15.07.2024

Как измеряется напряжение: В чем измеряется напряжение: единица измерения напряжения

Содержание

| Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * — Пожалуйста, выберите значение -United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

В чем измеряется напряжение: единица измерения напряжения

О том, что в электротехнике есть такое понятие, как напряжение, знают многие. Напряжение может быть постоянным или переменным, оно может иметь различные величины и разную форму. Но в отличие от силы тока объяснить, что называется электрическим напряжением, могут далеко не все. Также многие знают, что напряжение измеряется в Вольтах, но что это за величина? Постараемся разобраться в этих и подобных вопросах.

Что такое электрическое напряжение?

Прежде чем разбираться в таких тонкостях, вспомним, что такое электрический ток. Упорядоченное движение заряженных частиц по замкнутой цепи называется электрическим током. А теперь подумаем, что заставляет эти заряженные частицы двигаться? Есть несколько способов заставить их перемещаться:

  • механическое;
  • химическое;
  • фотоэлектрическое;
  • статистическое;
  • атмосферное;
  • биологическое.

Для широкого пользования применяют первые два способа, их и разберем. При механическом способе вокруг катушки вращается магнит, или, наоборот, вокруг магнита вращается катушка, не так важно, главное, чтобы они двигались относительно друг друга.

Когда происходит такой процесс, в катушке электроны начинают двигаться вслед за магнитным полем, на концах катушки появляется заряд противоположного знака. То есть на одном конце имеется положительный заряд, на другом отрицательный.

Если катушку соединить проводом, то по проводу пойдет ток, потому что противоположно заряженные частицы притягиваются. А раз на концах катушки имеется разность потенциалов, то они стремятся соединиться, провод помогает им в этом.

Логично, что чем больше заряда накапливается на концах катушки, тем сильнее будет притяжение. Вот эту разность зарядов, в большинстве случаев, принято считать напряжением.

Единица измерения напряжения

Само по себе напряжение не производит работу, это делают заряды, перемещающиеся по цепи. Например, при движении электронов по вольфрамовой нити, электроны сталкиваются с атомами вольфрама и отдают ему часть энергии.

Благодаря этому нить нагревается и испускает электромагнитное излучение: тепло и свет. Но чтобы нить накалилась до необходимой температуры, необходимо точно знать сопротивление ее и подаваемое напряжение. В чем измеряется напряжение?

Единицей измерения напряжения служит Вольт. В русском обозначении используется буква В, в международном – V. Что понимается под напряжением в 1В? При таком напряжении по цепи должен идти постоянный ток величиной 1 А и совершаться работа мощностью 1 Вт.


Электрическое напряжение измеряется в Вольтах, названа эта величина в честь итальянского ученого Алессандро Вольта

По другому определению при напряжении в 1 В для перемещения заряда в 1 Кулон совершается работа в 1 Джоуль. Если более подробно рассматривать, в каких единицах измеряется напряжение, то следует отметить более крупную величину в 1 кВ (киловольт) и более мелкие: 1 мВ (милливольт), 1 мкВ (микровольт). Более подробную информацию можно увидеть в приведенной таблице:

От чего зависит напряжение

Как было показано выше, источники питания могут иметь разную природу. Так, грозовой разряд может достигать напряжения в 100 МВ и более, а в живом организме до нескольких вольт: у электрического ската 200–250 В; электрического угря до 650В. Гальванические элементы рассчитаны на питание приборов, для которых они предназначены и имеют напряжение до нескольких десятков вольт.

Также электрическое напряжение зависит от норм страны, где оно используется. Хотя напряжение на электростанциях имеет небольшое значение, с помощью трансформаторов его поднимают до нескольких десятков или сотен киловольт. Это снижает потери при передачах его на большие расстояния.

Каким прибором измеряется напряжение

Важно знать не только в чем измеряется напряжение, но и с помощью какого прибора можно произвести это измерение. Для этого потребуется вольтметр.

Несколько десятилетий назад существовали стрелочные приборы. В них стрелка отклонялась под действием электромагнита, выполненного в виде рамочной катушки, расположенной в постоянном магните. В современных приборах применяется жидкокристаллическое табло, а показания определяются встроенной микросхемой.


Осторожно! При измерении напряжения переключатель выбора измеряемых величин не должен оказаться в области измерения тока, это неизбежно приведет к выходу прибора из строя.

У некоторых может возникнуть вопрос: что лучше, отдельный вольтметр или мультиметр? Не имеет значения, каким прибором измеряется напряжение, все они приспособлены для этого. Те погрешности, которые содержатся в широко распространенных приборах, вполне допустимы для бытовых измерений.

Качество же прибора не зависит от его сложности или функциональности, как правило, это связано с недобросовестностью или неопытностью производителя.

Виды напряжения

Во время измерения напряжения важно знать, с каким родом напряжения мы имеем дело. Дело в том, что для получения желаемого результата необходимо:

  • знать род тока;
  • иметь представление о возможной величине;
  • знать возможности прибора.

От рода тока будет зависеть, в какой области прибора следует устанавливать круговой переключатель. Также может иметь значение расположения щупов относительно клемм источника питания. Хотя многие приборы защищены от неправильного выбора шкалы измерений, неправильно выбранная шкала может значительно повлиять на показания.

Мультиметры способны измерять постоянное и переменное напряжение, но что касается переменного тока, здесь они ограничены в выборе. Рассмотрим это более подробно.

Постоянное напряжение

Электрическое напряжение бывает:

  • постоянное;
  • переменное.

К постоянному току традиционно относят следующие источники:

  • гальванические элементы, солнечные батареи;
  • выпрямители;
  • генераторы постоянного тока.

Из них только первый источник действительно считается постоянным. По определению постоянным называется ток, не изменяющийся по величине и направлению. Выпрямители выдают однонаправленный пульсирующий ток, у которого есть своя частота.

Использование сглаживающих фильтров снижает эти колебания, но полностью не устраняет их, по крайней мере, в большинстве выпрямителях. Что касается генераторов, то у них и вовсе напряжение «скачет» от нуля до максимального значения. Это тоже требует сглаживание импульсов.

Гальванические элементы, как и солнечные батареи, на самом деле выдают постоянный ток. Конечно, при разряде элемента напряжение падает, но это происходит независимо от самого источника.

Для измерения постоянного напряжения необходимо соблюдать полярность. Поэтому щупы многих вольтметров или их провода окрашиваются в разные цвета.

Переменное напряжение

К переменному току можно отнести:

Синусоидальный ток отличается от других видов тем, что напряжение переходит нулевую отметку. В одном периоде напряжение с нуля доходит до максимального положительного значения, а затем снижается до максимального отрицательного значения, переходя нулевое значение. Пульсирующее и выпрямленное напряжения измеряются постоянным вольтметром, в то время как синусоидальный измеряется переменным вольтметром.

Синусоидальный ток многим отличается от постоянного. Например, различают способ измерения:

  • фазный;
  • линейный.

Фазное напряжение измеряется между нулевым проводом и фазой, в то время как линейное измеряется между фазами. Поскольку напряжение во времени постоянно меняется, можно определить его разные значения:

  • мгновенное;
  • амплитудное;
  • среднее;
  • среднеквадратическое;
  • средневыпрямленное.

Мгновенным напряжением называется напряжение, соответствующее мгновенному значению по времени. То есть оно может иметь любое значение как в положительной области, так и в отрицательной.

Амплитудное – напряжение между двумя максимальными значениями периода. Среднее значение в переменном токе равно нулю.

Среднеквадратическое, это именно то значение, которое показывает мультиметр. Средневыпрямленное напряжение приравнивается к постоянному току.

Мы разобрали не только, в чем измеряется напряжение, но и разницу между постоянным и переменным напряжением. Узнали, что переменное напряжение можно измерять различными способами. Вся эта информация поможет лучше понимать специфичные формулировки, связанные с напряжением.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

В чём измеряется напряжение и чем его измеряют

Напряжение — известная величина, используемая во всех световых и аккумуляторных источниках. Что оно собой представляет, какие разновидности существуют, чем измеряют напряжение, в каких единицах измеряется электрическое напряжение и многое другое далее.

