Устройство для измерения напряжения переменного тока. Измерение переменного напряжения
Первый учёный, который сконструировал и создал достаточно мощную электрическую батарею постоянного тока, был известный итальянский физик Александро Вольта. Эта батарея получила название «вольтов столб» и состояла из нескольких тысяч кружочков из цинка и меди, которые разделялись пропитанными в соляной кислоте матерчатыми прокладками. Он использовал батареи с большим или меньшим количеством элементов. Маленькие батареи давали слабую искру, большие батареи сильную и яркую.
Для измерения напряжения или разности потенциалов используется прибор, который называется вольтметр. На снимке изображён щитовой стрелочный вольтметр , который может монтироваться на щите управления, какого либо устройства. Он используется только для измерения конкретной величины напряжения на одном из узлов данного устройства. Тот вольтметр, что изображён на фото, применяется для измерения постоянного напряжения до 15 вольт. Взгляните на его шкалу. Она ограничена 15 вольтами.
На принципиальных схемах условное изображение вольтметра может выглядеть вот так.
Из рисунка видно, что условное изображение вольтметра на схеме может быть разным. Если в кружке обозначена буква «V », то это означает, что данный вольтметр рассчитан на измерения величин напряжения, составляющих единицы – сотни вольт. Изображения с обозначением «mV » и «μV » указываются в тех случаях, если вольтметр рассчитан на измерение долей вольта - милливольт (1mV = 0,001V) и микровольт (1μV = 0,000001 V). Иногда рядом с изображением вольтметра также указывается максимальная величина напряжения, которую способен измерить вольтметр. Например, вот так – 100 mV. Обычно эта величина указывается для встраиваемых стрелочных вольтметров. Превышать это напряжение не стоит, так как можно испортить прибор.
Кроме этого, рядом с выводами вольтметра могут быть проставлены знаки полярности подключения его в схему «+ » и «- ». Это касается тех вольтметров, которые применяются для измерения постоянного напряжения.
Следует отметить, что щитовые вольтметры это частный случай использования этих приборов. В лабораториях, на радиозаводах, в конструкторских бюро и радиолюбительской практике, вольтметры используются чаще всего в составе мультиметров , которые раньше назывались авометры, то есть ампер-вольт-омметр .
В настоящее время с развитием цифровой электроники стрелочные приборы отходят в прошлое и им на смену приходят цифровые мультиметры с удобной цифровой шкалой, автоматическим переключением предела измерения, малой погрешностью и высоким классом точности.
В радиолюбительской практике на смену «цешкам» и «авошкам» пришли компактные и удобные цифровые приборы. Работать с ними не сложно, но определённые меры безопасности применять необходимо.
Как измерить напряжение мультиметром?
Следует твёрдо помнить, что вольтметр, в отличие от амперметра подключается параллельно нагрузке.
Например, вам надо замерить напряжение на резисторе, который является частью электронной схемы. В таком случае переключаем мультиметр в режим измерения напряжения (постоянного или переменного – смотря какой ток течёт в цепи), устанавливаем наивысший предел измерения. По мере накопления опыта предел измерения вы научитесь выставлять более осознанно, порой пренебрегая данным правилом. Далее подключаем щупы мультиметра параллельно резистору. Вот как это можно изобразить в виде схемы.
Вот так плавно мы переходим к определению так называемого шунта. Как видим из схемы, вольтметр, который измеряет напряжение на резисторе R1, создаёт параллельный путь току, который протекает по электрической цепи. При этом часть тока (Iшунт) ответвляется и течёт через измерительный прибор – вольтметр PV1. Далее опять возвращается в цепь.
В данном случае вольтметр PV1 шунтирует резистор R1 – создаёт обходной путь для тока. Для электрической цепи вольтметр – это шунт – обходной путь для тока. По закону ома, напряжение на участке цепи зависит от протекающего по этой цепи тока. Но мы ведь ответвили часть тока в цепи и провели эту часть через вольтметр. Поскольку сопротивление резистора неизменно, а ток через резистор уменьшился (I R1), то и напряжение на нём изменилось. Получается, что вольтметром мы измеряем напряжение на резисторе, которое образовалось после того, как мы подключили к схеме измерительный прибор. Из-за этого образуется погрешность измерения .
Как же уменьшить воздействие измерительного прибора на электрическую цепь при проведении измерений? Необходимо увеличить, так называемое «входное сопротивление » измерительного прибора – вольтметра. Чем оно выше, тем меньшая часть тока шунтируется измерительным прибором и более точные данные мы получаем при измерениях.
Современные цифровые мультиметры обладают достаточно большим входным сопротивлением и практически не влияют на работу схемы при проведении измерений. При этом точность измерений, естественно, достаточно высока.
