Меню

Измерение постоянного тока больших значений



Измерение тока и напряжения в цепях постоянного тока

Токи и напряжения являются наиболее распространенными электрическими величинами, которые при­ходится измерять. Этим объясняется широкая номенклатура выпускаемых средств измерений токов и на­пряжений. Выбор средства измерений может определяться со­вокупностью факторов: предполагаемым размером измеряемой величины, родом тока (постоянного или переменного), часто­той, требуемой точностью измерения, условиями проведения эксперимента, влиянием внешних условий.

При измерении тока и напряжения используются схемы (рисунок 8.1., 8.2).

Рисунок 8.1 Рисунок 8.2

Определение значений напряжений осуществляют, как пра­вило, прямыми измерениями; токов — кроме прямых измерений, широко используют косвенные измерения, при которых измеряет­ся падение напряжения U на резисторе с известным сопротивле­нием R, включенном в цепь измеряемого тока IX (рисунок 8.3).

Рисунок 8.3. Схема измерения напряжения

Значение тока находят по закону Ома: I2=Uab /R2. В этом случае погрешность результата измерения ΔIXопределяется погрешностью измерения напряжения ΔU и погрешностью ΔR, обусловленной отличием номинального значения сопротивления R от истинного значения сопротивления R2. Погрешность ΔIXможет быть найдена по пра­вилам обработки результатов наблюдения при косвенных измере­ниях.

Измерения токов и напряжений всегда сопровождаются по­грешностью, обусловленной сопротивлением используемого сред­ства измерений. Включение в исследуемую цепь средства измере­ний искажает режим этой цепи. Так, например, включение ампер­метра для измерения тока, имеющего сопротивление RA, в цепь, изображенную на рисунке 8.1, приведет к тому, что вместо тока IХ = U/R, который протекал в этой цепи до включения амперметра, после включения амперметра пойдет ток IХ = U/(R+ RA ). Погрешность измерения тока тем больше, чем больше сопротивление амперметра.

Анало­гичная погрешность возникает при измерении напряжений. На­пример, в цепи, представленной на рисунке 8.2, при включении вольтметра, имеющего сопротивление RV, для измерения напря­жения между точками а и b режим цепи тоже нарушается, так как вместо напряжения Uab=U·R2/(R1 +R2),которое было в схе­ме до включения вольтметра, после его включения напряжение определится по формуле:

Погрешность измерения напряжения тем больше, чем меньше сопро­тивление вольтметра.

Косвенным показателем сопротивления средств измерений является мощность, потребляемая средством из цепи, в которой производится измерение. При протекании тока I через амперметр с сопротивлением RA мощность, потребляемая амперметром, PА = I· RA.

Мощность, потребляемая вольтметром при измерении напряжения, определяется выражением PV = U /RV. Следова­тельно, погрешность от искажения режима цепи при измерении токов и напряжений тем меньше, чем меньше мощность, потреб­ляемая средством измерений из цепи, где производится измере­ние. Из средств измерений, используемых для измерений токов и напряжений, наименьшим потреблением мощности из цепи измерений обладают компенсаторы (потенциометры), электрон­ные и цифровые приборы. Среди электромеханических приборов наименьшую мощность потребляют магнитоэлектрические и электростатические приборы. Весьма малая мощность, потреб­ляемая из цепи измерений компенсаторами, позволяет измерять ими не только напряжения, но и ЭДС.

Диапазон измеряемых токов и напряжений весьма широк. Например, при биологических исследованиях, космических исследованиях, измерениях в вакууме необходимо измерять по­стоянные токи, составляющие доли фемтоампер (10 -15 А), а в мощных энергетических установках, на предприятиях цвет­ной металлургии, химической промышленности — токи, достига­ющие сотен килоампер. Для измерений токов и напряжений в таком широком диапазоне значений выпускаются различные средства измерений, обеспечива­ющие возможность измерений в определенных поддиапазонах. Средства измерений токов и напряжений делают, как правило, многопредельными.

Для расширения пределов измерений тока применяют шунты и измерительные трансформаторы постоянно­го тока — в цепях постоянного тока и измерительные трансфор­маторы переменного тока — в цепях переменного тока. Для рас­ширения пределов измерений напряжения используют делители напряжения, добавочные резисторы и измерительные трансфор­маторы напряжения.