Суть явления

Напряжением называется электрическая движущая сила, которая призвана толкать свободные виды электронов от одного атома к другому в определенном направлении. Обязательное требование для протекания зарядов это наличие цепи с замкнутым контуром, который создает условия, для того чтобы их передвигать. Если имеется обрыв электроцепи, то процесс направленного перемещения частиц прекращается.

Обратите внимание! Стоит отметить, что единица напряжения электрической цепи зависит от того, какой проводник имеет материал, как подключена нагрузка, какая есть температура.

Что это такое

Разновидности

Бывает двух видов: постоянным и переменным. Первое есть в электростатических видах цепей и тех, которые имеют постоянный ток. Переменный встречается там, где есть синусоидальная энергия. Важно, что синусоидальная энергия делится на действующее, мгновенное со средневыпрямленным. Единица измерения напряжения электрического тока вольт.

Стоит также отметить, что величина энергии между фазами называется линейной фазой, а показатель тока земли и фаз — фазным. Подобное правило используется во всех воздушных линиях. На территории Российской Федерации в электрической бытовой сети стандартное — 380 вольт, а фазное — 220 вольт.

Основные разновидности

Постоянное напряжение

Постоянным называется разность между электрическими потенциалами, при которой остается такой же величина с перепадами полярности на протяжении конкретного периода. Главным преимуществом постоянной энергии является тот факт, что отсутствует реактивная мощность. Это означает, что вся мощность, которая вырабатывается при помощи генератора, потребляется нагрузкой за исключением проводных потерь. Течет по всему проводниковому сечению.

Что касается недостатков, есть сложность повышения со снижением энергии, то есть в моменте преобразования ее из-за конструкции преобразователей и отсутствия мощных полупроводниковых ключей. К тому же сложно развязывается высокая и низкая энергия.

Обратите внимание! Используется постоянная энергия в электронных схемах, гальванических элементах, аккумуляторах, электролизных установках, сварочных инструментах, инверторных преобразователях и многих других приборах.

Постоянный ток

Переменное напряжение

Переменным называется ток, изменяющийся по величине и направлению периодически, но при этом сохраняющий свое направление в электроцепи неизменно. Нередко его называют синусоидальным. Одно направление, в котором движется энергия, называется положительным, а другое — отрицательным. Поэтому получающаяся величина называется положительной и отрицательной. Такой показатель является алгебраической величиной. В ответ на вопрос, как называется единица измерения напряжения, необходимо отметить, что это вольт. Значение его определяется по направлению. Максимальное значение — амплитуда. Бывает он:

ДвухфазныйТрехфазныйМногофазный

Используется активно в промышленности, на электрической станции, на трансформаторной подстанции и передается в каждый дом при помощи линий электрических передач. Больше всего используется три фазы для подключения. Подобная электрификация распространена на многих железных дорогах.

Обратите внимание! Стоит отметить, что имеются также некоторые виды двухсистемных электровозов, которые работают во многих случаях на переменном показателе.

Переменный ток

Единицы измерения

Измеряется напряженье в вольтах. Обозначается В или Вольт. Одно значение выражено в разности нескольких точек на электрическом поле. Значение 220 вольт говорит о том, что электрическое поле призвано тратить энергию, чтобы протаскивать заряды через всю электрическую цепь с нагрузкой.

Измерительные приборы

Чтобы измерить силу, используется стрелочный или аналоговый, цифровой или электронный вольтметр. Благодаря этим приборам можно измерять и контролировать характеристики сигналов. Также сделать измерения можно осциллографами. Они работают благодаря тому, что энергия отклоняется электронным лучом и поступает на прибор, выдающий показатель переменной величины.

Вольтметр как основной прибор измерения

Напряжение это физическая величина, показывающая размер тока в цепи и оборудовании в вольтах. Ток бывает постоянным и переменным. Отличие в том, что первое понятие обозначает, что ток постоянно меняет свою полярность и протекает в сети переменно. Во втором же случае ток проходит по электроцепи без перерывов. Измеряется вольтметром.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра | Энергофиксик

Мультиметр — это самый важный прибор в каждом доме, а измерение силы тока, напряжения и прозвонка — три наиболее часто используемые функции прибора. И даже эти вроде бы простые операции могут вызвать затруднения. В этой статье я расскажу как измерять силу тока и напряжение с помощью мультиметра.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Мультиметр

Подробно все функции мультиметра я разбирал в этой статье, здесь лишь вкратце остановимся на необходимых опциях.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Из всего разнообразия нам с вами понадобится лишь возможность измерения напряжения переменной и постоянной составляющей (обведено красным кругом под номером 1) и измерение силы тока (обведено красным кругом под номером 2).

В качестве измерительного прибора я использую проверенный и хорошо зарекомендовавший себя мультиметр MASTECH MY68.

Параллельно или последовательно

Прежде чем приступить к непосредственным измерениям, давайте вспомним (запомним) основные правила измерения силы тока и напряжения.

Сила тока измеряется путем последовательного подсоединения амперметра в цепь:

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Напряжение измеряется путем параллельного подсоединения вольтметра в цепь:

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Освежив эти знания, можно двигаться дальше.

Проверяем напряжение

Итак, для того, чтобы успешно выполнить проверку напряжения, измерительные концы устанавливаем следующим образом: черный щуп в разъем COM, а красный щуп в разъем VΩFCx.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Переменное напряжение

Итак, начнем с самого простого, а именно с проверки напряжения. Для проверки напряжения берем мультиметр и с помощью регулятора выставляем:

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

В моем случае прибор автоматически определяет предел измерений, если у вас другой прибор, то выставляйте следующее положение:

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Важно. Всегда выбирайте предел измерений на мультиметре выше, чем на измеряемом приборе. Если вы даже приблизительно не знаете какое по величине напряжение нужно измерить, то выставляйте на мультиметре максимальный предел.

Теперь вставляем концы, например, в розетку и наблюдаем показания прибора.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

При этом в какое гнездо какой щуп вы поместите не играет никакой роли.

Измерение постоянного напряжения

Итак, теперь давайте произведем проверку постоянного напряжения, например, от регулируемого блока питания.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Для этого переводим положение регулятора в V‒, и выбираем предел измерений (либо выставляем максимальный) и все так же присоединяем щупы.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Конечно, полярность при измерении постоянного напряжения важна. Но если даже вы перепутаете концы местами и минусом коснетесь плюса или наоборот, то мультиметр все так же подсчитает напряжение и отобразит его только с отрицательным знаком.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Самое важное правило при измерении напряжения — это правильно выбрать диапазон измерений, поэтому если вы не уверены, что в конкретном случае будет 12 Вольт, а не 24 Вольта, то лучше поставить предел измерения в 600 Вольт и затем при необходимости уменьшить его.

Измерение силы тока

Постоянный ток

Теперь давайте произведем измерение постоянного тока. Первым делом на мультиметре необходимо изменить положение красного щупа и если вы также не знаете какова будет примерная величина силы тока, то выбирайте максимальное значение. В моем случае это 10 Ампер. Затем регулятор переводим в положение «с выбранным пределом измерений:

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Затем нам нужно последовательным образом подключить мультиметр в цепь, где необходимо измерить величину тока.

Теперь просто включаем источник питания и наблюдаем показания на включенном приборе.

Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра

Переменный ток

Если нужно произвести измерение величины переменного тока, то на мультиметре выбираем необходимое положение регулятора, а в остальном процедура полностью идентична вышеописанной.

Примечание. Заинтересовал мой мультиметр? Можете купить такой же здесь.

Заключение

Вот таким нехитрым образом происходит измерение напряжения и силы тока с помощью мультиметра. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше драгоценное внимание!