Поэтому в лабораторных условиях использовались специальные ламповые вольтметры, которые обладали большим входным сопротивлением и некоторые из них имели класс точности в доли процента.
Перейдём к практике...
Прежде всего, не забывайте, что есть переменное (англ. сокращение - VAC ) и постоянное напряжение (VDC ). Профессиональные приборы сами определяют, с каким напряжением вы работаете, и сами переключаются в нужный режим и на требуемый поддиапазон измерений. При работе с малогабаритными приборами все переключения нужно делать вручную.
На снимке показана часть панели управления популярного и недорогого тестера DT-830B.
Хорошо видно, что пределы измерения переменного напряжения ограничены величинами: 750 вольт (750 V~ ) и 200 вольт (200 V~ ). Понятно, что к силовым промышленным сетям с этим прибором не стоит и близко подходить. Шкала постоянного и импульсного напряжения несколько больше: от 200 милливольт (200 mV) до тысячи вольт (1000).
Как уже говорилось, чтобы замерить напряжение на участке схемы, нужно выбрать переключателем пределов измерения самый большой предел измерения и подключить щупы мультиметра параллельно тому участку цепи, на котором производится замер.
Если предел измерения подходит – то на дисплее появятся показания. Если этого не происходит, то отключаем вольтметр от схемы, уменьшаем предел измерения на один шаг. Повторяем измерение. И так далее до получения показаний.
Имейте в виду, что провода измерительных щупов со временем изнашиваются. При этом нарушается электрический контакт. Перед проведением любых измерений проверяйте целостность щупов!
Также часто бывает необходимо замерить напряжение на выходе блока питания или (батарейки или аккумулятора).
Выбираем ту секцию на панели прибора, которая отвечает за измерение постоянного напряжения. Выставляем предел чуть больше того напряжения, что мы хотим измерить. Далее подключаем щупы прибора в соответствии с полярностью и изменяем предел измерения в сторону уменьшения до тех пор, пока на табло не появятся данные.
На фото показан замер напряжения составной батареи из трёх батареек 1,5V с помощью мультиметра Victor VC9805A+. Для измерения выбран предел 20V.
Аналогично замеряется напряжение на герметичном свинцовом аккумуляторе.
Стоит понимать, что таким образом мы замеряем так называемую ЭДС. ЭДС или электродвижущая сила - это напряжение на клеммах аккумулятора без подключенной нагрузки. Если к аккумулятору подключить какой-либо прибор, то напряжение будет чуть меньше.
Никогда не касайтесь руками оголённых щупов! Небольшим напряжением от 1,5-вольтовой батарейки вас, конечно, не убьёт, но вот при измерении напряжений более 24 вольт могут быть серьёзные последствия от удара током.
Чтобы руки оставались свободными используйте зажимы типа «крокодил», но подключать их нужно при отключенном от сети приборе. Часто возникает необходимость измерять напряжение на рабочей плате, в разных её точках.
Если вы работаете с низковольтным устройством, бойтесь только закоротить щупами отдельные проводники. Для замеров напряжения в устройстве, как правило, применяется следующая методика.
Соедините «земляной» щуп прибора и «землю» платы как можно надёжнее. Работать одним щупом всегда удобнее. Для тех, кто не в курсе, «земляным» или «общим» щупом у прибора называется тот щуп, который подключается к разъёму COM . Обычно он чёрного цвета. Сокращение COM получено от английского слова common – «общий».
Наденьте на рабочий щуп прибора кусочек трубки ПВХ, оставив только крохотный острый кончик. Это делать не обязательно, но желательно. При случайном касании щупом соседних проводников трубка ПВХ изолирует контакты и убережёт от короткого замыкания.
По принципиальной схеме, в контрольных точках проведите нужные вам замеры по отношению к «земле» - корпусному или по-другому общему проводу. Высокое входное сопротивление тестера работу вашей схемы не нарушит.
Измерение переменного напряжения производится аналогичным образом. Можно для пробы измерить переменное напряжение электросети в собственной квартире.
На снимке видно, что установлен максимальный предел 750 вольт (напряжение переменное – V~ ). При установке этого предела на индикаторе высвечиваются две буквы: HV – высокое напряжение (сокращение от англ. – H igh V oltage). Поскольку напряжение переменное, то полярность не имеет значения. В данном случае величина напряжения сети - 217 вольт.
Как уже говорилось, при работе с высоким напряжением следует соблюдать
1. Что называется амплитудным, средним, средневыпрямленным и средним квадратическим значениями напряжения?
2. Какие коэффициенты устанавливают связь между амплитудным и средним квадратическим, средним квадратическим и средним значениями напряжения? Чему равны эти коэффициенты для гармонической формы сигнала?