Весь диапазон измеряемых токов и напряжений можно услов­но разбить на три поддиапазона: малых, средних и больших значений. Наиболее обеспеченным средствами измерений явля­ется поддиапазон средних значений (ориентировочно: для то­ков — от единиц миллиампер до десятков ампер; для напряже­ний — от единиц милливольт до сотен вольт). Именно для этого поддиапазона созданы средства измерений с наименьшей по­грешностью измерения токов и напряжений. Это не случайно, так как при измерении малых и больших токов и напряжений возни­кают дополнительные трудности.

При измерении малых токов и напряжений эти трудности обусловлены термо-ЭДС в измерительной цепи, резистивными, и емкостными связями измерительной цепи с посторонними ис­точниками напряжения, влиянием внешнего магнитного поля, шумами элементов измерительной цепи и другими причинами. Внешнее переменное магнитное поле тоже может внести су­щественные искажения за счет ЭДС, наводимых в проводах и других элементах цепи, соединяющей источник малой измеря­емой величины со средством измерений. Полностью устранить влияние отмеченных факторов не уда­ется. Поэтому измерения малых токов и напряжений осуществля­ются с большей погрешностью.

Измерения больших токов и напряжений имеют свои осо­бенности и трудности. Например, при измерении больших посто­янных токов с использованием шунтов на шунтах рассеивается большая мощность, приводящая к значительному нагреву шун­тов и появлению дополнительных погрешностей. Для уменьшения рассеиваемой мощности и устранения перегрева необходимо уве­личивать габариты шунтов или применять специальные дополнительные меры по искусственному охлаждению. В результате шун­ты получаются громоздкими и дорогими. При измерении больших токов очень важно следить за качеством контактных соединений, по которым протекает ток. Плохое качество контактного соедине­ния может не только исказить режим цепи и, следовательно, результат измерения, но и привести к обгоранию контакта за счет большой мощности, рассеиваемой на контактном сопротивлении. При измерении больших токов могут возникнуть дополнительные погрешности от влияния на средства измерений сильного магнит­ного поля, создаваемого вокруг шин протекающим током.

При измерении больших напряжений возрастают требования к качеству изоляционных материалов, применяемых в средствах измерений, как для уменьшения погрешностей, возникающих от токов утечки через изоляцию, так и для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Например, если для расширения пределов измерений используется делитель напряжения, то с уве­личением измеряемого напряжения сопротивление делителя нуж­но увеличивать. При измерении больших напряжений сопротивление делителя может оказаться сравнимым с сопротив­лением изоляции, что приведет к погрешности деления напряже­ния и, следовательно, к погрешности измерений. Отсюда следует, что при измерении больших токов и напряже­ний, кроме обычных погрешностей, возникают погрешности, обус­ловленные спецификой этих измерений.

Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 3188 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Измерение больших токов и высоких напряжений

Измерение больших токов и высоких напряженийИзмерение постоянных токов до 6000 А обычно производится при помощи приборов магнитоэлектрической системы с шунтами.

Шунты на большие токи становятся громоздкими, тяжелыми и дорогими, так, например, шунт типа 75ШС 6000 А весит 24 кг. Кроме того, применение шунтов на большие токи не обеспечивает достаточной точности и мощность потерь в них велика, например, в упомянутом шунте при номинальном напряжении 75 мВ мощность потерь 6 000 А х 0,075 В = 450 Вт. Поэтому для измерения больших постоянных токов применяются трансформаторы постоянного тока, которые изготавливаются на номинальные первичные токи от 7,5 до 70 кА при вторичном токе 5 А.

Шунт B6 - номинальный ток 1A - 15кA - падение напряжения 100мВ

Как и в цепях переменного тока, первичная обмотка включается в цепь измеряемого тока (в рассечку проводника), вторичные же обмотки подключаются к источнику синусоидального напряжения последовательно с нагрузкой. В них наводится ЭДС, значение которой зависит от первичного тока. Ток вторичной цепи пропорционален первичному току, если сопротивление нагрузки намного меньше индуктивного сопротивления обмоток.

Схема трансформатора постоянного тока дана на рис. 2.

Трансформатор постоянного тока состоит из двух одинаковых замкнутых сердечников, на каждый из которых наложено по две обмотки. Сердечники изготовлены из пермаллоя.

Измеряемый постоянный ток проходит по первичным обмоткам, соединенным последовательно. Две вторичные обмотки, соединенные между собой последовательно (или параллельно), через выпрямитель присоединяются к источнику питания с переменным напряжением.