Как мультиметром измерить сопротивление, ток, напряжение, проверить транзисторы и диоды

Как мультиметром измерить сопротивление, ток, напряжение, проверить транзисторы и диоды

Мультиметр — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций.

Мультиметр DT83X имеет всего два предела измерения переменных напряжений 750 и 200, естественно, это в вольтах, хотя на приборах пишут только цифры. Таким образом, если возникла потребность померить напряжение в розетке, то надо выбрать предел 750, в остальных случаях 200. Тут следует обратить внимание на такую тонкость: переменное напряжение должно быть синусоидальной формы с частотой 50…60 Гц, только в этом случае точность измерения будет приемлемой.

Если измеряемое напряжение имеет прямоугольную или треугольную форму, а его частота намного выше, чем 50Гц, хотя бы 1000…10000 Гц, то показания на дисплее, конечно, появятся, но что они символизируют неизвестно. Здесь можно лишь с уверенностью сказать, что переменное напряжение есть, схема, вроде бы, работает.

Условные обозначения на лицевой панели мультмиетра

Но, давайте, пока отвлечемся от процесса измерений и внимательно посмотрим на лицевую панель мультиметра. Здесь, кроме цифр, можно увидеть много различных символов, напоминающих друдлы (картинки – каракули, к которым надо придумать объяснение, подпись). На рисунке 1 показаны все друдлы, которые можно увидеть на мультиметрах, и их разгадки – объяснения.

Рисунок 1. Обозначения на лицевой панели мультиметра

Эти обозначения следует выучить наизусть, как таблицу умножения, и никогда не забывать, поскольку они помогут не только правильно пользоваться мультиметром, получать правильные результаты измерений, но и уберегут прибор от выхода из строя при неправильном пользовании.

Несколько слов о подключении мультиметра к измеряемой цепи

Все мультиметры комплектуются измерительными щупами, причем, у всех моделей приборов они одни и те же: на одном конце однополюсная вилка для подключения к мультиметру, на другом измерительный щуп, не очень, правда, удобной конструкции. Щупы, как правило, красного и черного цвета, что позволяет соблюдать полярность подключения. Лучше всего это сделать, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Подключение измерительных щупов к мультиметру

Но, если разобраться, то соблюдение полярности не особо и нужно. При измерении переменного напряжения полярность подключения прибора роли вообще не играет, результат будет одним и тем же. При измерении постоянных напряжений, если полярность перепутана, на дисплее перед значением напряжения или тока просто появится знак «-», величина же напряжения будет правильной.

И все же, измерительные щупы лучше подключить так, как показано на рисунке 2: черный щуп в гнездо с надписью «COM» (общий), а красный в гнездо расположенное выше, что позволит проводить все измерения, кроме измерения токов на пределе 10A, что приходится делать не слишком часто.

Особенно следует соблюдать полярность подключения щупов в режиме «прозвонки» полупроводников: на красном щупе будет присутствовать плюсовое напряжение омметра, что позволит правильно подключить исследуемую деталь. Подробнее о проверке полупроводников будет рассказано чуть ниже. Подключение щупов для проверки диода показано на рисунке 3.

Рисунок 3. На красном щупе «плюс» омметра

Провода в измерительных щупах крепятся только пайкой, а на выходе из пластмассовых наконечников свободно болтаются и мотаются, а со временем отматываются совсем и вылетают. Чтобы этого не произошло, следует укрепить провода в щупах с помощью термоусадочной трубки или изоленты.

Маленькое замечание

Нетрудно видеть, что в режиме омметра плюсовое напряжение присутствует на красном щупе, равно как и при измерении постоянных напряжений. Если придется пользоваться стрелочным тестером, то следует запомнить, что в этом случае плюс омметра будет на щупе, который является «минусом» в режиме измерения постоянных напряжений. Но вернемся к современному мультиметру.

Измерение токов

Для измерения «больших» токов придется переключить красный щуп в гнездо с надписью 10A. Около этого гнезда можно увидеть предупредительную надпись, гласящую о том, что этот предел не защищен предохранителем, и измерения можно производить всего 10 секунд, после чего делать перерыв на 15 минут. Почему?

Чтобы правильно ответить на этот вопрос не поленимся открыть прибор, что приходится делать, просто для замены батарейки. На рисунке 4 показан фрагмент платы мультиметра.

Рисунок 4. Входные гнезда мультиметра

На рисунке показан небольшой фрагмент печатной платы мультиметра, а именно три входных гнезда. Верхнее, как раз для измерения тока 10A, нижнее — общий, среднее гнездо для всех остальных измерений. Толстая проволочная скоба слева, это как раз и есть измерительный шунт предела 10A. Диаметр проволоки не менее 1,5 мм, что позволяет надеяться, что она выдержит ток 10 и более ампер достаточно долго, а не 10 секунд, о которых предупреждается на корпусе прибора. Тогда еще одно почему?

Дело в том, что штатные измерительные щупы внутри себя содержат очень даже тонкий провод, вот к нему-то и относится предупредительная надпись. Автору статьи довелось быть очевидцем, но не исполнителем, как мультиметр, включенный на десятиамперный диапазон, воткнули в розетку! Раздался средней силы взрыв, прибор уже был оплакан, и почти похоронен.

Но после детальной проверки оказалось, что бабахнули только щупы, а сам прибор остался цел и невредим: тонюсенький проводок внутри измерительных щупов сработал как предохранитель. Поэтому, если потребуется длительное наблюдение за токами в пределах 5…10A, достаточно просто штатные щупы заменить на более «крепкие».

Мультиметры бюджетных серий DT83X могут измерять только постоянные токи, режима измерения переменных токов в них просто нет. Да, как-то не всегда он нужен, хотя более дорогие модели переменный ток, конечно же, меряют. Наибольший предел измерения тока ни много ни мало 20A! А комплектуются эти приборы теми же измерительными щупами.

На рисунке 4 виден плавкий предохранитель, который защищает мультиметр на пределах измерения токов 2000µ, 20m, 200m. Так что не надо удивляться, если на этих пределах мультиметр не хочет мерить ток, а сразу снимать заднюю крышку и смотреть предохранитель.

В правом верхнем углу рисунка находится четверть какого-то светлого кружка. Это часть пьезоизлучателя, того самого, который пищит в режиме прозвонки. Именно от этого «звонка» и говорят, что надо «прозвонить» схему.

Что значит «прозвонить»

Те, кто пользовался стрелочными тестерами, знают, что прежде, чем приступить к измерению сопротивлений, надо установить стрелку на ноль шкалы. Для этого просто соединить между собой измерительные щупы и покрутить соответствующую ручку.

Хотя у цифровых мультиметров ноль выставлять не требуется, но соединять щупы все равно приходится: это еще одно хорошее правило пользования прибором. Тем самым проверяется в первую очередь целостность щупов (штатные щупы обрываются очень часто), а заодно и ноль шкалы. Если мультиметр находится в режиме «прозвонки» (как показано на рисунке 5), раздается звуковой сигнал.

Рисунок 5. Мультиметр в режиме «прозвонки»

Звуковой сигнал раздается лишь в том случае, если сопротивление между измерительными щупами не превышает 47…50Ω. Это свойство используется при проверке целостности проводников и дорожек на печатных платах. С режимом прозвонки проводов совмещен и режим проверки полупроводников.

Если входные щупы не замкнуты, или в исследуемой схеме обрыв, или проверяемый диод включен в обратной полярности, на дисплее мультиметра высвечивается 1, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Мультиметр показывает обрыв

То же самое можно увидеть на дисплее, если попытаться сопротивление 200КОм измерить на пределе 200Ом. Другими словами измеряемое сопротивление выше, чем предел измерения, прибор «думает», что цепь разорвана.

Такая же картина будет, если напряжение 24В измерять на диапазоне 20, — прибор зашкалил. Только не надо на диапазон 20 подавать напряжение вольт 100…200, поскольку прибор может не выдержать такого издевательства и просто сгорит.