3. Из – за чего может появиться методическая погрешность при измерении несинусоидального сигнала? Приведите примеры приборов, в которых наблюдается такая погрешность?
4. На какие виды классифицируются вольтметры?
5. В чем состоят особенности измерения электрического напряжения?
6. Почему при построении вольтметра применяется преобразователь электрического напряжения в пропорциональное ему значение электрического тока?
7. Какие функции выполняет добавочный резистор?
9. Какие необходимо соблюдать требования при выборе прибора с целью уменьшения методической погрешности?
10. Какие системы измерительных механизмов применяют для измерения напряжения постоянного тока, напряжения тока промышленной частоты, напряжения токов звуковых и высоких частот?
11. Какие аналоговые вольтметры наиболее чаще применяют для измерения напряжения постоянного тока? Почему?
12. В чем заключаются особенности измерения напряжения электростатическим вольтметром?
13. Приборы каких систем применяют для измерения напряжения промышленной частоты?
14. Особенности измерения электрического напряжения приборами электродинамической системы.
15. Опишите конструктивные особенности и принцип действия измерительного трансформатора по напряжению.
16. Назовите особенности измерения напряжения переменного тока на НЧ.
17. Назовите особенности измерения напряжения переменного тока на ВЧ и СВЧ.
18. Приведите основные схемы построения электронных аналоговых вольтметров и их отличия.
19. Поясните метод число – импульсного преобразования напряжения в код.
20. Поясните метод поразрядного кодирования.
21. Что представляет собой цифровой измерительный прибор (ЦИП)?
22. Какие основные элементы схемы содержит любой ЦИП?
23. Для чего предназначен аналого – цифровой преобразователь (АЦП)?
24. Какие преобразования осуществляются в АЦП?
25. Что представляет собой дискретизация по времени?
26. Что представляет собой дискретизация по уровню?
27. К чему сводится процесс квантования?
28. Вносится ли погрешность измерения в результат при дискретизация по времени и дискретизация по уровню? Поясните.
29. Почему ЦИП получили название цифровые приборы?
30. Что представляет собой кодирование?
31. Для чего служит цифровое отсчетное устройство (ЦОУ)?
32. В каком устройстве цифровой код преобразуется в десятичную систему счисления?
33. Перечислите достоинства и недостатки ЦИП.
V – РАЗДЕЛ
Тема: Общие сведения и методы измерения частоты
1. Что представляет собой частота переменного тока?
2. Чему равен 1Гц?
3. Как частота и длина волны связаны между собой?
4. Какие существуют методы измерения частоты?
5. От чего зависит выбор метода измерения частоты?
6. Какие методы и приборы применяют для измерения частоты звукового диапазона?
7. Какие методы и приборы применяют для измерения частоты в диапазоне НЧ?
8. Опишите принцип измерения частоты электродинамическим и ферродинамическим логометрами.
9. Опишите конструкцию и принцип действия вибрационного частотомера.
10. На каких частотах используется метод сравнения?
11. Что представляют собой осциллографические методы измерения частоты?
12. Опишите особенности измерения частоты методом Фигур Лиссажу.
13. Опишите особенности измерения частоты методом круговой развертки.
14. В чем заключается принцип работы гетеродинного частотомера? (Метод нулевых биений).
15. В чем заключается принцип работы вибрационного частотомера?
16. Какова основная область применения резонансного метода измерения частота?
17. На чем основан принцип действия цифрового электронно – счетного частотомера?
18. Опишите принцип построения структурной схемы и принцип работы цифрового электронно – счетного частотомера.
ТЕМА: ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ .
1. Что называется текущей фазой?
2. Что называется начальной фазой?
3. Что называется фазовым сдвигом между двумя гармоническими сигналами?
4. Как определяется фазовый сдвиг?
5. Между какими электрическими сигналами осуществляется измерение фазового сдвига?
6. По каким причинам в электрической цепи может возникнуть фазовый сдвиг?
7. Чему равен фазовый сдвиг между синфазными сигналами?
8. Чему равен фазовый сдвиг между сигналами, которые находятся в противофазе и квадратуре?
9. Как называются приборы для измерения разности фаз? Приведите их классификацию.
10. Как называются устройства, предназначенные для искусственного внесения фазового сдвига?
11. В каких единицах измерения выражается фазовый сдвиг?
12. Какие методы измерения используются для измерения фазового сдвига?
13. Опишите особенности измерения фазового сдвига электромеханическими фазометрами.
14. Что представляют собой осциллографические методы измерения фазового сдвига?
15. Опишите метод линейной развертки.
16. Что представляет собой метод синусоидальной развертки?
17. Опишите принцип определения фазового сдвига методом эллипса.