Читайте также:  Амперметр щитовой переменного тока э365 1

Вторичные обмотки соединены так, что в течение первого полупериода переменного тока i 2 вторичная н. с. i2w2 в первом сердечнике имеет встречное направление по отношению к первичной н. с. i 1w2 1 а во втором сердечнике направления первичной и вторичной н. с. совпадают. В течение второго полупериода, наоборот, в первом сердечнике направления н. с. совпадают, а во втором они будут иметь встречные направления.

Схема измерительного трансформатора постоянного тока

Рис. 2. Схема измерительного трансформатора постоянного тока

При наличии постоянного измеряемого тока в первичной цепи трансформатора тока во вторичной цепи будет проходить переменный ток с прямоугольной формой кривой, а в диагонали мостовой выпрямительной схемы, в которую включен измерительный механизм, будет проходить постоянный ток. Изменение величины измеряемого тока вызовет изменение первичной н. с. F= i1 wl.

Измеряя вторичный ток и умножая его на действительный к оэффициент трансформации, получим действительное значение первичного тока.

Характеристики трансформатора тока

Рис. 3. Характеристики трансформатора тока: а — кривая намагничивания; б — кривая тока во вторичной цепи; в — кривая тока в измерителе.

Измерение больших переменных токов, как правило, производится амперметрами электромагнитной, ферро-динамической, электродинамической систем, включаемых через измерительные трансформаторы тока, которые изготавливаются на номинальные первичные токи до 25 кА.

Применяющееся в некоторых случаях включение амперметров непосредственно в рассечку проводов или шин (без трансформаторов тока) при напряжениях в цепи выше 500 В должно быть выполнено так, чтобы обеспечивались безопасность обслуживания и удобство наблюдения за показаниями прибора. Амперметры в таких случаях часто изолируются от земли путем установки их на изоляторах.

В цепях высокого напряжения независимо от рода тока и частоты надо стремиться включать амперметр в участок цепи с потенциалом, равным или близким к потенциалу земли, потому что в противном случае создается опасность для экспериментатора и обслуживающего персонала, могут возникать дополнительные погрешности от электрического поля, создаются неблагоприятные условия для работы изоляции прибора, которая в этом случае должна находиться в соответствии с рабочим напряжением измеряемой цепи.

В высоковольтных цепях постоянного тока напряжение можно измерять:

1) вольтметрами магнитоэлектрической системы, которые изготавливаются на номинальные напряжения до 6 кВ,

2) вольтметрами электростатической системы, которые изготавливаются на номинальные напряжения до 100 кВ,

3) применяя измерительные трансформаторы напряжения постоянного тока.

На рис. 4 дана схема измерительного трансформатора постоянного напряжения. Первичные обмотки трансформатора, соединенные последовательно с добавочным сопротивлением, подключены к измеряемому напряжению. Вторичные обмотки, соединенные параллельно, через выпрямитель присоединяются к источнику питания с переменным напряжением. В диагонали выпрямительной схемы включен измерительный механизм.

Схема измерительного трансформатора постоянного напряжения

Рис. 4. Схема измерительного трансформатора постоянного напряжения

Электростатический киловольтметр

Рис. 5. Электростатический киловольтметр

В цепях высокого напряжения переменного тока измерение напряжения, как правило, производится вольтметрами с номинальным напряжением 100 В, включаемыми через измерительные трансформаторы напряжения. В этом случае, с одной стороны, отпадают трудности изготовления приборов непосредственно на высокое напряжение, с другой — устраняется опасность для обслуживающего персонала при работе с измерительными приборами, присоединенными непосредственно к проводам высокого напряжения.

В высоковольтной технике для измерения высоких напряжений часто пользуются специальными электростатическими вольтметрами, шаровыми разрядниками, электронными осциллографами. Два последних из указанных приборов применяются преимущественно для измерения импульсов напряжения.

Источник

Измерения постоянных токов и напряжений

date image2014-02-24
views image5776

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Из средств измерений постоянных токов и на­пряжений наименьшую погрешность измерений дают компенса­торы (потенциометры) постоянного тока. Например, компенсатор типа Р332 имеет класс точности 0,0005 и позволяет измерять постоянные ЭДС и напряжения в диапазоне от 10 нВ до 2,1211111 В. Постоянные токи измеряют с помощью компенсато­ров косвенно с использованием катушек электрического сопро­тивления. При использовании катушек электрического сопротив­ления типа Р324 класса точности 0,002 и компенсатора типа Р332 можно измерять токи с погрешностью не более ± 0,0025 %. Компенсаторы используют при точных измерениях постоянных токов, ЭДС и напряжений и для поверки менее точных средств измерении.