Измерение сопротивлений

Пока не ушли далеко от рисунка 5, рассмотрим, как измерить сопротивление резисторов или высокоомных проводников. Для переключения в режим измерения сопротивлений достаточно повернуть переключатель режимов работы по часовой стрелке, где имеется несколько пределов.

  • 200Ω
  • 2000Ω
  • 20k
  • 200k
  • 2000k

Первые два предела содержат символ Ω, что говорит о том, что цифры на дисплее покажут величину сопротивления в Омах. На пределе 200Ω можно измерить сопротивление резисторов величиной до 200Ω, предел 2000Ω предназначен для измерения сопротивлений до 2КОм.

Если на измеряемом резисторе маркировка 1К5, то прибор покажет 1350…1650 Ω, сказывается допуск резистора ±10%. Об этом надо помнить при измерении сопротивлений.

Остальные три предела содержат букву k (хотя должно быть K), и результат измерений получится в килоомах. Предел 2000k позволяет измерить сопротивления до 2MΩ, результат измерения показывается в килоомах.

При измерении резистора с номиналом 1MΩ на дисплее можно увидеть результат 995…1000, опять же сказывается допуск. Резистор с номиналом 560K покажет 560.

Если же на этом пределе измерять резистор 5K6, то на индикаторе будет только 5, — дробная часть числа просто отбрасывается. Более точных результатов в этом случае можно достичь, если проводить измерения на пределе 20K: на дисплее индицируется 5,61. Поэтому всегда надо выбирать предел, обеспечивающий более точный результат.

Если при измерении токов и напряжений измерения рекомендуется начинать с максимального предела из опасений сжечь прибор, то при измерении сопротивлений следует действовать как раз наоборот, начиная измерения с самого меньшего предела. Почему? Все достаточно просто.

Предположим, что установлен предел измерения сопротивлений 200Ω, а сопротивление измеряемого резистора (будем считать, что оно нам неизвестно) 51КОм. Совершенно очевидно, что пределы 200Ω, 2000Ω, 20k маловаты для измерения такого сопротивления, и на дисплее покажется единица (рис. 6). И только, когда произойдет переключение на предел 200k, получится достоверный результат. Дальнейшее переключение пределов уже не потребуется.

Проверка диодов и транзисторов

Проводится в режиме «прозвонки», как показано на рисунке 5. Для примера на рисунке 7 показано подключение низкочастотного выпрямительного диода 1N4007 (прямой ток 1А, обратное напряжение 1000В).

Рисунок 7. Проверка выпрямительного диода в прямом направлении

Широкое светлое кольцо на правом конце диода, как правило, символизирует вывод катода, таким образом, щупы подключены в проводящем направлении. При этом на дисплее высвечивается прямое падение напряжения на p-n переходе диода, что соответствует полупроводникам на основе кремния. Результат показан на рисунке 8.

Рисунок 8. Прозвонка диода в прямом направлении

Если таким же образом прозвонить диод с барьером Шоттки, то результат получится несколько иной.

Рисунок 9. Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки

Если щупы поменять местами, то диод окажется включенным в обратном направлении, на дисплее появится единица, как на рисунке 6. Такие результаты получаются, если диод исправен. Но возможны и еще два варианта.

Если при подключении щупов прибор запищит, раздастся звуковой сигнал, то диод просто замкнут накоротко, или пробит. При переключении щупов в обратную полярность, звуковой сигнал, скорее всего, не прекратится.

Другой вариант, — независимо от направления включения щупов на дисплее высвечивается единица. В этом случае говорят, что диод находится в обрыве, или попросту сгорел, что называется, до дыр. В точности также при прозвонке мультиметром ведут себя p-n переходы транзисторов. Проверить их ничуть не сложнее, чем отдельный диод.

Как проверить биполярный транзистор

При прозвонке транзистора мультиметром транзистор следует рассматривать не как усилительный прибор со всеми присущими ему свойствами, а как последовательно соединенные, к тому же встречно диоды, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10. Транзистор, как последовательно соединенные диоды. Схема для прозвонки

Теперь к выводу базы надо подключить красный (плюсовой) вывод омметра, а черным коснуться по очереди выводов эмиттера и коллектора, показания будут такими же, как при прозвонке диода в прямом направлении. Процесс измерения и результат показаны на рисунках 11 и 12.

Рисунок 11. Зажимы «крокодил» всегда помогут

Рисунок 12. На дисплее показывается падение напряжения на p-n переходах транзистора при прямом включении омметра

Если вместо красного щупа к базе подключить черный, то переходы сместятся в обратном направлении, закроются, и на дисплее появится единица, как будто при обрыве. Именно так ведет себя при проверке исправный транзистор.

Но может случиться, что при прозвонке p-n перехода раздастся звуковой сигнал, или высветится единица при любом направлении включения измерительных щупов. Это говорит о том, что транзистор неисправен.

Даже при исправном поведении коллекторного и эмиттерного переходов судить об исправности транзистора еще рано. Следует не забыть прозвонить в обоих направлениях выводы К-Э. В любом направлении на дисплее должна показаться все та же единица. Но иногда случается, что даже при исправных переходах Б-Э, Б-К выводы К-Э замкнуты накоротко и слышится звуковой сигнал.

Сказанное справедливо для транзисторов структуры n-p-n. Теми же соображениями следует руководствоваться и при проверке p-n-p транзисторов, но в этом случае красный и черный щупы придется поменять местами. 

Ранее ЭлектроВести писали, что Президент Владимир Зеленский обратился с просьбой к премьер-министру Украины Денису Шмыгалю с просьбой принять меры для сбалансированной работы энергосистемы Украины, в том числе за счет ограничения импорта электроэнергии из России и Беларуси.

По материалам: electrik.info.

напряжение

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

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

Что измеряют напряжения? | IOPSpark

Напряжение/разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Что измеряют напряжения?

Учебное руководство

за
11-14

Загадочное количество

Думая об обучении

Размышление о напряжении либо с точки зрения величины толчка, либо с точки зрения второго фактора (а также тока), который устанавливает мощность, коммутируемую элементом в цепи (см. Рассказ о физике), вероятно, интуитивно понятно ученикам. на данном этапе обучения.Батареи большего напряжения обеспечивают больший толчок, что приводит к большему рассеиванию мощности в цепях, частью которых они являются.

Размышление об обучении

Почему важны измерения напряжения? Какую информацию они предоставляют? О чем говорят нам измерения напряжения, отличающиеся от измерений тока?

Это важные вопросы, которые необходимо решать при обучении. Короткий ответ на все из них состоит 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 дают информацию о мощности, рассеиваемой этим зарядом (ватт на ампер) в различных частях цепи.

Мы считаем, что важно не заходить слишком далеко с детьми младшего возраста. Напряжение — сложная идея.

Мы думаем, что здесь может помочь использование веревочной петли. Это потому, что ученики могут разыгрывать то, что происходит в цепи с веревкой. Когда веревка проходит через их руки, их руки нагреваются, и это аккуратно моделирует перенос энергии в тепловой накопитель при работе с электричеством.Рассеиваемая мощность зависит от двух факторов: потока веревки (силы тока) и силы хвата (напряжения).

Чем крепче учащиеся хватаются за веревку, тем теплее становятся их руки на каждый метр веревки, проходящей через их руки. Напряжение является аналогичным сигналом, хотя и электрическим. Он действует так же, как твердость зрачковой хватки: чем больше напряжение, тем больше мощность на каждый ампер. (Точнее, сила трения, препятствующая течению веревки, является точным аналогом напряжения.)

Поскольку то, что учащиеся делают своими руками, позволяет им предсказать, куда в конце концов переместится энергия в петле веревки, мы называем это моделью обучения. Это модель, потому что она обладает предсказательной силой. Структура этой модели такая же, как и у модели электрической цепи, поэтому она является таким мощным эвристическим инструментом.