18. Опишите принцип определения фазового сдвига методом круговой развертки.
Тема: Общие сведения и методы измерения мощности и энергии
1. Что представляет собой электрическая мощность?
2. Через какие основные электрические величины определяется мощность?
3. Какую различают мощность в цепях переменного тока синусоидальных колебаний?
4. Что представляет собой импульсная мощность?
5. Как определяется средняя мощность?
6. Что представляет собой уровень мощности?
7. Дайте определение мгновенной мощности.
8. В каких единицах измерения выражается мощность?
9. Каковы преимущества применения относительных единиц мощности?
10. Опишите особенности метода амперметра и вольтметра при определении мощности.
11. Как измеряется мощность постоянного и переменного однофазного тока ваттметрами?
12. От чего зависит погрешность измерения мощности в цепях постоянного тока с помощью ваттметра?
13. Какими факторами определяется рабочий диапазон частот ваттметров электромеханического типа?
14. Поясните принцип действия и схемы выпрямительного и термоэлектрического ваттметров.
15. Объясните принцип действия ваттметра электродинамической системы.
16. Опишите особенности измерения мощности на звуковых частотах.
17. Опишите особенности измерения мощности на высоких частотах.
Тема: Измерение параметров электронных полупроводниковых приборов и микро - электронных схем
1. Поясните особенности измерения параметров электронных ламп.
2. Поясните особенности измерения параметров полупроводниковых диодов.
3. Как измеряют основные параметры диодов и снимают их вольт – амперную характеристику?
4. Как измеряют емкость и добротность варикапов?
5. Каковы свойства тунельных диодов и схемы измерения их характеристик и параметров?
6. Каковы свойства переключающих диодов и схемы измерения их характеристик и параметров?
7. Как выполняют простейшую проверку работоспособности диодов и транзисторов?
8. Как измеряются параметры транзисторов?
9. Дайте определение h – параметров транзисторов, поясните методику измерения этих параметров.
10. Каковы свойства и характеристики полевых транзисторов разных структур?
11. Что представляет собой осциллографирование вольт – амперных характеристик диодов?
12. Как воспроизвести на экране осциллографа выходные характеристики транзисторов?
13. Поясните особенности измерения параметров интегральных микросхем.
14. Какими основными параметрами характеризуются цифровые интегральные схемы?
Тема: Методы измерения сопротивлений, емкостей и индуктивностей
1. Каково назначение резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности?
2. Что необходимо учитывать при измерении сопротивлений, емкостей, индуктивностей?
4. Н чем основан принцип действия прямопоказывающих омметров?
5. Какие схемы включения имеет однорамочный омметр магнитоэлектрической системы.
6. Опишите последовательную структурную схему и принцип работы прибора, построенного по данной схеме.
7. Опишите особенности измерений малых сопротивлений магнитоэлектрическим омметром.
8. Назовите основной недостаток однорамочных омметров магнитоэлектрической системы.
9. Опишите принцип измерения сопротивления логометрическим прибором?
10. Как измеряют параметры резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности методом вольтметра – амперметра?
11. Что представляет собой мостовой метод измерения?
12. Каковы особенности мостового метода измерений сопротивлений, емкостей и индуктивностей на постоянном и переменном токе?
13. Поясните принцип построения и принцип действия цифрового прибора для измерения емкости, индуктивности, сопротивления.
14. Поясните принцип работы электродинамического микрофарадометра.
Для измерения переменного напряжения используются аналоговые электромеханические приборы (электромагнитные, электродинамические, редко - индукционные), аналоговые электронные приборы (в том числе выпрямительной системы) и цифровые измерительные приборы. Для измерений могут также использоваться компенсаторы, осциллографы, регистрирующие устройства и виртуальные приборы.
При измерении переменного напряжения следует различать мгновенное, амплитудное, среднее и действующее значения искомого напряжения.
Синусоидальное переменное напряжение может быть представлено в виде следующих соотношений:
где u(t) - мгновенное значение напряжения, В; U m - амплитудное значение напряжения, В; (У - среднее значение напряжения, В Т - период
(Т = 1//) искомого синусоидального напряжения, с; U - действующее значение напряжения, В.
Мгновенное значение переменного тока может быть отображено на электронном осциллографе или с помощью аналогового регистратора (самописца).
Средние, амплитудные и действующие значения переменных напряжений измеряются стрелочными или цифровыми приборами непосредственной оценки или компенсаторами переменных напряжений. Приборы для измерения средних и амплитудных значений используются сравнительно редко. Большая часть приборов градуируется в действующих значениях напряжения. Из этих соображений количественные значения напряжений, приведенные в учебном пособии, даны, как правило, в действующих значениях (см. выражение (23.25)).