Наиболее распространенными средствами измерении посто­янных токов и напряжении являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры) и вольтметры (микро-, милли-, киловольт-метры), а также универсальные и комбинированные приборы (например, микровольтнаноамперметры, нановольтамперметры и т. п.).

Для измерения малых и средних значений постоянных токов и напряжений наибольшее распространение имеют цифровые и магнитоэлектрические приборы. Измерения больших постоян­ных токов осуществляют обычно магнитоэлектрическими килоамперметрами с использованием наружных шунтов, а очень больших токов – посредством трансформаторов постоянно­го тока. Для измерений больших постоянных напряжений исполь­зуют магнитоэлектрические и электростатические киловольтметры. Электродинамические амперметры и вольтметры редко используют для технических измерении токов и напряжении в це­пях постоянного тока. Их чаще применяют в качестве образцовых приборов при поверке средств измерений более низкого класса точности наряду с цифровыми и магнитоэлектрическими приборами высоких классов точности.

Измерения переменных токов и напряжений.

В основу изме­рений переменных токов и напряжений положены государствен­ный специальный эталон, воспроизводящий силу тока 0,01— 10 А в диапазоне частот 40—1 • 10 5 Гц, и госу­дарственный специальный эталон, воспроизводящий напряжение 0,1—10 В в диапазоне частот 20¸3×10 7 Гц.

Рабочими средствами измерений переменных токов и напря­жений являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры), вольтметры (микро-, милли-, киловольтметры), компенсаторы переменного тока, универсальные и комбинированные приборы, а также регистрирующие приборы и электронные осциллографы. При измерении переменных токов и напряжений могут измеряться их действующие, амплитудные, средние выпрямленные, средние и мгновенные значения. В практике электрических измерений чаще всего приходится измерять синусоидальные переменные токи и напряжения, которые характеризуются действую­щим значением. Поэтому подавляющее большинство средств измерений переменных токов и напряжений градуируются в дей­ствующих значениях для синусоидальной формы кривой тока или напряжения.

Малые переменные токи измеряют цифровыми, элек­тронными и выпрямительными приборами, малые переменные напряжения — электронными вольтметрами.

Переменные токи свыше килоампера и переменные напряже­ния свыше киловольта измеряют с помощью наружных измери­тельных трансформаторов тока или напряжения электромагнит­ными, выпрямительными и электродинамическими приборами. Измерения высоких переменных напряжений (до 75 кВ) при прямом включении средств измерений позволяют осуществлять электростатические киловольтметры, например киловольтметр типа С100. .

В наиболее широком частотном диапазоне при измерении переменных токов работают термоэлектрические и электронные приборы, а при измерении переменных напряжений — электрон­ные и электростатические приборы. Термоэлектрические вольт­метры имеют ограниченное применение из-за большой мощно­сти, потребляемой ими из цепи измерения. В наиболее узком частотном диапазоне работают электродинамические и электромагнитные приборы. Верхняя граница их частотного диапазона обычно не превышает единиц килогерц. Связь меж­ду диапазоном измеряемых величин и частотным диапазоном для разных средств измерений разная. Однако можно указать общую закономерность: с увеличением значения измеряемой величины верхняя граница частотного диапазона снижается. При этом наблюдается и другая закономерность: с увеличением частоты погрешность измерений увеличива­ется.

При измерениях действующих значений переменных токов и напряжении, форма кривой которых отличается от синусоидальной, возникает дополнительная погрешность. Наиме­нее чувствительны к изменению формы кривой переменных токов и напряжений термоэлектрические, электростатические и элек­тронные приборы.

Наиболее точные измерения действующих значений синусои­дальных токов и напряжений можно осуществить электродинами­ческими приборами, цифровыми приборами и компенсаторами переменного тока. Однако погрешность измерений переменных токов и напряжений больше, чем постоянных.