Различные трактовки истории напряжения/тока и энергии/мощности

Можно ввести понятие напряжения на разных уровнях сложности, которое 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: Электричество и энергия.

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

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

Накопление всей этой электрической работы заключается в том, что энергия перемещается в хранилища и из них.

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

На более продвинутом уровне напряжение батареи принимается как мера количества джоулей энергии, сдвинутой на каждый проходящий кулон заряда.Напряжение на лампочке или другом сопротивлении цепи принимается как мера количества джоулей энергии, сдвинутой каждым кулоном заряда, когда такое количество заряда проходит через этот компонент.

Измеренное напряжение – обзор

4.01.4.2 Электрохимическая серия

Напряжение, измеренное между электродами цинково-медного элемента, показанного на рис. 27 , при разомкнутой цепи было измерено как 1.1 В. Если бы оба материала электродов были изменены, то весьма вероятно, что было бы измерено другое напряжение, хотя было бы нелегко легко сравнить характеристики этих двух гальванических элементов, поскольку между ними нет общего эталона. Действительно, необходимость обеспечить возможность сравнительного измерения электрохимических характеристик различных материалов привела к разработке «стандартного водородного электрода» (SHE), которому придается произвольный потенциал 0,00 В ( Рисунок 29 ).

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

SHE получает потенциал 0 В только при определенных условиях: газообразный водород под давлением 1 бар, барботирование 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)0,00 В

По определению этой произвольной ссылки все другие материалы можно электрохимически сравнить с СТЭ, для например, магний, как показано на рис. 30 .Вольтметр в Рисунок 30 будет измерять потенциал холостого хода 2,37 В, при этом магниевый электрод определяется (согласно экспериментам с использованием прибора в Рисунок 27 ) как электрод, подвергающийся окислению, то есть магний, высвобождает электроны и является анодом согласно уравнению [13]:

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

[13]Mg⇔Mg2++2e−2.37V

Если гальванический элемент Рисунок 30 используется в качестве батареи, то общие электродные реакции будут такими, как показано в уравнении [14]: ++2e−⇒h3(g)0,00 В

Были проведены испытания различных электродных материалов, которые определены в Таблицах электрохимических потенциалов, см. Таблица 2 .

Таблица 2. Ряд электрохимических потенциалов

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

Эту таблицу также можно использовать для определения потенциала холостого хода, а также потенциала анода и катода любого электрохимического элемента. Например, снова взяв цинк и медь (согласно Рисунок 27 ), Таблица 2 указывает на то, что цинк будет окисляться (т.е., образуют анод ячейки) со стандартным потенциалом –0,76 В, тогда как медь будет восстанавливаться и формировать катод при стандартном потенциале +0,34 В. -потенциал цепи +0,34–(–0,76) = 1,1 В (как отмечалось ранее).

Аналогичным образом, если взять алюминиево-цинковый элемент, на этот раз алюминий будет окисляться и образовывать анод при стандартном потенциале –1,66 В, а на этот раз цинк будет восстанавливаться и образовывать катод при стандартном потенциале –0.76 В. Следовательно, в целом алюминиево-цинковый гальванический элемент будет давать потенциал разомкнутой цепи –0,76 – (–1,66) = 0,9 В.

Как пользоваться мультиметром

Избранное

Любимый

61

Измерение напряжения

Для начала измерим напряжение на батарейке АА: черный щуп подключите к COM , а красный щуп к mAVΩ . Установите мультиметр на «2 В» в диапазоне постоянного тока (постоянный ток).Почти вся портативная электроника использует постоянный ток, а не переменный. Подключите черный щуп к заземлению аккумулятора или «-», а красный щуп к питанию или «+». С небольшим усилием прижмите щупы к положительному и отрицательному полюсам батарейки АА. Если у вас новая батарея, вы должны увидеть на дисплее около 1,5 В (эта батарея совершенно новая, поэтому ее напряжение немного выше 1,5 В).

Если вы измеряете напряжение постоянного тока (например, батареи или датчика, подключенного к Arduino), вы хотите установить ручку там, где V имеет прямую линию.Напряжение переменного тока (например, то, что выходит из стены) может быть опасным, поэтому нам редко нужно использовать настройку напряжения переменного тока (буква V с волнистой линией рядом с ней). Если вы возитесь с переменным током, мы рекомендуем вам приобрести бесконтактный тестер, а не использовать цифровой мультиметр.

Используйте V с прямой линией для измерения напряжения постоянного тока

Используйте V с волнистой линией для измерения напряжения переменного тока

Что произойдет, если поменять местами красный и черный щупы? Показание мультиметра просто отрицательное. Ничего плохого не происходит! Мультиметр измеряет напряжение относительно общего щупа. Какое напряжение на «+» батареи по сравнению с общим или отрицательным контактом? 1,5 В. Если мы переключаем датчики, мы определяем «+» как общую или нулевую точку. Какое напряжение на «-» аккумулятора по сравнению с нашим новым нулем? -1,5 В!

Теперь давайте создадим простую схему, чтобы продемонстрировать, как измерять напряжение в реальном сценарии. Схема представляет собой просто 1 кОм; и синий сверхяркий светодиод, питаемый от блока питания для макетной платы SparkFun.Для начала давайте удостоверимся, что схема, над которой вы работаете, правильно запитана. Если ваш проект должен быть на 5 В, но меньше 4,5 В или больше 5,5 В, это быстро даст вам указание на то, что что-то не так, и вам может потребоваться проверить ваши силовые соединения или проводку вашей схемы.

Измерение напряжения, подаваемого на блок питания.

Установите ручку на «20 В» в диапазоне постоянного тока (диапазон напряжения постоянного тока отмечен V с прямой линией рядом с ним). Мультиметры, как правило, не имеют автоматического выбора диапазона. Вы должны установить мультиметр на диапазон, который он может измерить. Например, 2V измеряет напряжение до 2 вольт , а 20V измеряет напряжение до 20 вольт . Поэтому, если вы измеряете батарею на 12 В, используйте настройку 20 В. Система 5В? Используйте настройку 20 В. Если вы установите его неправильно, вы, вероятно, увидите изменение экрана глюкометра, а затем прочитаете «1».

С некоторым усилием (представьте, что вы втыкаете вилку в кусок вареного мяса) надавите щупами на два открытых куска металла.Один щуп должен контактировать с соединением GND. Один щуп к разъему VCC или 5V.

Мы также можем протестировать различные части схемы. Эта практика называется узловым анализом и является основным строительным блоком анализа цепей. Измеряя напряжение в цепи, мы можем увидеть, какое напряжение требуется каждому компоненту. Сначала измерим всю цепь. Измеряя от места, где напряжение поступает к резистору, а затем от места заземления на светодиоде, мы должны увидеть полное напряжение цепи, которое, как ожидается, будет около 5 В.

Затем мы можем увидеть, какое напряжение потребляет светодиод. Это то, что называется падением напряжения на светодиоде. Если сейчас это не имеет смысла, не бойтесь. Это будет происходить по мере того, как вы больше исследуете мир электроники. Важно отметить, что можно измерять различные части схемы для анализа схемы в целом.

Этот светодиод использует 2,66 В из доступного источника питания 5 В для освещения. Это ниже, чем прямое напряжение, указанное в техническом описании, из-за того, что через схему протекает лишь небольшой ток, но об этом чуть позже.

Перегрузка

Что произойдет, если вы выберете настройку напряжения, которая слишком мала для напряжения, которое вы пытаетесь измерить? Ничего плохого. Измеритель просто отобразит 1. Это измеритель пытается сообщить вам, что он перегружен или находится вне диапазона. Что бы вы ни пытались прочитать, это слишком много для этой конкретной настройки. Попробуйте изменить ручку мультиметра на следующее максимальное значение.

Напряжение 5 В в этой цепи слишком много для значения 2 В на мультиметре.

Ручка выбора

Почему ручка счетчика показывает 20 В, а не 10 В? Если вы хотите измерить напряжение менее 20 В, выберите настройку 20 В. Это позволит вам читать от 2.00 до 19.99 .