При измерениях переменных величин большое значение имеет форма искомых напряжений, которые могут быть синусоидальными, прямоугольными, треугольными и др. В паспортах на приборы всегда указывается, для измерения каких напряжений рассчитан прибор (например, для измерения синусоидальных напряжений или прямоугольных). При этом всегда указывается, какой параметр переменного напряжения измеряется (амплитудное значение, среднее значение или действующее значение измеряемого напряжения). Как уже отмечалось, большей частью используется градуировка приборов в действующих значениях искомых переменных напряжений. В силу этого все далее рассматриваемые переменные напряжения даны в действующих значениях.
Для расширения пределов измерения вольтметров переменных напряжений используются добавочные сопротивления, измерительные трансформаторы и добавочные емкости (с приборами электростатической системы).
Использование добавочных сопротивлений для расширения пределов измерения уже рассмотрено в подразделе 23.2 применительно к вольтметрам постоянного напряжения и поэтому в данном подразделе не рассматривается. Не рассматриваются также измерительные трансформаторы напряжения и тока. Сведения по трансформаторам даны в литературе .
При более детальном рассмотрении использования добавочных емкостей для расширения пределов измерения электростатистики вольтметров может применяться одна дополнительная емкость (рис. 23.3, а) или же могут быть применены две дополнительные емкости (рис. 23.3, б).
Для схемы с одной дополнительной емкостью (рис. 23.3, а ) измеряемое напряжение U распределяется между емкостью вольтметра С у и дополнительной емкостью С обратно пропорционально значениям С у и С
Учитывая, что U c = U- Uy, можно записать
Рис. 23.3. Схема расширения пределов измерения электростатических
вольтметров:
а - схема с одной добавочной емкостью; б - схема с двумя добавочными емкостями; U - измеряемое переменное напряжение (действующее значение); С, С, С 2 - добавочные емкости; C v - емкость используемого электростатического вольтметра V; U c - падение напряжения на дополнительной емкости С; U v - показание электростатического вольтметра
Решая уравнение (23.27) относительно U, получим:
Из выражения (23.28) следует, что чем больше измеряемое напряжение U по сравнению с предельно допускаемым напряжением для данного электростатического механизма, тем меньше должна быть емкость С по сравнению с емкостью С у.
Следует отметить, что формула (23.28) правомерна лишь при идеальной изоляции конденсаторов, образующих емкости С и C v . Если же диэлектрик, изолирующий пластины конденсаторов друг от друга, имеет потери, то возникают дополнительные погрешности. Кроме того, емкость вольтметра С у зависит от измеряемого напряжения U, так как от U зависят показания вольтметра и соответственно взаимное расположение подвижных и неподвижных пластин, образующих электростатический измерительный механизм. Последнее обстоятельство приводит к появлению еще одной дополнительной погрешности.
Лучшие результаты получаются, если вместо одной добавочной емкости использовать две добавочные емкости С (и С 2 , образующие делитель напряжения (см. рис. 23.3, б).
Для схемы с двумя добавочными емкостями правомерно соотношение
где U a - падение напряжения на емкости С у
Учитывая, что
можно записать
Решая уравнение (23.30) относительно U, получим:
Из выражения (23.31) можно сделать вывод, что если емкость конденсатора С 2 , к которому подключен вольтметр, значительно превышает емкость самого вольтметра, то распределение напряжения практически не зависит от показания вольтметра. Кроме того, при С 2 » С у изменение сопротивления изоляции конденсаторов С, и С 2 и частоты
Таблица 23.3
Пределы и погрешности измерения переменных напряжений
измеряемого напряжения также мало влияют на показания прибора. То есть при использовании двух добавочных емкостей дополнительные погрешности результатов измерений значительно снижаются.
Пределы измерения переменных напряжений приборами разных типов и наименьшие погрешности этих приборов приведены в табл. 23.3.
В качестве примеров в приложении 5 (табл. П.5.1) приведены технические характеристики универсальных вольтметров, позволяющих измерять, в том числе, и переменные напряжения.
В заключение следует отметить следующее.
Погрешности измерения токов (постоянных и переменных) приборами одного типа и в равных условиях всегда больше погрешностей измерения напряжений (и постоянных, и переменных). Погрешности измерения переменных токов и напряжений приборами одного типа и в равных условиях всегда больше погрешностей измерения постоянных токов и напряжений.
Более подробную информацию по затронутым вопросам можно получить в .
В ходе эксплуатации электросети или какого-либо прибора приходится выполнять измерение силы тока.
Из данной статьи вы узнаете, что понимается под этим термином и какие инструменты используются для этой цели.
Заодно поговорим о мерах безопасности при проведении подобных работ.