Особенности измерений токов и напряже­ний в трехфазных цепях. В общем случае в несимметричных трехфазных цепях число необходимых средств измерений токов и напряжений соответствует числу измеряемых величин, если каждая измеряемая величина измеряется своим прибором. При измерениях в симметричных трехфазных цепях достаточно про­извести измерение тока или напряжения только в одной линии <фазе), так как в этом случае все линейные (фазные) токи и на­пряжения равны между собой. Связь между линейными и фазны­ми токами и напряжениями зависит от схемы включения нагруз­ки: В несимметричных трехфазных цепях при измерениях токов и напряжений с помощью измерительных трансформаторов можно сэкономить на количестве исполь­зуемых измерительных трансформаторов. Для примера на рис. приведена схема измерений трех линейных токов с ис­пользованием двух измерительных трансформаторов тока, а на рис. аналогичная схема измерений линейных напряжений. Эти схемы основаны на известных соотношениях для трехфазных цепей:IA+IB+IC=0, следовательно, -IC= IA+IB ; и UAB+UBC+UCA=0 следовательно, -UCA=UAB+UBC.. Следует иметь в виду, что для правильного суммирования токов необходимо следить за правильностью вклю­чения генераторных зажимов измерительных трансформаторов. Неправильное включение генераторных зажимов одного из транс­форматоров (в первичной или вторичной цепи) приведет к изме­нению фазы одного из суммируемых токов и результат получится неправильный.

Читайте также:  Прибор для измерения силы электрического тока 9 букв

Схема для измерений линейных напряжений рабо­тает аналогично. Подобные схемы могут быть использованы для измерения фазных токов и напряжений. Для измерений токов и напряжений в трехфазных цепях можно использовать средства измерений этих величин, предназначенные для однофазных це­пей. Кроме того, делаются специ­альные приборы для измерения в трехфазных цепях, которые позволяют быстро и удобно выполнить необходимые измерения.

Измерения средневыпрямленных и амплитудных зна­чений синусоидальных токов и напряжений трудностей не вызы­вают, так как эти значения однозначно связаны с действующим значением синусоиды. Для измерений средневыпрямленных токов и напряжений, форма кривой кото­рых отличается от синусоидальной, нужно использовать средства измерений с выходным сигналом, который определяется средневыпрямленным значением входной величины. К таким средствам относятся выпрямительные приборы и некоторые электронные и цифровые приборы. При градуировке этих средств в действую­щих значениях синусоиды измеряемое средневыпрямленное зна­чение находят делением показания приборов на коэффициент 1,11 Погрешность от изменения формы кривой токов и напряжений у этих приборов тем меньше, чем шире их частотный диапазон. Для измерений амплитудных значений токов и напряжений, фор­ма кривой которых отличается от синусоидальной, нужно использовать средства измерений, выходной сигнал которых определя­ется амплитудным значением входной величины. К таким средст­вам относятся некоторые электронные приборы. При градуировке этих приборов в действующих значениях синусоиды измеряемое амплитудное значение находят умножением показания приборов на коэффициент формы. Для измерений амплитуд импульсных токов и напряжений применяют импульсные электронные приборы.

Среднее значение переменного тока или напряжения характе­ризует постоянную составляющую, содержащуюся в измеряемом токе или напряжении. Для измерений средних значений перемен­ных токов и напряжений обычно применяют магнитоэлектриче­ские приборы.

Мгновенные значения переменных токов и напряжений изме­ряют регистрирующими приборами и электронными осциллографами.

Измерения мощности, энергии и количества электричества

Общие сведения. В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию однофазного и трехфазного переменного тока, реактив­ную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновен­ное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах. Требуемая точность измерения мощности постоянного и перемен­ного тока различна для разных частотных диапазонов. Для постоянного и переменного однофазного и трехфазного тока про­мышленной частоты погрешность должна находиться в пределах: (0,01—0,1) %; при сверхвысоких частотах погрешность может быть выше ± (1—5 %).

Измерение реактивной мощности имеет практическое значе­ние лишь у крупных потребителей электроэнергии, которые всег­да питаются трехфазным переменным током. Нижний предел измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока находится на уровне нескольких вар, а верхний предел примерно 10 6 вар. Погрешность измерения реактивной мощности должна находиться в пределах ± (0,1—0,5) %.

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами изменения номинальных (максимальных) токов и напряжений. Для энергии, потребляемой различными электро­техническими устройствами, нижний предел диапазона измере­ния тока равен примерно 10 -9 А, а напряжения — 10 -6 В. Одна­ко средств измерений для непосредственного измерения таких малых энергий не существует, а малые значения энергии опреде­ляются косвенными методами (например, определяется мощ­ность и время). Верхний предел диапазона измерения тока дости­гает 10 4 А, а напряжение — 10 6 В. Допускаемая погрешность измерения энергии должна находиться в пределах ± (0,1— 2,5) %.

