровые мультиметры можно классифицировать по методу выпрямления, который они используют.
При выпрямлении среднего значения входной сигнал обрабатывается как синусоида и преобразуется для отображения результатов измерения. Необходимо соблюдать осторожность, поскольку такой подход может привести к увеличению погрешности измерения при искажении формы сигнала. Напротив, метод истинного среднеквадратичного значения преобразует и отображает форму волны, включая ее гармонические составляющие, позволяя прибору отображать значения, характеризующиеся более низкой ошибкой измерения.

Метод истинного среднеквадратичного значения преобразует форму волны, включая ее гармонические составляющие, для отображения с использованием формулы среднеквадратического значения.
Инструменты также можно классифицировать на основе предоставляемых ими функций, например, предоставляют ли они текущий измерительный терминал. Высококачественные модели предлагают большой выбор параметров измерения, а простые модели — меньше. Высококачественные модели способны выполнять высокоточные измерения в различных областях.Однако они также более дорогие; рекомендуется приобрести инструмент, соответствующий цели, для которой вы планируете его использовать.

Как измерить напряжение с помощью тестера

В этом разделе предлагается простая процедура измерения напряжения с помощью цифрового мультиметра.

1. Выберите параметр измерения.

Цифровые мультиметры имеют несколько параметров измерения, таких как напряжение, сопротивление, ток и т. Д. Сначала установите поворотный переключатель в положение «Напряжение». В случае постоянного напряжения единица измерения напряжения «V» и метка, обозначающая постоянный ток, отображаются, как показано на рисунке.Для напряжения переменного тока установите параметр, отображающий единицу измерения «V» и отметку, обозначающую переменный ток.

2. Вставьте измерительные провода

Вставьте черный измерительный провод в разъем COM цифрового мультиметра. Также вставьте красный измерительный провод в клеммы, обозначенные «В» и «мВ». Для обеспечения точности измерения рекомендуется выполнить настройку нуля перед измерением.

Клемма для измерения напряжения

3. Подключите к цепи и считайте значение

Если вы измеряете напряжение постоянного тока, красный измерительный провод является положительным, а черный измерительный провод — отрицательным.Если вы измеряете напряжение переменного тока, выводы не имеют положительной или отрицательной связи. Если вы измеряете напряжение, подключите провода к обоим концам измеряемой цепи. Таким образом можно измерить значение напряжения. Если вы используете аналоговый прибор, прочтите положение стрелки на градуированной шкале; если вы используете цифровой прибор, считайте числовое значение с дисплея.
Вы можете выбрать диапазон измерения для измерения напряжения. Если вы не уверены, насколько велико измеряемое напряжение, начните с самого высокого диапазона и постепенно переключайтесь на более низкие диапазоны по мере необходимости.Если вы используете цифровой тестер, многие модели могут автоматически выбрать диапазон за вас.

Выберите диапазон

Меры предосторожности при измерении напряжения

При измерении напряжения тестером необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности.

Отодвиньте провода от тестируемой цепи при изменении диапазона.

Если вам нужно изменить диапазон, сначала отодвиньте щупы от измеряемой цепи. Изменение диапазона, когда провода находятся в контакте с цепью, может повредить прибор.

Соблюдайте осторожность при контакте проводов с проверяемой схемой.

Соблюдайте осторожность, чтобы провода контактировали только с намеченной областью. Неосторожное соприкосновение проводов с другими частями цепи может повредить не только прибор, но и электронное устройство, которое вы пытаетесь измерить.

Выберите лучший тестер для вашего приложения

Возможно, вам потребуется измерить напряжение, чтобы проверить безопасность или качество электронного устройства.Для измерения напряжения необходимы тестеры (мультиметры). Эти инструменты доступны в аналоговом и цифровом вариантах, и многие из них предлагают ряд удобных функций. Используйте то, что вы узнали здесь, чтобы выбрать тестер, который соответствует вашим потребностям, а затем использовать его для измерения напряжения.

Как использовать

Сопутствующие товары

Подробнее

20.4: Измерение тока и напряжения

В этом разделе мы описываем, как можно создавать 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 значения 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 (кружок 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 покрытия «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 создается путем размещения большого резистора \ (R_V \) последовательно 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 необходим 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 \).

Низковольтные методы измерения | Tektronix

Как показано на рис. 2b, , измеряемые вольтметром напряжения включают ошибку из-за увеличения термоэлектрического напряжения в цепи и больше не имеют одинаковой величины. Однако абсолютная разница между измерениями составляет ошибку на постоянную величину в 100 нВ, поэтому этот член можно отменить.Первый шаг — вычислить дельта-напряжения. Первое дельта-напряжение ( В и ) равно:

В a = шаг в обратном направлении = (V 1 — V 2 ) / 2 = 2,45 мкВ

Напряжение второго треугольника (V b ) создается на положительном шаге тока и равно:

В b = положительный шаг = (V 3 — V 2 ) / 2 = 2,55 мкВ

Термоэлектрическое напряжение добавляет отрицательный член ошибки в Va и положительный член ошибки при вычислении Vb.Когда тепловой дрейф является линейным, эти члены погрешности равны по величине. Таким образом, мы можем отменить ошибку, взяв среднее значение V a и V b :

.

В f = окончательное значение напряжения = (V a + V b ) / 2 = ½ [(V 1 — V 2 ) / 2 + (V 3 — V 2 ) / 2] = 2,5 мкВ

Дельта-метод исключает ошибку из-за изменения термоэлектрического напряжения

Следовательно, измерение вольтметра — это напряжение, индуцированное только стимулирующим током.По мере продолжения чередования каждое последующее чтение представляет собой среднее значение трех последних аналого-цифровых преобразований.

Трехступенчатый дельта-метод — лучший выбор для высокоточных измерений сопротивления. Рисунок 3 сравнивает 1000 измерений резистора 100 Ом, выполненных с испытательным током 10 нА в течение примерно 100 секунд. В этом примере скорость изменения термоэлектрического напряжения составляет не более 7 мкВ / с. Двухступенчатый дельта-метод колеблется на 30% по мере дрейфа напряжения термоэлектрической ошибки.Напротив, трехступенчатый дельта-метод имеет гораздо более низкий уровень шума — на измерения не влияют термоэлектрические изменения в испытательной цепи.

Измерения тока и напряжения в системах электроснабжения транспортных средств

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 к бортовой сети автомобиля, и 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 прямо 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.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.