Единица измерения силы тока
Силой тока в физике принято называть величину заряда, пересекающего поперечное сечение проводника за единицу времени. Единица измерения - ампер (А). Силу в 1 А имеет такой ток, при котором за 1-у секунду через сечение проводника проходит заряд в 1 кулон (Кл).
Силу тока можно сравнить с напором воды. Как известно, в старину небольшие речки перегораживали плотинами, чтобы создать напор, способный вращать колесо мельницы.
Чем более сильным был напор, тем более производительную мельницу можно было привести с его помощью в движение.
Точно так же и сила тока характеризует работу, которую может выполнить электричество. Простой пример: лампочка при увеличении силы тока в цепи будет гореть ярче.
Зачем нужно знать, какой силы ток протекает в проводнике? От силы тока зависит то, как он будет действовать на человека при случайном контакте с токоведущими частями. Производимый электричеством эффект отобразим в таблице:
| Сила тока, А (переменный с частотой 50 Гц) | Эффект |
| Менее 0,5 мА | является незаметным для человека |
| От 0,5 до 2 мА | Появляется нечувствительность к различным раздражителям |
| От 2 до 10 мА | Болевые ощущения, спазм мышц |
| От 10 мА до 20 мА | Усиленные спазмы, некоторые ткани повреждаются. При силе тока от 16 мА человек теряет способность разжать или отдернуть руку, чтобы разомкнуть контакт с токоведущей частью |
| От 20 мА до 100 мА | Дыхательный паралич |
| От 100 мА до 3 А | Фибрилляция сердца, нужны безотлагательные меры по реанимированию пострадавшего |
| Свыше 3 А | Сильные ожоги, остановка сердца (при кратковременном воздействии возможность реанимирования сохраняется) |
А вот еще несколько причин:
- Сила тока характеризует нагрузку на проводник. Максимальная пропускная способность последнего зависит от материала и площади поперечного сечения. Если сила тока окажется слишком большой, провод или кабель будет сильно греться. Это может привести к расплавлению изоляции с последующим коротким замыканием. Вот почему проводку всегда защищают от перегрузок автоматическими выключателями или предохранителями. С особым вниманием к протекающей в проводах силе тока следует отнестись владельцам квартир и домов со старой проводкой: ввиду применения все большего количества электроприборов она часто оказывается в перегруженном состоянии.
- По соотношению значений силы тока в различных цепях электроприбора можно сделать вывод о его исправности. Например, в фазах электродвигателя должны протекать токи равной силы. Если наблюдаются расхождения, значит двигатель неисправен либо работает с перегрузкой. Таким же способом определяется состояние нагревательного прибора или электрического «теплого пола»: замеряется сила тока во всех составляющих устройства.
Работа электричества, точнее говоря его мощность (количество работы за единицу времени), зависит не только от силы тока, но и от напряжения. Собственно говоря, произведение этих величин и определяет мощность:
W = U * I,
- W – мощность, Вт;
- U – напряжение, В;
- I – сила тока, А.
Таким образом, зная напряжение в сети и мощность прибора, можно рассчитать, какая сила тока будет через него протекать при условии исправного состояния: I = W/U. К примеру, если известно, что мощность обогревателя составляет 1,1 кВт и работает он от обычной сети напряжением 220 В, то сила тока в нем составит: I = 1100 / 220 = 5 А.
Формула измерения силы тока
При этом нужно учитывать, что согласно законам Кирхгофа сила тока в проводе до разветвления представляет собой сумму токов в ветвях. Поскольку в квартире или доме все приборы подключаются по параллельной схеме, то если, допустим, одновременно работают два прибора с током в 5 А, то в подводящем проводе и в общем нулевом будет протекать ток силой в 10 А.
Обратная операция, то есть расчёт мощности потребителя путем перемножения измеренной силы тока на напряжение, не всегда дает правильный результат. Если в устройстве-потребителе имеются обмотки, как например в электродвигателях, которым присуще индуктивное сопротивление, часть мощности будет расходоваться на преодоление этого сопротивления (реактивная мощность).
Чтобы определить активную мощность (полезная работа электричества), нужно знать фактический коэффициент мощности для данного прибора, представляющий собой соотношение активной и реактивной мощностей.
Приборы для измерения силы тока и напряжения
Вот какие измерительные инструменты помогут электрику в данном вопросе:
Амперметр
Существует несколько разновидностей данного прибора, которые различаются принципом действия:
- Электромагнитный: внутри имеется катушка, протекаю по которой ток создает электромагнитное поле. Это поле втягивает в катушку железный сердечник, связанный со стрелкой. Чем большей будет сила тока, тем сильнее будет втягиваться сердечник и тем более будет отклоняться стрелка.