Первая цифра на многих мультиметрах может отображать только «1», поэтому диапазоны ограничены 1 9,99 вместо 9 9,99. Следовательно, максимальный диапазон 20 В вместо максимального диапазона 99 В.

Внимание! В общем, придерживайтесь цепей постоянного тока (настройки на мультиметре с прямыми, а не кривыми линиями).Большинство мультиметров могут измерять системы переменного тока (переменного тока), но цепи переменного тока могут быть опасны. Настенная розетка с переменным током или «сетевым напряжением» — это то, что может вас довольно сильно ударить. ОЧЕНЬ внимательно относитесь к AC. Если вам нужно проверить, включена ли розетка, используйте тестер переменного тока. На самом деле единственный раз, когда нам нужно было измерить переменный ток, это когда у нас есть розетка, которая ведет себя странно (она действительно на 110 В?), или если мы пытаемся управлять нагревателем (например, плитой). Не торопитесь и перепроверьте все, прежде чем тестировать цепь переменного тока.



← Предыдущая страница
Типы зондов

Как измерить напряжение с помощью осциллографа

Осциллографы помогают визуализировать электрический сигнал. По своей сути осциллографы отображают график зависимости напряжения от времени для одного или нескольких сигналов. Этот график зависимости напряжения от времени часто называют «формой сигнала». Этот сигнал отображается путем подключения определенного сигнала тестируемого устройства (DUT) к осциллографу с помощью пробника. Наконечник пробника подключается к сигналу, а заземляющий зажим подключается к надежной точке заземления. Измерение напряжения с помощью осциллографа дает основную информацию о сигнале, однако осциллографы часто предлагают гораздо более продвинутые инструменты для дальнейшего анализа вашего сигнала. Понимание того, как измерять напряжение с помощью осциллографа, — это первый шаг к раскрытию мощных измерительных возможностей, которые предлагает ваш осциллограф.

Начало работы: Измерение напряжения осциллографом

Шаг 1: Включите осциллограф и нажмите кнопку «Настройка по умолчанию» на передней панели.

Шаг 2: Подключите пробник к каналу 1. На этом этапе не слишком беспокойтесь о типе пробника, но если у вас есть пробник с зажимом или другим механизмом, который не позволяет вам удерживать его на проводе, это сделает вашу жизнь проще. Ниже приведен базовый пассивный пробник, который отлично подходит для начала!

Шаг 3: Найдите надежную точку заземления и подключите к ней зажим заземления.
Шаг 4: Подсоедините наконечник пробника к сигналу, который вы хотите измерить.
Шаг 5: Теперь осциллограф измеряет напряжение вашего сигнала и отображает его изменение во времени. Если вы не видите весь сигнал на экране, нажмите кнопку «Auto Scale» на передней панели, чтобы отцентрировать и масштабировать осциллограмму.
Шаг 6: Используйте вертикальную и горизонтальную ручки для дальнейшей настройки отображения сигнала. Эти ручки помогут вам увеличивать и уменьшать масштаб, а также сдвигать сигнал вправо, влево, вверх и вниз. Чтобы получить наилучшие измерения, убедитесь, что ваш сигнал охватывает большую часть вертикальной шкалы.

Шаг 7: Самый простой способ рассчитать напряжение — подсчитать количество делений сигнала сверху вниз и умножить его на вертикальную шкалу (вольт/дел). Обратите внимание, что деления также отмечены в вольтах по оси Y, поэтому вы можете легко рассчитать напряжение вашего сигнала, используя эти метки.

Многие осциллографы имеют функции, которые устраняют необходимость подсчета меток деления.Попробуйте один из этих способов, чтобы быстрее измерить напряжение с помощью осциллографа.
• Используйте экранные курсоры для измерения напряжения между двумя точками (вверху и внизу кривой)
• Используйте измерение размаха напряжения
.
• Используйте встроенный DVM

Узнайте больше об осциллографах
Ознакомьтесь с недорогим осциллографом Keysight
Изучите полезные советы по использованию осциллографа от 2-Minute Guru

 

20.4: Измерение тока и напряжения

В этом разделе мы опишем, как можно построить устройства для измерения тока и напряжения. Прибор, измеряющий силу тока, называется «амперметр», а прибор, измеряющий напряжение, — «вольтметр». В настоящее время они обычно находятся в одном и том же физическом устройстве («мультиметре»), которое также может измерять сопротивление (путем измерения напряжения и тока можно легко определить сопротивление). Мы ограничим наше описание конструкцией простых аналоговых амперметров и вольтметров.

Как мы увидим в главе 21, очень просто построить устройство, которое может измерять очень малую величину тока, пропуская ток через катушку в магнитном поле так, чтобы катушка могла отклонять стрелку, указывающую величину тока. . Такой прибор называется «гальванометром» и обычно ограничивается измерением очень малых токов (порядка ). В этом разделе мы опишем, как можно использовать гальванометр для создания амперметров для измерения больших токов и вольтметров.

Амперметр

Амперметр строится путем размещения гальванометра параллельно с «шунтирующим» резистором \(R_s\). Шунтирующий резистор представляет собой 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 показан гальванометр (круг с \(G\) внутри), внутреннее сопротивление гальванометра \(R_G\) и шунтирующий резистор \ (Р_С\). Фактический амперметр будет находиться в коробке и иметь два разъема (обозначенные как \(A\) и \(B\) на рисунке).

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

Моделируя амперметр, мы можем определить общий ток \(I\), который мы хотели бы измерить, используя известные номиналы резисторов и ток \(I_G\), измеренный гальванометром. Учитывая любое из двух соединений и петлю по часовой стрелке, мы имеем: \[\begin{aligned} I&=I_G+I_S \quad&\text{(соединение)}\\ I_GR_G-I_SR_S&=0\quad&\text{(по часовой стрелке loop)}\\ \следовательно I_S&=\frac{R_G}{R_S}I_G\\ \следовательно I &= I_G+_S=\left(1+\frac{R_G}{R_S}\right) R_G\end{выровнено }\], что позволяет нам определить ток \(I\) по току \(I_G\), измеренному гальванометром.Мы также видим, что большая часть тока проходит через шунт (поскольку \(R_S\) выбрано меньшим, чем \(R_G\)). Амперметр будет иметь полное сопротивление \(R_A\), определяемое как: \[\begin{aligned} R_A=\frac{R_GR_S}{R_G+R_S}\end{aligned}\] Для измерения тока через определенный сегмент цепи, амперметр должен быть помещен последовательно с этим сегментом (так, чтобы ток, который мы хотим измерить, проходил через амперметр). На рисунке \(\PageIndex{2}\) показано, как подключить амперметр (обведено буквой \(A\)) для измерения тока через резистор \(R\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Амперметр подключен последовательно к резистору для измерения тока через резистор.

Вольтметр

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

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

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

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

При использовании амперметра или вольтметра вы заметите, что они обычно имеют кнопки или циферблаты 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 (чтобы, измеряя ток при известной разности потенциалов, можно было определить сопротивление компонента).

Пример \(\PageIndex{1}\)

Два резистора сопротивлением \(1\text{к}\Омега\) включены последовательно с батареей \(12\text{В}\). 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 резисторе 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 легко смоделировать эту схему, объединив вольтметр (смоделированный как резистор) параллельно одному из резисторов: \[\begin{aligned} R_{eff}=\frac{R_VR}{R_V+R}=\ frac{(10\text{k}\Omega)(1\text{k}\Omega)}{(10\text{k}\Omega)+(1\text{k}\Omega)}=\frac{ 10}{11}\текст{к}\Омега=0.{-3}\text{A})(0,91\text{k}\Omega)=5,7\text{V}\end{aligned}\] и вольтметр показывает меньшее напряжение, чем было бы без вольтметра.