Измерение реактивной энергии необходимо только для про­мышленных трехфазных цепей. Поэтому нижний предел диапазо­на измерения тока в этом случае находится на уровне 1 А, а на­пряжения — 100 В. Верхний предел диапазона измерения тока при непосредственном измерении энергии равен 50 А и напряже­ния — 380 В. Допускаемая погрешность измерения реактивной энергии должна находиться на уровне ± (1—2,5) %.

В широких пределах необходимо также измерять количества электричества: от измерения количества электри­чества в кратковременных импульсах тока (единицы милликулон) до измерения количества электричества, протекающего в те­чение длительного времени (до 10 11 Кл). Допускаемая погреш­ность измерения количества электричества должна находиться в пределах ± (0,1—5) %.

Измерение мощности и энергии постоянного и переменного однофазного тока. Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного однофазного тока применяют электродинамиче­ские и ферродинамические ваттметры, принцип действия и схемы включения которых рассмотрены ранее.

Для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на частоте (до 5000 Гц) вы­пускают электродинамические ваттметры в виде переносных при­боров классов точности 0,1-0,5.

Для измерений мощности в производственных условиях в це­пях переменного тока промышленной или более высоких фиксиро­ванных частот (400, 500 Гц) применяют щитовые ферродина­мические ваттметры классов точности 1,5—-2,5.

Для измерений мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры.

Для измерений мощности при больших токах и напряжениях ваттметры обычно включают через измерительные трансформа­торы тока и напряжения.

Находят применение также косвенные методы измерения мощности постоянного и однофазного переменного тока. Мощ­ность постоянного тока можно определить с помощью двух прибо­ров: амперметра и вольтметра, а мощность однофазного перемен­ного тока — с помощью трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра. При различных схемах включения приборов значения методических погрешностей измерения мощности оказываются различными, зависящими от соотношений сопротивлений приборов и нагрузки. При косвенном измерении мощности необходимо производить одновременный отсчет по двум или трем приборам. Кроме того, при этом снижает­ся точность измерения за счет суммирования инструментальных погрешностей приборов. Например, прямые измерения мощности однофазного переменного тока могут быть проведены с наимень­шей погрешностью ±0,1 %, в то время как при косвенных измерениях мощности измерение только коэффици­ента мощности возможно с наименьшей погрешностью ±0,5 %, а следовательно, общая погрешность будет превышать ±0,5 %.

Для измерения мощности переменного тока иногда применя­ют электронный осциллограф, в частности для определения мощ­ности потерь на гистерезис в ферромагнитных материалах. При этом площадь гистерезисной петли оказывается пропорциональ­ной мощности потерь.

Измерение энергии постоянного тока осуществляют с по­мощью счетчиков постоянного тока.

Энергию однофазного переменного тока измеряют индукци­онными счетчиками электрической энергии.

Электрическую энергию можно измерять также с помощью электронных счетчиков электрической энергии, не имеющих по­движных частей. Такие счетчики обладают лучшими метроло­гическими характеристиками и большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.

Источник

Как измерять напряжение?

Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.

Читайте также:  Закон кулона через силу тока

Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.

Используемые приборы

В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы.

В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:

  • Вольтметры;
  • Мультиметры
  • Осциллографы.

Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.

Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.

Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.

Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.

Измерение напряжения в сети

Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.

Схема измерения напряжения

Рис. 1. Схема измерения напряжения

Если говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.

Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.

С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.

Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.

Постоянного тока

Измерение постоянного напряжения

Рис. 2. Измерение напряжения постоянного тока

Для цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:

  1. Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
  2. Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
  3. Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Приложите щупы мультиметра сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.

На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений. Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.

Переменного тока

Измерение переменного напряжения

Рис. 3. Измерение переменного напряжения

В цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».

В остальном процесс измерения идентичен:

    Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как V со значком «

» или аббревиатурой AC.

  • Установите ручкой деление на нужный предел по принципу ближайшего большего потенциала относительно измеряемого номинала.
  • Выполните подключение щупов к соответствующим выводам: черный к выводу COM, красный к выводу V.
  • Подключите измерительный прибор к нужному устройству, заметьте, что полярность щупов здесь значения не имеет.
  • На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.

    Реальные примеры измерения напряжения

    Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.

    Пример измерения напряжения на батарейке

    Рис. 4. Пример измерения напряжения на батарейке

    Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.

    При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.

    Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.

    Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.

    Видео по теме

    Источник