- Тепловой: в приборе установлена натянутая металлическая нить, связанная со стрелкой. Протекающий ток вызывает нагрев нити, степень которого зависит от силы тока. А чем сильнее нагреется нить, тем сильнее она удлинится и провиснет, соответственно, тем сильнее отклонится стрелка.
- Магнитоэлектрический: в приборе имеется постоянный магнит, в поле которого находится связанная со стрелкой алюминиевая рамка с намотанной на нее проволокой. При протекании через проволоку электрического тока рамка в магнитном поле стремится повернуться на некоторый угол, который зависит от силы протекающего тока. А от угла поворота зависит положение стрелки, отмечающей на шкале значение силы тока.
- Электродинамический: внутри прибора имеются две последовательно соединенные катушки, одна из которых является подвижной. При протекании по катушкам тока в результате взаимодействия возникающих при этом электромагнитных полей подвижная катушка стремится повернуться относительно неподвижной и при этом тянет за собой стрелку. Угол поворота будет зависеть от силы протекающего тока.
- Индукционный: ток пропускается через обмотки неподвижных катушек, соединенных магнитной системой. В результате образуется вращающееся или бегущее электромагнитное поле, воздействующее с некоторой силой (зависит от силы тока) на подвижный металлический цилиндр или диск. Тот связан со стрелкой.
- Электронный: такие приборы еще называют цифровыми. Внутри имеется электрическая схема, информация выводится на жидкокристаллический дисплей.
Мультиметр для измерения силы тока
Так принято называть универсальный электронный измеритель параметров тока. Он может переключаться как в режим амперметра, так и в режим вольтметра, омметра и мегомметра (измеряются сопротивления большой величины, обычно изоляции).
Измерение силы тока мультиметром
Результаты измерений отображаются на жидко-кристаллическом дисплее. Для работы прибору необходимо питание от батареек.
Тестер
По функциональности это тот же мультиметр, но аналоговый. Результаты измерений обозначаются на шкале при помощи стрелки, батарейки требуются только при наличии омметра.
Измерительные клещи
Измерительные клещи более практичны. Ими нужно просто зажать участок тестируемого провода, после чего прибор покажет силу протекающего в нем тока.
При этом нужно учитывать, что в клещах должен оказаться только проверяемый проводник. Если зажать несколько проводников, прибор покажет геометрическую сумму токов в них.
Измерительные клещи
Таким образом, при помещении в токоизмерительные клещи 1-фазного провода целиком прибор покажет «нуль», так как в фазном и нулевом проводниках протекают разнонаправленные токи одинаковой величины.
Методы измерения
Первые три прибора для проведения измерений должны быть включены в цепь нагрузки последовательно с ней, то есть в разрыв провода. Для 1-фазной сети это может быть как фазный, так и нулевой провод. Для 3-фазной - только фазный, так как в нулевом протекает геометрическая сумма токов во всех фазах (при одинаковой нагрузке равна нулю).
Отметим два важных обстоятельства:
- В отличие от вольтметра (измеритель напряжения), амперметр нельзя использовать без нагрузки, иначе получится короткое замыкание.
- Щупами прибора можно касаться проводов или контактов только при отсутствии напряжения, то есть тестируемая линия должна быть обесточена. В противном случае между близко расположенными щупом и проводом может возникнуть дуга с выделением тепла, достаточного для расплавления металла.
Все измерительные приборы имеют переключатель диапазона, которым регулируется чувствительность.
Заземление необходимо для безопасной эксплуатации электричества. – наиболее важный компонент электрической сети.
Трансформатор 220 на 12 Вольт – назначение и рекомендации по изготовлению вы найдете .
Заметим, что ток, потребляемый некоторыми приборами, такими как телевизионная и компьютерная техника, энергосберегающие и светодиодные лампы, не является синусоидальным.
Поэтому некоторые измерительные приборы, принцип действия которых ориентирован на переменное напряжение, могут определять значение силы такого тока с ошибкой.
Видео на тему
Чтоб измерять ЭДС, либо напряжение на определенном источнике тока, пользуются прибором под названием Вольтметр. Для подключения Вольтметра к выводам источника измерений используют выносные щупы. По виду индикаторы делятся на цифровые и стрелочные.
Для того чтоб провести замеры переменного или постоянного тока, используют различные приборы. Приборы могут быть универсальными и измерять как один, так и другой вид тока. К ним можно отнести вольтметр марки «Э533»
Как постоянное, так и переменное напряжение измеряют в Вольтах. В латинском обозначается «V», в русском «В». Если напряжение постоянное, перед буквой ставится символ «-», если переменное «~ ». Допустим, сеть переменного тока обозначается двумя способами: ~220V либо 220В. На аккумуляторах и батарейках маркировка наносится без знака.