Обсуждение:

В этом примере мы видели, что, используя вольтметр для измерения напряжения в цепи, мы фактически нарушаем цепь. Поместив вольтметр параллельно одному резистору, мы создали эффективный резистор с сопротивлением, меньшим, 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 вольтметром будет меньше \(6\text{V}\), как мы выяснили, так как два падения напряжения нужно добавить к \(12\text{V}\).

Как правило, при использовании вольтметра требуется вольтметр с очень высоким сопротивлением, чтобы свести к минимуму помехи в цепи (если вольтметр имеет высокое сопротивление, то от резистора будет шунтироваться лишь небольшое количество тока).На практике сопротивление вольтметров обычно имеет порядок \(1\text{M}\Omega\).

(PDF) Измерение напряжения

1354 Общие измеряемые величины

2 ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Измерение напряжения необходимо в электротехнике

, а также во многих других инженерных и

дисциплинах. Измерение напряжения включает определение

разности электрических потенциалов между двумя точками. Разность потенциалов

— это количество работы, необходимой для перемещения

единицы заряда, находящегося в электрическом поле, из исходной

точки в другую точку.Следовательно, разность потенциалов всегда равна

относительно некоторой точки отсчета, например Земли.

Разность потенциалов принимается за работу на единицу

заряда, а вольт относится к единице работы (джоуль –

Дж) и единице заряда (кулон – Кл) как

1 вольт = 1 джоуль

кулон (1)

Хотя понятие электрического потенциала полезно для понимания электрических явлений, стоит отметить, что

измеряются только различия в потенциальной энергии.

Поэтому обычно считается, что термин напряжение

относится к разности потенциалов. Единицей измерения для

напряжения является в Международной системе единиц (СИ)

вольт (обозначение: В).

Измерение напряжения имеет первостепенное значение и

широко используется в электротехнике и электронной технике,

особенно в энергетике. Более того, когда речь идет об электронных устройствах обработки сигналов, таких как те, которые используются в телекоммуникационных системах, системах управления и

информатике, то большинство сигналов имеют форму напряжения и

тока.Таким образом, измерение напряжения представляет собой важную область промышленных и научных измерений,

и различных датчиков химических, биологических,

и физических переменных.

3 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Поскольку наиболее распространенными являются сигналы напряжения, существует

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

, называемые вольтметрами, специально предназначены для измерения напряжения.Существует пять распространенных типов вольтметров; это

1. электромеханические приборы,

2. приборы теплового типа,

3. электронные приборы,

4. Катодно-лучевые осциллографы (CRO) или электронные лампы

приборы (VTI),

5. виртуальные инструменты .

1. Электромеханические инструменты: Эти инструменты

основаны на механическом взаимодействии между различными

токами, между токами и магнитными полями или

между наэлектризованными проводниками.Такие взаимодействия

создают механический крутящий момент, пропорциональный напряжению

или квадрату исследуемого напряжения.

Создаваемый крутящий момент затем уравновешивается сдерживающим

крутящим моментом, обычно получаемым за счет использования надлежащим образом расположенных

механических пружин. Уравновешивающее действие приводит к смещению стрелки прибора

на угол

, пропорциональный крутящему моменту, и, следовательно, указывает

измеряемое напряжение. Таким образом, значение входного напряжения

определяется по показаниям смещения указателя

на градуированной шкале.

2. Приборы теплового типа: Эти приборы основаны на

тепловом воздействии тока, протекающего в проводнике

. Показание пропорционально квадрату входного напряжения

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

3. Электронные приборы: Эти приборы основаны

на чисто электронных схемах и обеспечивают необходимые

измерения путем обработки входного сигнала с помощью

электронных полупроводниковых устройств. Метод

, используемый для обработки входного сигнала, может быть аналоговым или цифровым. В первом случае получается аналоговых электронных

приборов, а во втором случае

цифровых электронных приборов.

4. Осциллографы или приборы на электронных лампах: Эти приборы в основном представляют собой вольтметры, и их основная характеристика

состоит в том, чтобы обеспечивать графическое представление на

Электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) или жидкокристаллических дисплеях

(ЖК-дисплеи). Временные и амплитудные характеристики сигнала

можно определить непосредственно по отображаемому сигналу

.

5. Виртуальные приборы: это компьютеризированные системы

, которые можно запрограммировать для работы в качестве вольтметров,

амперметров, осциллографов, анализаторов спектра и

так далее.Они оснащены аналого-цифровыми

аналоговыми преобразователями – см. статью 139, аналого-цифровые (цифро-аналоговые) преобразователи

, том 3 и статью 141,

цифро-аналоговые (цифро-аналоговые) преобразователи. Преобразователи тома 3 и

поддерживаются такими программами, как

LabView от National Instruments — см.

Статья 105, Моделирование с помощью LabVIEW, Том 2

и Статья 106, Виртуальные приборы в физике,

Том 2.

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

В некоторых случаях для подготовки

сигналов к измерению могут потребоваться подходящие устройства, такие как усиление,

ослабление и преобразование.

Кроме того, измерения напряжения, силы тока и сопротивления

могут быть выполнены с помощью одного прибора, называемого мультиметром

Измерения тока и напряжения в эталонной ячейке ВЧ на конференции по газовой электронике

2.1 Точность датчика

Характеристики тока и напряжения разряды в ячейке ГЭХ измерялись с помощью цифровых осциллографов, оснащенных различными датчиками, включая самодельные емкостные датчики напряжения и индуктивные датчики тока d I /d t [1,3] и имеющиеся в продаже трансформаторы тока и ослабляющие пробники напряжения [1].Любой из этих пробников или сам осциллограф может быть важным источником систематических ошибок. Таким образом, необходимо детальное рассмотрение этих ошибок и тщательное выполнение процедур калибровки. Погрешности амплитуды и фазы могут быть значительными. Фазовые ошибки возникают в основном из-за задержек распространения в пробниках и кабелях, соединяющих их с осциллографом. Фазовую ошибку пробника напряжения можно определить путем прямого измерения его задержки с помощью двухканального осциллографа. Относительную задержку между датчиками тока и напряжения и результирующую ошибку в фазе полного сопротивления можно определить, подключив датчики к нагрузкам с известной фазой полного сопротивления. Этого особенно удобно добиться, используя в качестве нагрузки паразитный импеданс самой ячейки [1–3]. Если используются как индуктивные, так и емкостные нагрузки, можно отличить истинные задержки распространения от небольших неопределенностей в фазе, которые возникают, если какая-либо нагрузка содержит неизвестное сопротивление [4].

Другим возможным источником фазовых ошибок являются перекрестные помехи между сигналами тока и напряжения.Перекрёстные помехи могут возникать внутри осциллографа или в коммерческих пробниках тока, которые неправильно заземлены [4]. Из-за емкостной связи между проводом питания и корпусом токоизмерительного датчика паразитный сигнал, совпадающий по фазе с напряжением, может добавляться к сигналу тока, сдвигая его фазу. Были обнаружены фазовые ошибки такого рода, достигающие 10°. Погрешность сводится к минимуму за счет использования токоизмерительных пробников с более высоким коэффициентом усиления (больше вольт на ампер) и за счет обеспечения хорошего соединения между корпусом токоизмерительного пробника и заземлением осциллографа.Большие ошибки, конечно, также будут иметь место, если токовый пробник установлен с неправильной полярностью или если его выход неправильно подключен.

Систематические погрешности измерений амплитуды также могут быть большими, особенно на высоких частотах вблизи пределов полосы пропускания пробников или осциллографа. Полоса пропускания обычно определяется частотой 3 дБ. На этой частоте амплитуды погрешны в
√2¯. Даже на частотах намного ниже этого ограничения полосы пропускания снижают точность измерений; часто эффектами ограниченной ширины полосы можно пренебречь только на частоте, на одну десятую степень ниже частоты 3 дБ.Многие пробники и осциллографы с полосой пропускания, достаточной для обеспечения превосходной точности на частоте 13,56 МГц, доступны и относительно недороги. К сожалению, более сложно получить точное измерение высокочастотных гармонических сигналов, генерируемых плазмой. Также существует компромисс между полосой пропускания пробников и максимальным током или напряжением, которые они могут выдержать. Эти проблемы могут быть решены путем калибровки амплитуд зонда по приборам с более широкой полосой пропускания или путем создания емкостных пробников напряжения и индуктивных пробников тока d I/ d t [1,3].Они имеют чрезвычайно широкую полосу пропускания и имеют дополнительное преимущество, заключающееся в усилении слабых гармонических сигналов.