Напряжение батареек обозначается 1,5V либо 1,5В . Сеть автомобиля указывается следующим образом12В , 12V. В обязательном порядке наносится маркировка положительного вывода, знак «+». Для измерения каждого типа тока необходимы различные приборы. Это обусловлено тем, что полярность постоянного тока не изменяется во времени, а переменного изменяется. К примеру, у нас есть бытовая сеть с изменением 50 раз в 1 секунду. Частота изменений меряется в Герцах, 1 Гц равен 1 изменению полярности напряжения в 1 сек.
Как измерять напряжение в электропроводке бытовой сети
Требования ГОСТ 13109-97 гласят о том, что напряжение в электросети не должно превышать 220V±10%. Минимальное напряжение в таком случае будет равно 198 В, максимальное – 242 В. Если не стабильно работает бытовая техника, тускло горят или перегораю лампочки, первым делом следует измерить напряжение электрической проводки.
Перед измерениями подготавливаем прибор:
На картинке видно, что предел измерений в тестере установлен на 300 В, мультиметре – 700 В. Многие модели тестеров требуют установки переключателей в несколько положений: вид измерений (Омы, А, В); вид тока (-, ~), а так же установить концы щупов в необходимые гнезда. Мультиметр требует установку черного щупа в COM порт (каким бы измерение ни было), красного в V (измерение напряжения, частоты, сопротивления). Гнездо ma предназначено для измерения малых токов, 10 А гнездо для тока, не превышающего 10 А.
Осторожно! Если вы вставите штекер в разъем 10 А и будите мерить напряжение, прибор выйдет из строя. В случае если имеется предохранитель, это спасет прибор. Если нет, придется приобретать новый. Это происходит довольно таки часто. Встречал не мало приборов с перегоревшими резисторами. После всего проделанного, можно приступать к измерениям.
Если во время включения прибора на дисплее нет цифр, батарейки не вставлены или вышли из строя. Чаще всего мультиметры используют «Крону», которая обеспечивает питание 9 В. Такой батарейки хватит на год. Поэтому, если прибор долго не использовался, батарейка могла разрядиться. В стационарных условиях лучше пользоваться адаптером ~220В/–9В вместо кроны. Концы щупов вставляются в розетку.
Мультиметр начнет работать, а вот показания стрелочного прибора нужно уметь читать. На первый взгляд это довольно сложная операция. Прибор «ТЛ-4», который у меня более 40 лет, имеется 5 шкал. Верхняя шкала предназначена для показаний, которые кратны 1 (0,1, 1 и так далее).
Шкала ниже для чисел, кратных 3 (0,3, 3 и так далее). Если измеряется переменный ток, величина которого 1 В, 3 В, имеется 2 вспомогательные шкалы. Под сопротивление нанесена специальная шкала. Все тестеры сделаны по этому принципу, только кратность чисел может отличаться.
Мы будем снимать показания со второй шкалы, умножая их на 100. Потому, что щуп вставлен в «~300В». Цена малого деления 0,1. Следовательно, 2,3+учтем, что стрелка между штрихами, получается 2,35*100=235 В. Это напряжение находится в пределах допустимого. Если при измерениях наблюдается постоянное отклонение стрелки, необходимо проверить контакт соединений. Если он плохой, проведите ревизию.
Как измерять напряжение постоянного тока батарейки
аккумулятора или блока питания
Поскольку источник тока не более 24 В, что не грозит жизни человека, можно не придерживаться мер безопасности. Чтоб определить пригодность батарейки, блока питания или аккумулятора к дальнейшей работе, следует измерить напряжения на выводах. На батарейке выводы располагаются на торцах. Положительный нанесен в виде знака «+»
Измерение постоянного тока ни чем не отличается от измерений переменного. Стоит только установить прибор в необходимый диапазон измерения и мерить, придерживаясь полярности.
Чтоб провести более точную оценку емкости, необходимо мерить напряжение под нагрузкой, которая подается к полюсам. Для батарейки, напряжением 1,5 В подойдет нагрузка в виде лампы накаливания на 1,5 В. Чтоб было удобно проводить испытательные работы, ее можно припаять к батарейке через проводники. Если отклонение напряжения от нормы не более 15%, батарейка пригодна.
Если прибора нет в наличии, определить степень разряда можно по свечению лампочки. Однако, такой способ не даст гарантии. Он лишь подтвердит, что на данный момент батарейку можно использовать. Если свечение лампочки тусклое, не выкидывайте батарейку. Ее можно установить в настенные часы, в которых она еще прослужит долгий срок. Все потому, что потребляемый ток часов слишком мал.