2.2 Паразиты ячейки

На радиочастотах ячейка GEC содержит значительные паразитные импедансы, включая паразитную емкость, собственную индуктивность и паразитное последовательное сопротивление. Измеренные формы сигналов тока и напряжения включают вклад как паразитных, так и плазменных помех. Более того, точное значение паразитных характеристик может быть весьма чувствительным к незначительным изменениям в конструкции электродов и небольшим смещениям положения зондов. Если значения паразитов варьируются от клетки к клетке, измерения зонда будут различаться, даже если условия плазмы идентичны. В этой ситуации требуются процедуры для преобразования форм сигналов тока и напряжения, измеренных зондами, в формы сигналов, более характерные для самой плазмы: формы сигналов, представляющие ток и напряжение, присутствующие внутри ячейки, на поверхностях, контактирующих с плазмой. В этом разделе описываются процедуры, которые характеризуют паразитные помехи и корректируют их. Следует отметить, что паразиты важны и по другой причине: они вместе с остальной частью внешней схемы, питающей ячейку, устанавливают граничные условия для плазмы, и изменения этих граничных условий могут вызвать реальные изменения электрических характеристик плазмы. .Эта тема будет обсуждаться отдельно в следующем разделе.

Паразиты в ячейке GEC были охарактеризованы в диапазоне от 1 МГц до 100 МГц с использованием векторного измерителя импеданса [5] и в более узком диапазоне частот с использованием датчиков тока и напряжения [4,6]. В результате этих исследований была получена модель эквивалентной схемы паразитных помех, показанная на рис. Эта модель представляет ячейку в ее наиболее распространенном режиме работы: с одним электродом, подключенным к сети, и другим заземленным электродом, и подключенной шунтирующей цепью [1,2,7].Клеммы в нижней части принципиальной схемы представляют собой точку на выводе питающего электрода, в которой установлены датчики тока и напряжения. Ток и напряжение, измеренные датчиками I m ( t ) и V m ( t ), определены в , как и I

6 t и V pe ( t ), ток и напряжение на поверхности питаемого электрода. На эквивалентной принципиальной схеме показаны все паразитные элементы ячейки, включая питающий и заземляющий электроды.(Паразиты в электрической сети перед датчиками не показаны.) Паразитная емкость C pe в значительной степени связана с тонкой втулкой изолятора между питаемым электродом и его заземляющим экраном. Длинный провод, который питает электрод, а также изолятор и заземляющий экран, окружающие его, действуют как линия передачи, которая вносит большую часть индуктивности L pe и сопротивления R pe и часть емкостей C pe и C м . C m также включает паразитную емкость датчиков тока и напряжения и их держателей. Аналогично с верхним заземленным электродом связаны паразиты L ge , C ge и R ge . Для верхнего электрода не показана емкость, аналогичная C m , поскольку заземление этого электрода закорачивает любую такую ​​емкость. L w представляет собой самоиндукцию полости между стенкой камеры и внешней поверхностью заземляющих экранов. L s , C s и R s представляют собой шунтирующую цепь [1,2,7], состоящую из катушки и конденсатора переменной емкости, подключенного между проводом питания и камерой заземление сразу за токоизмерительным датчиком. Шунт разработан таким образом, что на основной частоте 13,56 МГц он имеет индуктивный импеданс, который компенсирует чистое емкостное реактивное сопротивление остальной части ячейки, тем самым уменьшая общий ток, потребляемый ячейкой, повышая точность измерения тока. 4], а также устранение проблем, связанных с ВЧ-помехами, контурами заземления и перегрузкой токовых пробников.

Эквивалентная принципиальная схема элемента GEC. Слева показана блок-схема ячейки, работающей с одним питающим электродом и одним заземленным электродом, с подключенной шунтирующей цепью. Эквивалентная схема для этой конфигурации показана справа. Схема включает паразитику в узле наземного электрода ( C GE , L GE , R GE ), в сборе электрода питания ( C PE , L PE , R , R PE , C , C M ), в камере стен ( л W ) А в шунтируемой цепи ( л S , C S , R с ).

Точные значения паразитных элементов, показанные в, варьируются от ячейки к ячейке. Значения емкости зависят от материала изолятора — глинозема или тефлона 1 . Тефлоновые изоляторы имеют меньшую емкость из-за меньшей диэлектрической проницаемости [1]. Для изоляторов из оксида алюминия существуют две конструкции: исходная конструкция со сплошным сердечником и обновленная, более простая в изготовлении версия с полым сердечником с несколько меньшими значениями емкости. Наконец, некоторые случайные различия в C pe и C ge проявляются между ячейками, поскольку эти емкости могут быть очень чувствительны к точным размерам изолятора и его выравниванию относительно электрода и заземляющего экрана.Собственная индуктивность L pe также различается между ячейками в зависимости от того, насколько далеко датчики установлены от питающего электрода. C m зависит от конкретных используемых датчиков, а параметры шунта зависят от деталей его конструкции. Несмотря на эти вариации, считается, что модель схемы достаточно универсальна, чтобы вместить любую ячейку GEC в стандартной конфигурации. Конечно, ячейки, которые были радикально модифицированы для включения альтернативных источников, масс-спектрометров или оптического доступа наверху, будут иметь очень разные эквивалентные схемы.

Из-за вариаций паразитных характеристик от ячейки к ячейке электрические данные лучше всего выражать в единицах I pe ( t ) и V pe ( t ), токе и напряжении при поверхности питаемого электрода, а не I m ( t ) и V m ( t ), ток и напряжение измеряются щупами. Для этого обычно предполагается эквивалентная схема для ячейки, выполняется ограниченный набор измерений с погашенной плазмой для определения значений паразитных помех, а затем решаются уравнения схемы для получения I pe ( t ) и V pe ( т ). Модель наиболее часто используемая [1,2,7] включает четыре элемента ( C PE , L PE , C S и L S ) Но оно пропускает C м , р пэ и р с . Точные значения
I пэ 1 и
V pe 1 , основные компоненты I pe ( t ) и V pe ( 909129 ), если можно позаботиться об этой модели 0, соответствие модели измеренным характеристикам и правильность учета емкости зазора между электродами.(В противном случае, если емкость зазора включена в C pe , систематические ошибки в
I pe 1 возможно увеличение до 15 % [4]). Однако исключение резистивных паразитных составляющих, особенно R s , может внести большие систематические ошибки в θ , фазу между
В пэ 1 и
I pe 1 , а в плазменной мощности
P pe = 1/2 I pe 1 V pe 1 cos
1 0 9. Действительно, простая четырехэлементная модель дает значения θ и P pe , отличающиеся на 6° и 60 % соответственно от значений, полученных при общей трактовке [4], включающей резистивные паразитные помехи. .

Процедуры, учитывающие паразитные помехи (и фазовые ошибки зонда), удобно выполнять в частотной области. Поэтому первым шагом в анализе измеренных сигналов почти всегда является анализ Фурье, который чаще всего выполняется с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ).Однако применение БПФ непосредственно к оцифрованным сигналам не дает точного желаемого коэффициента Фурье, потому что, как правило, частота дискретизации и радиочастота несоизмеримы. Вместо этого используется линейная интерполяция между измеренными точками данных для создания сигнала с соответствующей временной базой и интервалом между точками. Затем применение БПФ к интерполированному сигналу дает коэффициенты Фурье на точных частотах основной гармоники и гармоник, свободных от эффектов наложения спектров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *