В чем измеряется ток напряжение и мощность: Основные электрические величины: сила тока, напряжение, мощность (статья)

Электрические единицы измерения силы тока, напряжения, сопротивления, мощности.

Наиболее значимые и используемые параметры, повсеместно применяемых в сфере электрики и электроники, являются четыре базовых величины — сила тока, напряжение, электрическая мощность и сопротивление. Именно они обуславливают главные процессы, происходящие внутри электрических схем. Их связь между собой тесно переплетена в определённую зависимость между собой. Фундаментальным законом их взаимоотношений является закон Ома, который формулируется следующим образом: сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна величине напряжения в этой цепи, и обратно пропорционально электрическому сопротивлению. Мощность же равна произведению силы тока на напряжение. Давайте с вами разберём электрические единицы измерения тока, напряжения, сопротивления и мощности.

Единицей измерения силы электрического тока является «Ампер» (названная в честь своего первооткрывателя). Обозначается буквой «А». Она равна отношению количества электрического заряда «Q», который прошёл за определённое время «t» через сечение проводника (поперечное), к величине данного промежутка времени. Или один Ампер (А) = одному кулону (Q) делённому на одну секунду (t). Для проведения измерений силы электрического тока используют устройство «Амперметр». Помимо основной единицы «Ампер» на практике применяют «миллиампер = 0,001 А» и «микроампер = 0,000001 А».

Единицей измерения напряжения является «Вольт». Напряжение обозначается буквой «В или V». Электрическое напряжение, возникающее между некоторыми точками «а» и «б» электроцепи либо же электрического поля — это основная физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, что совершается при перемещении одного пробного заряда (электрического) из точки «а» в точку «б», к величине имеющегося пробного заряда. Для измерения напряжения применяется устройство под названием «вольтметр». В определённом смысле, простым языком, напряжение можно описать, как силу стремления заряженных частиц притянуться либо отталкиваться друг от друга.

Электрической единицей измерения сопротивления является «Ом». Обозначается данная физическая величина также «R либо r». Электрическое сопротивление — это физическая величина, обуславливающая свойства того или иного проводника мешать прохождению тока (электрического), которая равная отношению электрического напряжения на концах данного проводника к имеющейся силе тока, текущему по нему. Обратной величиной электрическому сопротивлению является проводимость — способность проводника беспрепятственно пропускать электрические заряды внутри себя. Прибором для измерения сопротивления служит «омметр».

Электрической единицей измерения мощности является «Ватт». Она обозначается так — «P». Мощность (электрическая) — это физическая величина, обуславливающая скорость передачи либо же преобразования электроэнергии. Её также можно выразить как — отношение работы электрического поля, которая совершается при перемещении пробного заряда (электрического) из точки «а» в точку «б», к величине этого пробного заряда. Иными словами говоря — мощность, это совершаемая работа в единицу времени. Прибором для измерения электрической мощности является «ваттметр». Следует учитывать, что даже электрическая мощность имеет несколько разновидностей. К примеру: мощность активная, реактивная, мгновенная, постоянная и т.д.

P.S. Электрические величины, как впрочем и любые другие, позволяют измерять те или иные характеристики, относящиеся к сфере электрических процессов и явлений. Ведь именно вполне определённая и конкретная мера даёт возможность совершать точные вычисления, а это позволяет создавать сложные системы и устройства.

Измерение тока, напряжения, сопротивления

Измерение тока
Для измерения тока в цепи служат амперметры, включаемые последовательно в цепь, где производится определение величины тока. Чтобы ток в цепи при включении амперметра не изменился, необходимо сопротивление его обмотки делать очень малым. Для этого обмотку амперметра делают из небольшого числа витков толстой проволоки. Чтобы расширить пределы измерения амперметра, применяют шунты. Шунты представляют собой манганиновые пластины или стержни, впаянные в медные или латунные наконечники. Шунт включается в цепь последовательно. Параллельно ему включается амперметр. Ток I в цепи А разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям обмотки амперметра r_a и шунта r_ш:
I_a/I_ш= r_ш/r_a, причем I_ш=I- I_a,
откуда сопротивление шунта будет
r_ш=(I_ar_a)/(I- I_a).
Обозначим отношение тока I к току I_a через n (число n иногда называют коэффициентом шунтирования). Тогда выражение для r_ш можно записать так:
r_ш=r_а/(n-1).
На токи до 100 А шунты помещают внутри прибора (внутренние шунты). На большие токи шунты делаются наружными и присоединяются к амперметрам при помощи проводов, сопротивление которых точно выверено, так как иначе распределение токов будет другим и измерение неправильным. Встречаются универсальные шунты на несколько пределов измерений. Приборы, которые постоянно работают со своим индивидуальным шунтом, градуируются с учетом шунта, о чем делается надпись на шкале прибора. Часто применяются также калиброванные шунты. Такой шунт можно включать с любым прибором, рассчитанным на ту же величину падения напряжения, что и данный шунт. Обычно шунты ставятся только к приборам магнитоэлектрической системы для измерений в цепях постоянного тока.
Для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока применяются трансформаторы тока.

Измерение напряжения
Для измерения напряжения употребляются вольтметры. Вольтметры включаются параллельно тому участку цепи, где необходимо измерить напряжение. Чтобы прибор не потреблял большой ток и не влиял на величину напряжения цепи, обмотка его должна иметь большое сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем точнее он будет измерять величину напряжения. Для этого обмотка вольтметра изготовляется из большого числа витков тонкой проволоки.
Для расширения пределов измерения вольтметров употребляются добавочные сопротивления, включаемые последовательно с вольтметрами. В этом случае напряжение сети распределяется между вольтметром и добавочным сопротивлением. Величину добавочного сопротивления необходимо подбирать с таким расчетом, чтобы в цепи с повышенным напряжением по обмотке вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении. Ток, на который рассчитана обмотка прибора,
I_в=U/r_в.
В цепи с напряжением в n раз большим ток вольтметра с добавочным сопротивлением r должен остаться прежним:
I_в=nU/(r_в+ r) или U/r_в=nU/(r_в+ r),
отсюда величина добавочного сопротивление равна
r= r_в(n-1).
Добавочные сопротивления изготовляют из манганиновой проволоки, намотанной на гетинаксовый или фарфоровый каркас, и помещают внутри прибора или отдельно от него. Для измерения высоких напряжений переменного тока употребляются измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение коэффициента мощности
Значение коэффициента мощности в сетях однофазного переменного тока можно определить по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра согласно формуле
cos φ=P/UI.
Теми же приборами коэффициент мощности в сетях трехфазного тока с равномерной нагрузкой можно определить по формуле
cos φ=P/UI√3,
где U и I – линейные напряжение и ток, а φ – угол сдвига между фазными напряжением и током.
Среднее значение коэффициента мощности cos φ_ср за определенный промежуток времени можно определить по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии за то же время согласно формуле
cos φ_ср=А_а/√(А_а²+ А_p²),
где А_а — активная энергия;
А_p — реактивная энергия.
Мгновенное значение коэффициента мощности на практике определяют при помощи специальных приборов – фазометров.

Измерение сопротивления мегомметром
Мегомметры служат для измерения сопротивления отдельных частей электротехнических установок по отношению к «земле» и друг относительно друга.
Согласно правилам сопротивление изоляции проводов должно быть не менее чем 1000 Ом на каждый вольт рабочего напряжения. Так, например, для сети с рабочим напряжением 220 В сопротивление изоляции должно быть не менее 220 000 Ом, или 0,22 МОм.
Измерение сопротивления изоляции должно производиться напряжением, по возможности равным рабочему, и во всяком случае напряжением, не меньшим 100 В.
Мегомметры, показания которых зависят от напряжения, состоят из источника напряжения и измерителя. Если последовательно в цепь включить регулируемое сопротивление r, то показания измерителя (вольтметра) будут зависеть от величины этого сопротивления (при постоянном напряжении цепи). При r=0 показание вольтметра будет небольшим, при r=∞ вольтметр покажет нуль. Включая различные сопротивления, можно отградуировать шкалу измерителя непосредственно в омах (килоомах, мегаомах). В дальнейшем таким прибором можно воспользоваться для измерения сопротивлений, если применить источник энергии с напряжением, равным напряжению при градуировке.

Мощность переменного тока: измерение, формула

Мощность — то, что характеризует скорость передачи с преобразованием электроэнергии. Какие есть нормы мощности в сети переменного тока и виды, что такое активная и реактивная мощность? Об этом и другом далее.

Нормы мощности в сети переменного тока

Напряжение и мощность — то, что нужно знать каждому человеку, живущему в квартире или частном доме. Стандартное напряжение сети переменного тока в квартире и частном доме выражается в количестве 220 и 380 ватт. Что касается определения количественной меры силы электрической энергии, необходимо сложить электрический ток с напряжением или же измерить необходимый показатель ваттметром. При этом чтобы сделать измерения последним аппаратом, нужно использовать щупы и специальные программы.

Что такое мощность переменного тока

Мощность переменного тока определяется соотношением величины тока со временем, которая производит работу за определенное время. Обычный пользователь использует мощностный показатель, передаваемый ему поставщиком электрической энергии. Как правило, он равен 5-12 киловатт. Этих цифр хватает, чтобы обеспечить работоспособность необходимого бытового электрооборудования.

Этот показатель зависит от того, какие внешние условия поступления энергии в дом, какие поставлены ограничительные токовые устройства (автоматы или полуавтоматы), регулирующие момент поступления мощностных емкостей к потребительскому источнику. Это совершается на разных уровнях, от бытового электрощита до центрального устройства электрического распределения.

Мощностные нормы в сети переменного тока

Характеристики

Переменный ток течет по цепи и меняет свое направление с величиной. Создает магнитное поле. Поэтому его нередко называют периодическим синусоидальным переменным электротоком. Согласно закону кривой линии, величина его меняется через конкретный промежуток времени. Поэтому он называется синусоидным. Имеет свои параметры. Из важных стоит указать период с частотой, амплитудой и мгновенным значением.

Период — это то время, на протяжении которого происходит изменение электротока, а затем оно повторяется вновь. Частота — период течение за секунду. Измеряется в герцах, килогерцах и миллигерцах.

Амплитуда — токовое максимальное значение с напряжением и эффективностью протекания на протяжении полного периода. Мгновенное значение — переменный ток или напряжение, возникающее за конкретное время.

Характеристики переменного тока

Виды мощностей

Мощностью называется измеряемая физическая величина, которая равна скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.

Мощность переменного тока -это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.

Основные мощностные разновидности

Активная мощность

Активной называется полезная сила, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в необходимый вид силы. В каждом электроприборе преобразовывается она по-своему. К примеру, в лампочке получается свет с теплом, в утюге — тепло, а в электрическом двигателе — механическая энергия. Соответственно, показывает КПД устройства.

Активная разновидность

Реактивная мощность

Реактивной называется та, которая определяется при помощи электромагнитного поля. Образуется при работе электроприборов. Обратите внимание! Это вредная и паразитная мощностная характеристика, которая определяется тем, каков характер нагрузки. Для лампочки она равняется нулю, а для электродвигателя она может быть равна большим значением.

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания. Обе измеряются в ваттах и имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно применяются в промышленности.

Реактивная разновидность

Полная мощность

Полная — это сумма активной с реактивной мощностью. Равна сетевому мощностному показателю. Это произведение напряжения с током в момент игнорирования фазы угла между ними. Вся рассеиваемая с поглощаемой и возвращаемой энергией — это полная энергия.

Это произведение напряжения и тока, единица измерения которого это ватт, перемноженный на ампер. При активности цепи, полная равняется активной. Если речь идет об индуктивной или емкостной схеме, то полная больше, чем активная.

Полная разновидность

Комплексная мощность

Это сумма всех мощностных показателей фаз источника электроэнергии. Это комплексный показатель, модуль которого равняется полному мощностному показателю электроцепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электротоком с сетевым напряжением. Может быть выражена уравнением, где суммарный мощностный показатель, который генерируют источники электроэнергии, равен суммарному мощностному показателю, который потребляется в электроцепи.

Обратите внимание! Вычисляется посредством использования соответствующей формулы. Так, необходимо комплексное напряжение перемножить на комплексны ток или же удвоенное значение комплексного тока перемножить на импеданс. Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса.

Комплексная разновидность

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

Стоит указать, что это величина, которая прямо связывается с иными показателями. К примеру, она находится в прямой зависимости от времени, силы, скорости, вектора силы и скорости, модуля силы и скорости, момента силы и частоты вращения. Часто в формулах во время вычисления электромощности используется также число Пи с показателем сопротивления, мгновенным током, напряжением на конкретном участке электрической сети, активной, полной и реактивной силой. Непосредственно участник вычисления это амплитуда, угловая скорость и начальная сила тока с напряжением.

Формула мощности в цепи переменного тока

В однофазной цепи

Понять, какой мощностный показатель есть в однофазной цепи переменного тока, можно при помощи применения трансформатора тока. Для этого необходимо воспользоваться ваттметром, который включен через токовый трансформатор. Показания следует перемножить на трансформаторный коэффициент тока. В момент измерения мощности в высоком напряжении трансформатор тока необходим, чтобы заизолировать ваттметр и обеспечить безопасность пользователя. Параллельна цепь включается не непосредственным способом, а благодаря трансформатору напряжения. Вторичные обмотки с корпусами измерительных трансформаторных установок необходимо заземлять во избежание случайного изоляционного повреждения и попадания высокого напряжения на приборы.

Обратите внимание! Для определения параметров в сети необходимо амперметр перемножить на трансформаторный коэффициент тока, а цифры, полученные вольтметром, перемножить на трансформаторный коэффициент напряжения.

В однофазной цепи

В трехфазной цепи

В цепи переменного тока мощностный показатель в трехфазной цепи определить можно, перемножив ток на напряжение. Поскольку это непостоянный электроток, он зависит от времени и других параметров, поэтому необходимо использовать другие проверенные схемы. Так, можно использовать ваттметр.

Измерение должно быть проведено только в одной фазе и по формуле умножено на три. Этот способ экономит приборы и уменьшает габариты измерения. Применяется для высокой точности измерения каждой фазы. В случае несимметричной нагрузки, нужно использовать соответствующую схему подключения ваттметра. Это более точный способ, но требует наличие трех ваттметров.

Обратите внимание! Если цепь не предусматривает наличие нулевого проводника, нужна также соответствующая схема.

Стоит указать, что сегодня измерить можно необходимые показатели не только аналоговым, но и цифровым прибором. Отличие второго в уменьшенных размерах и легкости. Кроме того, цифровые агрегаты способы осуществлять фиксацию тока с напряжением, косинусом сети и другим. Это позволяет на дистанции осуществлять отслеживание различных величин и передавать предупреждения, если есть отклонение. Это удобно, поскольку не нужно измерять ток с напряжением, а потом, используя формулы, все досконально просчитывать.

В трехфазной цепи

В целом, мощность — это величина, основное предназначение которой показывать силу работы конкретного прибора и во многих случаях скорость деятельности, взаимодействуя с ним. Она бывает механической, электрической, гидравлической и для постоянного с переменным током. Измеряется по международной системе в ваттах и киловаттах.

Мощность электрического тока — Технарь

С мощностью электрического тока мы уже встречались, когда вводили понятие напряжения. Выведем теперь формулу для расчета мощности электрического тока. Вспомним, что напряжение на концах участка цепи равно отношению мощности к силе тока. Это кратко можно записать в виде формулы:

U = P/I

в которой буквой U обозначено напряжение, Р — мощность и I — сила тока. Из этой формулы легко получить формулу для расчета мощности электрического тока:

P = UI

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока.

Единицей мощности, как мы знаем, является 1 ватт, по формуле мощности электрического тока ватт можно выразить через вольт и ампер.

1 ватт = 1 вольт X 1 ампер, или 1 Вт = 1 В • 1 А = 1 В • А.

В практике используются также единицы мощности, дольные и кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

1 гВт = 100 Вт; 1 кВт = 1000 Вт; 1 МВт = 1,000 000 Вт.

В таблице 14 приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, перемножают напряжение и силу тока, найденные по показаниям приборов.

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.

Вопросы. 1. Что называют мощностью? 2. Как рассчитать мощность? 3. Как выражается мощность электрического тока через напряжение и силу тона? 4. Что принимают за единицу мощности? 5. Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока? 6. Какие единицы мощности используют на практике?

Упражнения. 1. В цепь с напряжением 127 В включена электрическая лампа, сила тока в которой 0,6 А. Найдите мощность тока в лампе. 2. Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3 А Определите мощность тока в плитке. 3. Электрическая лампа мощностью 15 Вт и плитка мощностью 600 Вт включены в осветительную сеть квартиры под напряжением 220 В. Определите силу тока в подводящих ток проводах.

напряжение, ток, сопротивление, мощность.

Очень общая метрология

Электрические измерения: напряжение, ток, сопротивление, мощность

Измерять в быту электрические параметры приходится не часто, а некоторым — и никогда.

Напряжение в сети либо есть, либо его нет, и определяют это просто подключив нагрузку — проще всего настольную лампу. Разумеется, если вы живете в «умном доме» или «на Рублевке», то можете позволить себе быть идиотом, не умеющим пользоваться тестером, но если вы воспользовались разрешением, то зачем вам эта книга? Кстати, насчет тестера: две распространенные ошибки — держаться при измерении прямо за металлические части щупов и совать в сеть прибор, оставленный кем-то в положении «измерение сопротивлений». Следствия очевидны, вторую из ошибок автор когда-то разок сделал.

Напряжение аккумуляторов и батареек определять приходится, потому что люди часто хранят полуизрасходованные батарейки вместе с новыми. Однако в этом случае ситуация чуть сложнее, чем с сетью. И не потому, что она редко бывает полуизрасходованной. Дело в том, что любой источник питания имеет внутреннее сопротивление, и если оно возросло, то даже при нормальном напряжении на холостом ходу источник может не потянуть большую нагрузку. Поэтому проверять напряжение лучше под нагрузкой, причем близкой к той, с которой предполагается работать. Знатокам закона Ома предлагаем задачу: две батарейки с равными и нормальными ЭДС, но одна из них с сильно увеличенным внутренним сопротивлением, соединены последовательно и нагружены на лампочку. Что покажет подключенный к ним поочередно вольтметр? Получите ответ и представьте себе ощущения автора, когда он увидел это в реале.

Ток в быту определять практически никогда не приходится, разве что потребление гаджетов для оценки, на сколько хватит аккумулятора или батарейки. Делается это тем же самым тестером, но при другом положении переключателей. Бытовые нагрузки таковы, что влиянием сопротивления прибора на измерения во всех перечисленных случаях можно пренебречь. Роль сопротивления контактов и утечек при измерении в бытовых ситуациях также не велика.

Сопротивление в быту измерять приходится редко, чаще делать нечто подобное — определять целостность нагрузки или целостность изоляции. Потому что многие бытовые приборы выходят из строя путем разрыва цепи питания или перегорания обмотки, а некоторые — путем выхода из строя (пробоя) изоляции. Для этого примеряется тестер, но если вы проверяете целостность обмоток трансформатора, дросселя или электродвигателя, то школьный курс физики настоятельно рекомендует не держаться за оголенные контакты. Хотя напряжение батарейки в тестере не бывает больше 9 вольт, вы именете шансы познакомиться со страшным зверем по имени «экстратоки размыкания». И хотя правильнее было бы назвать это явление экстранапряжением, но вам от этого легче не будет.

Кстати, что убивает — ток или напряжение? Правильный ответ — ток, который протекает по человеку. Но этот ток зависит от напряжения, сопротивления и емкости источника и сопротивления нагрузки — в данном случае сопротивления вашей (а чьей же еще?) кожи. Поэтому, если собираетесь попасть под напряжение, постарайтесь делать это не на жаре, не после физических нагрузок, трезвым, иметь чистые, насухо вытертые руки и не бояться. Тут просматривается аллюзия со «Спутником альпиниста», где в разделе про обморожения написано, что к нему предрасполагает страх обморожения. Это же тут: http://url4all.net/zimnie-bedy-obmorozhenie-i-zamerzanie.html.

Пример ситуации, когда очень высокое (десятки кВ) напряжение не убивает (хотя и делает неприятно) ввиду очень высокого сопротивления источника и невысокой его емкости — это поражение статическим электричеством. Кстати, при этом наблюдается один забавный эффект. Если взять в пальцы металлический предмет (любой — отвертку, пинцет, монетку), и разряд проскочит между объектом и им, то неприятное ощущение отсутствует. Это означает, что оно зависит не от тока, а от плотности тока, которая при непосредственном разряде в палец существенно больше.

Оценка мощности в быту производится сама собой, когда мы включаем что-либо в сеть и замечаем, что лампочки мигнули. В обычных условиях это заметно при потребляемой мощности около 1 кВт и более, то есть при включении утюга, чайника, кондиционера. Объяснение падения напряжения — закон Ома, хотя само мигание при включении утюга и чайника — эффект физиологический: их нагреватель сделан из нихрома, сопротивление коего не зависит от температуры. С кондиционером ситуация сложнее — в нем есть электродвигатель, а у него есть «пусковой ток», то есть повышенное потребление энергии в момент включения.

Физика 8 класс. Измерение силы тока и напряжения. Измерение работы и мощности тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В УЧАСТКЕ ЦЕПИ

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

Условное обозначение амперметра на электрической схеме:

При включении амперметра в электрическую цепь необходимо знать :

1. Амперметр включается в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи,
силу тока в котором необходимо измерить.

2. При подключении надо соблюдать полярность: «+» амперметра подключается к «+» источника тока,
а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
НА УЧАСТКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Для измерения напряжения существуют специальный измерительный прибор — вольтметр.

Условное обозначение вольтметра на электрической схеме:

При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо соблюдать два правила:

1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение;

2.Соблюдаем полярность: «+» вольтметра подключается к «+» источника тока,
а «минус» вольтметра — к «минусу» источника тока.

___

Для измерения напряжения источника питания вольтметр присоединяют непосредственно к его зажимам.

ИЗМЕРЕНИЕ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Для определения работы или мощности тока можно использовать специальный измерительный прибор — ваттметр.
При отсутствии ваттметра пользуются одновременным подключением двух измерительных приборов к нужному участку цепи: амперметра и вольтметра.

Далее проводится расчет работы и мощности тока по формулам.

P = UI ……… и ……. A = UIt

ОПРЕДЕЛИ !

1. Что изменилось на участке цепи, если включенный параллельно вольтметр
показывает уменьшение напряжения?

___

2. Какими способами можно определить напряжение в городской сети,
имея в своем распоряжении любые приборы, кроме вольтметра?

Устали? — Отдыхаем!

Как измерять напряжение, ток и мощность

Трансформаторы тока (ТТ)

Трансформаторы тока (ТТ) — это датчики, используемые для линейного понижения тока, проходящего через датчик, до более низкого уровня, совместимого с измерительной аппаратурой. Сердечник трансформатора тока имеет тороидальную или кольцевую форму с отверстием в центре. Проволока обвивается вокруг сердечника, образуя вторичную обмотку, и закрывается кожухом или пластиковым кожухом. Количество проволочных витков вокруг сердечника определяет коэффициент понижения, или коэффициент ТТ, между током в измеряемой линии (первичный) и выходным током, подключенным к контрольно-измерительным приборам (вторичный).Измеряемый провод нагрузки пропускается через отверстие в центре трансформатора тока. Пример: ТТ с соотношением 500:5 означает, что нагрузка 500 ARMS на основной линии приведет к выходу 5 ARMS на вторичном трансформаторе тока. Прибор будет измерять 5 ARMS на клеммах и может применять коэффициент масштабирования, введенный пользователем, для отображения полных 500 ARMS. ТТ указывается с номинальным значением, но часто указана точность более 100% от номинальной. Трансформаторы тока могут быть с разъемным сердечником или сплошным сердечником.ТТ с разъемным сердечником имеют открытый шарнир или съемную секцию, чтобы установщик мог подключить ТТ к проводу нагрузки без физического отсоединения измеряемого провода нагрузки.

Предупреждение о безопасности. Несмотря на то, что CT может физически подключаться к установленной линии, перед установкой CT необходимо безопасно отключить питание. Открытые соединения вторичной обмотки при подаче питания на первичную обмотку могут привести к чрезвычайно опасным потенциалам напряжения.

Параметры

CT при покупке включают номинальный диапазон, диаметр отверстия, разъемный/сплошной сердечник, тип выхода (напряжение/ток) и диапазон выхода (0.333ВСКЗ, ±10В, 1АСКЗ, 5АСКЗ и т. д.). Поставщики CT часто могут настроить датчик для конкретных нужд, таких как входной или выходной диапазон.

Рис. 5. Трансформаторные трансформаторы тока с разъемным сердечником обычно имеют петлю или съемную секцию для установки вокруг линии без физической разборки, хотя питание все равно должно быть отключено. (Изображение предоставлено Magnelab)

Рисунок 6. ТТ со сплошным сердечником дешевле, но для его установки в уже работающих цепях может потребоваться больше труда.
(Изображение предоставлено Magnelab)

Полоса пропускания измерения ТТ

Полоса пропускания от 1 кГц до 2 кГц достаточна для большинства приложений, обеспечивающих качество электроэнергии в цепях переменного тока. Для приложений с более высокой частотой подключайтесь напрямую к NI 9246 или NI 9247 для полосы пропускания до 24 кГц или выбирайте более дорогие высокочастотные трансформаторы тока. Все модули, перечисленные в таблице выше, имеют полосу пропускания приблизительно 24 кГц для сигналов, подключенных напрямую. Высокочастотные ТТ более специализированы и имеют характеристики полосы пропускания в диапазоне сотен МГц.Частота дискретизации измерительных модулей NI 9215, NI 9222 и NI 9223 варьируется от 100 квыб/с/канал до 1 Мвыб/с/канал при 16-битном разрешении для высокочастотных измерений.

Для высокочастотных измерений, выходящих за рамки возможностей NI 9223, NI рекомендует осциллограф или дигитайзер для PXI, предназначенный для лабораторных, исследовательских и испытательных систем.

Измерение постоянного тока

Трансформаторы тока

не измеряют постоянный ток или компонент смещения постоянного тока сигнала переменного тока. Для большинства приложений переменного тока в этом нет необходимости.Когда необходимо измерение постоянного тока, NI 9227 имеет встроенные калиброванные шунты и может измерять постоянный ток силой до 5 ампер. Для измерения постоянного тока более 5 А используется шунт для измерения тока большой мощности (см. ниже) или датчик Холла (см. ниже), подключенный к соответствующему измерительному модулю.

Катушки Роговского

Катушки Роговского

, иногда называемые «канатными ТТ», представляют собой еще один вариант датчика для измерения тока в линии. Катушки Роговского похожи тем, что они наматываются на провод нагрузки, но они гибкие, имеют гораздо большее отверстие, чем стандартные трансформаторы тока, и принцип измерения другой.Катушки Роговского индуцируют напряжение, пропорциональное скорости изменения тока, и поэтому требуют в цепи интегратора преобразования в пропорциональный ток. Интегратор представляет собой отдельный блок/компонент, который обычно монтируется на панель или на DIN-рейку, требует источника питания постоянного тока и выдает на приборы сигналы низкого напряжения или тока. Размер и гибкость поясов Роговского делают их хорошо подходящими для замыкания на более крупные шины в коммерческих зданиях или на заводах, особенно когда они уже построены, а измерение мощности добавлено в качестве модернизации, но они дороже, чем ТТ с сопоставимым входом. диапазон.

Рис. 7. Для катушек Роговского требуется внешнее питание, интегрирующая схема (находится в черной монтажной коробке на изображении выше) и они дороже, чем типичные твердотельные/разъемные ТТ, но обеспечивают быструю фазовую характеристику и подходят для модернизации установок и больших размеры шин благодаря их большому гибкому отверстию. (Изображение предоставлено Magnelab)

Датчики Холла

Датчики на эффекте Холла

основаны на «эффекте Холла», названном в честь Эдвина Холла, когда ток, протекающий через полупроводник, расположенный перпендикулярно магнитному полю, создает потенциал напряжения на полупроводниковом материале. Для целей измерения тока схема на эффекте Холла размещается в сердечнике перпендикулярно магнитному полю и выдает напряжение, масштабированное к текущей нагрузке в измеряемой линии. ТТ на эффекте Холла обычно имеют лучшую частотную характеристику и могут измерять смещение постоянного тока, но они дороже, требуют питания и могут быть подвержены температурному дрейфу.

Рис. 8. Датчики на эффекте Холла имеют чувствительную цепь, перпендикулярную магнитному полю, и требуют питания.Датчики на эффекте Холла не имеют ограничений по насыщению, как ТТ, и могут измерять постоянный ток, но они более дорогие.

Токовые шунтирующие резисторы

Токоизмерительные шунты или токовые шунтирующие резисторы представляют собой резисторы, помещаемые в цепь с целью измерения тока, протекающего через шунт. Это довольно распространенные электрические компоненты, и они существуют для различных применений. Размер шунта будет основан на диапазоне измеряемого тока, диапазоне выходного сигнала и мощности, протекающей по цепи. Для большей точности доступны более дорогие прецизионные резисторы. Шунты не наматываются на провод цепи и размещаются на линии как компонент. Это устраняет изолирующий барьер между измеряемой цепью и измерительным оборудованием и может усложнить установку по сравнению с трансформатором тока или поясом Роговского. Однако шунты могут измерять постоянные токи, имеют лучшую частотную характеристику и лучшую фазовую характеристику. Модуль NI 9238 для CompactRIO и CompactDAQ был разработан с низкочастотным аналоговым интерфейсом (±0.5В) специально для токовых шунтирующих резисторов. Кроме того, NI 9238 имеет межканальную изоляцию 250 В.

Measuring Current, Voltage and Power, Volume 7

Описание

Эта авторитетная новая книга посвящена последним разработкам в области измерительных приборов для измерения напряжения и тока. Он охватывает новые тенденции и задачи в этой области, такие как измерение биотоков, повышенная скорость компонентов для сбора данных, тестирование компьютеров и интегральных схем, где необходимо измерение быстрых изменений напряжения и тока в очень малом геометрическом масштабе. Первая глава посвящена новейшим методам измерения напряжения и тока, а остальная часть книги исследует прикладную сторону, охватывая, например, измерения электрической мощности и энергии. Основная цель этого тома состоит в том, чтобы проиллюстрировать обычно используемые методы, а не отслеживать научную эволюцию и достоинства, и поэтому в основном охватывает патентную литературу, предназначенную для промышленных применений. Это захватывающее дополнение, оправдывающее заявление серии о том, что она охватывает самые современные разработки как в прикладной, так и в теоретической области датчиков и исполнительных механизмов.Измерение напряжения и силы тока является распространенной задачей в области электричества и электроники. С технической точки зрения полезно схематично обозначить различные этапы такого измерения. На первом этапе измеряется напряжение или ток, могут следовать промежуточные этапы, такие как усиление, передача и дальнейшая обработка, чтобы получить результат на последнем этапе. Сегодня в большинстве случаев микропроцессоры выполняют заключительные этапы таких измерений. Аналого-цифровые преобразователи оцифровывают напряжение, пропорциональное измеряемому значению, а процессор выполняет дальнейшие вычисления и обрабатывает хранение и отображение результатов.Необходимым условием для таких измерений являются датчики или преобразователи, которые известным образом реагируют на измеряемое напряжение или ток. Акцент в этой книге сделан на последних разработках приборов для измерения напряжения и тока. Помимо общей тенденции к созданию более компактных, дешевых и надежных приборов, возникли новые требования. Новые приложения, такие как измерение биотоков, требуют более высокой чувствительности. Компьютеры и интегральные схемы ставят новые задачи. Чтобы использовать повышенную скорость компонентов для сбора данных, необходимы соответствующие датчики.Достигаемая точность больше, чем когда-либо, зависит от первого шага — получения необработанных данных. Влияние процесса измерения на результаты становится все более важным. Тестирование самих интегральных схем — это совершенно новое приложение. Для таких испытаний необходимо измерять быстрые изменения напряжения и тока в очень малых геометрических масштабах. Здесь, как и в традиционных приложениях высокого напряжения, важную роль играют бесконтактные измерения. Книга построена следующим образом: В первой главе описываются различные методы измерения напряжения и тока.Для полноты упомянуты наиболее часто используемые методы, однако мы сосредоточимся на тех, которые были разработаны в последнее время. В главах рассматривается предмет со стороны различных приложений, в которых измеряются напряжения и токи. лучше всего иллюстрируют конкретный принцип измерения.Таким образом, цитирование конкретной ссылки не означает, что это первая или наиболее подходящая публикация в соответствующей области.

Об авторах

К. Иванссон

Принадлежности и опыт

Европейское патентное ведомство, r. 1813, Patentlaan 2, NL-2280 HV Rijswijk, Нидерланды

G.

Sinapius

Принадлежности и опыт

r. 6414, Rschorrhöfe, Europäisches Patentamt, Erhardtstrasse 27, D-80298 München, Germany

W.Hoornaert

Принадлежности и опыт

р. 1850, Европейское патентное ведомство, Patentlaan 2, NL-2280 HV Rijswijk, Нидерланды

S. Middelhoek

Членство и опыт

Технологический университет Делфта, Нидерланды

Измерение напряжения, силы тока и сопротивления

4 Клещи для измерения 90 метров эффект Холла для измерения тока.

Когда вы устанавливаете, вводите в эксплуатацию или устраняете неисправности электронных систем безопасности, измерение напряжения, силы тока и сопротивления лежит в основе ваших навыков.

Прежде чем перейти к испытаниям, давайте рассмотрим электрические свойства напряжения, тока и сопротивления. Напряжение — это электрическое давление, которое возникает между двумя точками и также называется разностью потенциалов. По сути, эта разность потенциалов является результатом того, что в одной точке больше электронов, чем в другой. Атом, в котором электронов больше, чем протонов, имеет отрицательный заряд, а атом, в котором протонов больше, чем электронов, имеет положительный заряд.

Думайте о напряжении как о давлении, которое заставляет электроны течь.Этот поток электронов называется током. Он измеряется в амперах (6,25 x 10 в степени 18 электронов, протекающих через точку в секунду). В базовой схеме, когда напряжение (источник питания) подключено к цепи, ток будет течь от отрицательной клеммы по проводке к лампочке, через лампочку, излучающую свет, затем из лампочки в положительную клемму батареи. и снова вокруг.

С током что-то не так. Наше определение обычного течения тока прямо противоположно тому пути, по которому идут электроны: не так давно никто не знал, что электроны существуют, и к тому времени, когда ученые разобрались, было уже слишком поздно возвращаться назад и превращать традиционное позитивное мышление в негативное.Две важные вещи, которые необходимо осознать: во-первых, существует поток электронов, а во-вторых, все оборудование, символы схемы и все остальное регистрируют то, что известно как обычный ток, проходящий от положительного к отрицательному. Несмотря на это, вы должны сначала удалить отрицательный провод и подключить его в последнюю очередь.

Теперь посмотрим на сопротивление. Подумайте о шланге, повернутом до полного давления. Давление воды – это напряжение, а ток – расход воды. Теперь плотно согните шланг так, чтобы, несмотря на первоначальное давление (напряжение) и расход воды (ток), из сопла вытекало лишь небольшое количество воды.Изгиб — это сопротивление. В электрической цепи любое сопротивление прохождению электричества называется сопротивлением, при этом общее сопротивление цепи определяется ее компонентами и сопротивлением ее проводников и соединений.

Варианты измерения напряжения

Теперь, когда мы разобрались с основами, пришло время достать наши измерительные инструменты. Это будут амперметр, вольтметр и омметр или цифровой мультиметр, объединяющий все эти поверочные приборы в одном. В некотором смысле последний является более сложным измерительным инструментом, поскольку он включает несколько параметров настройки и отображения.

Начнем с самого простого теста — напряжения. Что хорошо в напряжении, так это то, что, поскольку оно всегда находится между двумя точками в функционирующей цепи, ваш вольтметр/цифровой мультиметр просто необходимо поместить между точками, в которых должно присутствовать напряжение. Как правило, одна из этих точек будет общей шиной цепи, и вы будете измерять напряжение от этой точки. Многие панели сигнализации и контроля доступа имеют отрицательную сторону источника, подключенного к общей шине, но это не всегда так.

Если вы измеряете падение напряжения на положительных и отрицательных клеммах панели или на любом компоненте, который, по вашему мнению, может быть причиной падения напряжения, возможны вариации и капризы в зависимости от проблемы и общей конструкции системы.При тестировании вы можете думать о падении напряжения как о потере давления, вызванной слишком большим сужением — слишком большим сопротивлением. Вы обнаружите эту точку более высокого сопротивления, потому что напряжение будет выше по течению от компонента, чем по течению. Вы рассчитаете падение напряжения, вычитая меньшее напряжение из большего.

Вы также можете измерить падение напряжения, используя закон Ома, где падение напряжения равно току x сопротивлению. Подключив вольтметр к резистору компонента, вы сможете напрямую измерить любое падение напряжения.Просто не забудьте поместить положительную сторону вольтметра на положительную сторону резистора, а отрицательную сторону вниз по потоку, чтобы убедиться, что вольтметр показывает правильную полярность для цифрового измерителя (высокая шкала). В случае, если ток не течет, все будет немного сложнее — если переключатель в электрической цепи разомкнут, проверка любой стороны компонента покажет напряжение батареи.

Ток и сопротивление

При измерении тока вам действительно нужно проникнуть в проводку, разрезав или взломав ее, чтобы вставить тестовое устройство в цепь.Короче говоря, ток должен входить в амперметр или цифровой мультиметр на положительном проводе и выходить на отрицательном — кроме того, ток, выходящий из испытательного устройства, должен быть практически идентичен входному току — сопротивление должно быть ограничено значением менее 1 Ом. на Ампер тока.

При использовании аналогового мультиметра подключите щупы и установите переключатель измерителя в положение тока, чтобы убедиться, что вы тестируете правильный диапазон, и при этом оставить некоторый запас для неожиданных отклонений. Лучше установить слишком высокое значение на измерителе, так как низкое значение может повредить тестовое устройство.Вы можете уменьшить диапазон позже, чтобы обеспечить максимальное отклонение для более точных измерений.

При использовании цифрового мультиметра включите прибор, подключите щупы – черный к общему и красный к току. Затем установите переключатель выбора для измерения тока в верхнем или нижнем диапазонах — для максимальной точности подстройте диапазон так, чтобы ни одна из первых пар цифр не читалась как 0.

.

Другим вариантом являются токоизмерительные клещи на эффекте Холла

. Большинство из них включают в себя цифровой мультиметр, хотя профессиональные версии стоят дорого, а доступные версии страдают дрейфом измерений. Счетчик на эффекте Холла может измерять переменный и постоянный ток, протекающие в проводнике. Счетчик работает, потому что, когда ток течет по проводнику, железные зажимы счетчика образуют сердечник, который облегчает прохождение магнитного поля проводника, чем окружающий воздух. Когда магнитное поле достигает воздушного зазора на кончике челюсти, оно должно преодолеть зазор, позволяя датчику на эффекте Холла измерять напряжение, пропорциональное магнитному потоку в сердечнике, которое он преобразует в показание тока. Если вы используете измеритель на эффекте Холла, обязательно обнулите его перед измерением.

Если у вас вообще нет амперметра, вы также можете использовать последовательный резистор для выполнения расчетов — вы помещаете небольшой резистор в цепь так, чтобы конец был на земле, чтобы избежать короткого замыкания на землю во время теста. Затем измерьте напряжение на резисторе — если это резистор 10 Ом и измерено 100 мВ, то вы можете рассчитать ток как V / R = 0,1/10 = 10 мА, используя закон Ома. Такое измерение не будет абсолютно точным, но если ваше измерение допускает отклонения, оно избавит вас от проблем.

Сопротивление измеряется омметром — устройством, которое по сути представляет собой измеритель со встроенной батареей и схемой. Когда вы используете омметр, помните, что вам нужно убедиться, что измеряемый резистор имеет хотя бы один конец, отключенный от цепи, и вы должны касаться только одного вывода резистора при проведении измерения. Если резистор останется подключенным к другим частям цепи, это повлияет на показания омметра, а напряжение в цепи может повредить прибор.

Другая проблема заключается в том, что установщик, проверяющий сопротивление, также содержит электрический заряд и может непреднамеренно подключиться к резистору. В этом случае омметр будет измерять сопротивление цепи и тела установщика. Показания от тела будут параллельными, что приведет к более низким показаниям, чем в противном случае.

Определения, которые следует запомнить:

* Ток — это поток электронов
* Напряжение — это давление или разность потенциалов
* Сопротивление — это все, что препятствует потоку электронов
* Закон Ома гласит, что ток равен напряжению x сопротивление
* Атомы с большим количеством электронов, чем протонов, отрицательны
* Атомы с больше протонов, чем электронов, являются положительными.

#securityelectronicsandnetworks.com

Введение в электронное оборудование

Введение

В этом семестре вы будете изучать электричество и магнетизм. Чтобы сделать ваше пребывание здесь более познавательным, мы разработали это лабораторное задание, чтобы познакомить вас с некоторым оборудованием, которое вы будете использовать в этом курсе. Некоторые термины, которые будут использоваться, будут более подробно объяснены в последующих лабораторных работах, но здесь они будут использоваться без особых объяснений, чтобы вы могли начать работу.

Вам нужно будет распечатать копию этого документа. Ответы не будут отправлены в электронном виде. Версию для печати можно найти, нажав кнопку печати в правом верхнем углу этой страницы.

Вот список оборудования, которое вы будете использовать сегодня:

1

DC ( D прямой C текущий) блок питания. Это источник напряжения, полярность которого не меняется, как в переменном ( переменном C текущем) источнике напряжения.Стандартные электрические розетки подают напряжение переменного тока. Использование этого источника питания будет таким же, как использование сухой батареи, за исключением того, что вы сможете изменять используемое напряжение.

2

Генератор сигналов. Это устройство генерирует сигнал переменного тока в виде синусоидальной, пилообразной или прямоугольной волны. Частота (скорость изменения полярности сигнала), а также амплитуда (которая в этом упражнении будет равна напряжению) могут варьироваться по выбору пользователя. Это будет более безопасная и гибкая альтернатива использованию переменного напряжения от настенной розетки.

3

Цифровой мультиметр. Как следует из названия, это устройство измеряет (или метр ) несколько величин, связанных с электрическими цепями. Мультиметр может использоваться как вольтметр (для измерения напряжения), амперметр (для измерения тока, как постоянного, так и переменного) и омметр (для измерения сопротивления).

4

Осциллограф. Этот элемент оборудования выглядит самым запутанным из всего оборудования, которое вы будете использовать сегодня.Однако по сути это просто вольтметр, который может показывать изменения напряжения во времени.

Часть 1. Измерение напряжения, тока и сопротивления с помощью цифрового мультиметра

Для этой лаборатории предусмотрено три разных мультиметра: Fluke 77, Radio Shack и Tenma. Работа этих мультиметров очень похожа, поэтому мы сосредоточимся здесь на Fluke 77. Большая центральная ручка используется для определения типа выполняемого измерения. Типы измерений, которые могут быть выполнены: переменное напряжение (Ṽ), постоянное напряжение

(В),

постоянное напряжение ниже 300 мВ

(300 мВ),

сопротивление (Ом), переменный ток (Ã) и постоянный ток

( А).

Чувствительность измерителя можно выбрать, нажав желтую кнопку в центре ручки. Счетчик имеет цифровой дисплей (четыре полных разряда плюс первая цифра, которая может быть либо 1, либо ничего), поэтому могут отображаться положительные или отрицательные значения от 0 до 19 999. Нажатие желтой кнопки может сдвинуть десятичную точку, или вы можете использовать функцию автодиапазона, которая автоматически устанавливает десятичную точку. Всегда следует использовать максимально чувствительную шкалу, чтобы получить максимальное количество значащих цифр.

Рисунок 1

В нижней части мультиметра находятся четыре гнезда. Они используются для подключения измеряемого объекта к мультиметру. Для измерения напряжения постоянного тока, напряжения переменного тока и сопротивления используйте два разъема с маркировкой «VΩ» и «COM». При измерении напряжения разъем «VΩ» (красный) является положительным, а разъем «COM» (черный) отрицательным. Для измерения переменного или постоянного тока используйте разъем «10 А» или «300 мА» и разъем «СОМ». Гнездо «300 мА» предназначено для измерения токов менее 300 мА, а гнездо «10 А» — для измерения токов более 300 мА, но менее 10 А.Если вы когда-либо не уверены в величине тока в цепи, всегда лучше сначала использовать более высокое соединение на 10 А, чтобы избежать повреждения счетчика или перегорания предохранителя для более низкого соединения на 300 мА. Если вы обнаружите, что ваш измеритель не работает должным образом, вы можете проверить целостность предохранителя, используя другой мультиметр для измерения сопротивления цепи амперметра (которое должно быть всего несколько Ом, а не «OL» для перегрузки или бесконечного сопротивления, что обычно указывает на то, что предохранитель перегорел и его необходимо заменить).Если вашему мультиметру требуется много времени для стабилизации при считывании напряжения, возможно, батарея разряжена (обозначается символом «разряженная батарея» на дисплее). Инструктор лаборатории может помочь вам, если вам нужна помощь в замене предохранителя или батареи. Точность мультиметров указана в приложении.

Как пользоваться цифровым мультиметром

В этом сегменте мы будем измерять напряжение, ток и сопротивление с помощью цифрового мультиметра. Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи, измеряемая в единицах Вольт . Ток – количество электричества, протекающего через сегмент цепи , измеряемое в единицах
Ампер или Ампер . Сопротивление сопротивление току, измеряемое в единицах Ом .

Измерение напряжения

Сначала создайте простую схему, подключив маленькую лампочку к источнику питания с помощью двух штекеров типа «банан». Убедитесь, что блок питания повернут до упора (ручка управления должна быть полностью повернута против часовой стрелки).

Примечание: цвет проводов не имеет решающего значения. Цвет помогает определить полярность (красный для положительного, черный для отрицательного) и используется в качестве стандартного визуального средства.

Медленно поворачивайте ручку управления блоком питания по часовой стрелке до тех пор, пока лампочка не начнет светиться со средней яркостью (ручка должна находиться примерно на полпути к максимальному значению на шкале, точное положение не критично). Будьте осторожны, чтобы не сжечь лампочку при подаче слишком большого напряжения! Не изменяйте этот параметр, так как он будет использоваться в процедуре, следующей за этой.Теперь измерим напряжение, которое источник питания подает на схему.

Предостережение: НЕ поворачивайте блок питания намного дальше, чем наполовину — установка более высокого напряжения может привести к повреждению ламп!

Включите мультиметр, настройте его на измерение напряжения постоянного тока и подключите провода от мультиметра к источнику питания. Провода должны подключаться к мультиметру в гнездо с пометкой «COM» (минусовая клемма) и гнездо с пометкой «V.Затем эти провода должны быть подключены к источнику питания поверх проводов к лампочке (в стиле «контейнер»). Теперь вы измеряете напряжение на двух клеммах источника питания. Вашу распечатку рабочего листа запишите напряжение с правильными единицами измерения и погрешностью.

Примечание: Согласно данным производителя, измерительные приборы Fluke 77 имеют точность ±(0,3% от показаний + младший разряд) для напряжений от 0,001 В до 320 В.(Пример: 10,00 В ±(0,03 + 0,01)В. Точность счетчиков Micronta составляет ±(0,5% от показаний + младший разряд) для напряжений от 300 мВ до 3 В и ±(1,0% от показание + младший разряд) для напряжений от 3 В до 1000 В.

Напряжение питания:

Что означает отрицательное значение напряжения? (подсказка : полярность )

Измерение тока

Теперь мы будем использовать мультиметр для измерения тока в цепи. Поскольку измерение тока в цепи сильно отличается от измерения напряжения в двух точках цепи , нам придется отрегулировать способ включения мультиметра в цепь. Цепь цепи должна быть разорвана, а амперметр подключен так, чтобы ток принудительно проходил через мультиметр.

Выключите питание, не касаясь ручки управления. Отсоедините провода мультиметра от блока питания. На мультиметре переместите провод из гнезда с маркировкой «V» в гнездо с маркировкой «300 мА».Теперь отсоедините один из проводов, идущих к лампочке, и замените его мультиметром и его проводами. Подключите один провод от мультиметра к источнику питания, а другой к лампочке. Настройте мультиметр на измерение ампер постоянного тока и переключите снова включите электропитание. Теперь ваш измеритель должен измерять ток , протекающий через цепь . В отведенном ниже месте запишите ток с правильными единицами измерения и погрешностью. В отведенном месте на бумажной копии рабочего листа запишите напряжение с правильными единицами измерения и неопределенностью. Примечание: Измерители Fluke 77 рассчитаны с точностью ±(1,5% от показаний + 2 · младшая значащая цифра) для токов до 10 А. Измерители Micronta рассчитаны с точностью ±(1,0% от показаний + младшая значащая цифра) для токов до 30 мА, ±(1,5 % от показаний + младшая значащая цифра) для токов от 30 мА до 300 мА и ±(2,0 % от показаний + младшая значащая цифра) для токов от 0,3 А до 10 А.

Ток в цепи:

Что означает отрицательное значение тока?

Измерение сопротивления

Мы будем использовать мультиметр для последнего измерения этой цепи.Измерим сопротивление лампочки. Сопротивление измеряется аналогично измерению напряжения. Провода счетчика размещаются по обе стороны от элемента цепи, и сопротивление считывается со счетчика. Разница между измерением напряжения и измерением сопротивления заключается в том, что мультиметр, переведенный в режим сопротивления, пропускает небольшой ток через элемент схемы, используя собственную батарею. Измерения сопротивления должны выполняться при извлечении компонента из цепи.

Снова отключите питание. Полностью выньте лампочку из цепи. Установите ручку управления мультиметра в положение, отмеченное «Ω» (это греческий символ омега, который используется для обозначения омов). Подсоедините провод с одной стороны лампочки к разъему VΩ, а другой провод от разъема COM к другой стороне лампочки. Обязательно запишите свое значение на листе с правильными единицами измерения.

Примечание : Измерители Fluke 77 рассчитаны на точность ±(0,5% от показаний + младший значащий разряд) для сопротивлений до 3.2 МОм. Счетчики Micronta имеют точность ±(1,0% от показаний + младшая значащая цифра) для сопротивлений до 300 кОм, ±(2,0% от показаний + младшая значащая цифра) для сопротивлений от 300 кОм до 3 МОм и ±( 3,5% от показаний + младший разряд) для сопротивлений от 3 МОм до 30 МОм.

Сопротивление лампочки (питание выключено):

Часть 2. Измерение напряжения с помощью осциллографа

Эта часть лабораторной работы будет очень похожа на часть 1, поскольку вы будете измерять напряжение в простой цепи постоянного тока. Однако в этом случае вы будете использовать осциллограф.

Краткое описание осциллографов

Осциллограф работает очень похоже на телевизионную трубку, где пучок электронов направляется к задней части экрана переменными электрическими и магнитными полями. Экран покрыт люминофорным покрытием, которое флуоресцирует при попадании электронов. Дальнейшее, более подробное обсуждение можно найти в ряде электронных справочных материалов. Наиболее важными элементами управления осциллографа являются настройки усиления и развертки.Настройка усиления (измеряется в вольтах на деление ) регулирует масштаб вертикальной напряжения координаты. Параметр развертка (измеряется в секундах на деление ) регулирует горизонтальный масштаб горизонтальной времени координаты. Экран осциллографа очень похож на декартову систему координат. Оси координат разделены на крупные деления (длиной около 1 см) и более мелкие деления между более крупными.

Рисунок 2

Большие деления по вертикали называются единицами усиления вольт на деление. Таким образом, если бы вы измеряли напряжение батарейки АА (максимум 1,5 вольта) с настройкой усиления 1 вольт/деление, вы бы увидели, что горизонтальная трасса прицела появляется на 1,5 больших деления выше центральной линии (при правильном измерении). полярности; ниже линии с обратной полярностью). Если установить усиление на 2 вольта/деление, кривая появится на 3 единицы выше центральной линии.Большие деления на горизонтальной шкале называются единицами развертки в секундах на деление. Чем выше значение развертки, тем больше будет отображаться сигнальная трасса (например, широкоугольный объектив на
камера). Низкая настройка развертки увеличивает меньшую часть трассы сигнала. Настройка развертки поможет вам разместить кривую сигнала на экране, чтобы по ней можно было проводить более точные измерения.
Развертка чаще всего используется при работе с сигналом переменного тока, тогда как усиление используется для регулировки сигналов переменного и постоянного тока.

Примечание: Внутренние ручки настроек усиления и развертки должны быть полностью повернуты по часовой стрелке, чтобы обеспечить правильную калибровку; в противном случае ваши измерения могут быть неточными.

Процедура

Напряжение постоянного тока

Сначала вам нужно включить осциллограф и убедиться, что он правильно настроен. Вы должны увидеть ярко-зеленую горизонтальную линию на экране. Отрегулируйте вертикальное положение линии трассировки, пока она не совпадет с центральной линией сетки осциллографа.Отрегулируйте интенсивность и/или фокус, пока не получите тонкую сфокусированную линию. Теперь вы готовы визуально измерить напряжение вашего источника питания постоянного тока.

Подсоедините провода типа «банан» от источника питания к осциллографу (помните полярность!). Как и раньше, установите напряжение примерно на половину максимального значения. Если вы больше не видите горизонтальную кривую, отрегулируйте настройку усиления, пока кривая снова не станет видимой. В своем рабочем листе запишите настройку усиления и смещение кривой на экране.

Настройка усиления на осциллографе:

Количество разделов:

Напряжение питания:

Что означает отрицательное значение напряжения?

Генератор сигналов и напряжение переменного тока

Теперь мы будем иметь дело с сигналом переменного тока.Этот сигнал поступает от генератора сигналов . Эти устройства могут показаться такими же запутанными, как осциллограф, с таким же количеством ручек и переключателей; генератор сигналов делает именно то, что следует из его названия: он генерирует сигнал. Вы указываете частоту и форму сигнала (мы будем иметь дело только с синусоидальными и прямоугольными волнами), и он генерирует сигнал в соответствии с вашими требованиями. Наиболее важными элементами управления являются переключатели диапазонов , функциональные переключатели и ручка точной регулировки .С помощью переключателей диапазона вы можете регулировать частоты от доли цикла в секунду (Гц) до миллионов циклов в секунду (МГц). Функция переключает выбор между синусоидальной, прямоугольной и пилообразной волновой структурой. Ручка точной настройки сообщает вам, в каком диапазоне (выбранном переключателями диапазонов) вы находитесь. Ручка обычно имеет шкалу от 0 до 1. Таким образом, если вы выбрали диапазон 1 кГц и установили ручку примерно на 0,75, вы будете иметь дело с сигналом, частота которого составляет около 750 Гц.

ПРИМЕЧАНИЕ. Всегда поворачивайте ручку регулировки амплитуды до максимального значения (т. е. до упора по часовой стрелке). Это даст вам полный сигнал от генератора.

Настройте осциллограф так же, как в предыдущем разделе (убедитесь, что вы обнулили кривую и т. д.). Подключите осциллограф к генератору сигналов с помощью штекерных проводов типа «банан». Включите генератор сигналов и настройте его на синусоиду с частотой 60 Гц. Отрегулируйте развертку и усиление, пока на экране не появятся два полных цикла.Получив сигнал на экране, определите его частоту, отметив настройку развертки и количество делений для одного цикла сигнала.

Настройка развертки на прицеле:

Количество делений за один цикл:

Период:

Частота сигнала:

Определенная вами частота совпадает с ожидаемой от генератора сигналов?

Если нет, попросите вашего ТА помочь вам.

Copyright © 2011 Advanced Instructional Systems, Inc.и Университет Северной Каролины | Кредиты

Напряжение и ток

Напряжение и ток

Эта лабораторная работа представляет собой введение в напряжение и ток в основных цепях. Мы научимся пользоваться мультиметром.

Мы будем использовать трансформатор в качестве источника переменного тока для наших цепей. Мы обсудим, как это устройство работает
позже в семестре.

Разъемов для подключения проводов к мультиметру 4, но используются только 2 одновременно.Уведомление в
на картинках ниже видно, что провода для измерения напряжения подключены иначе, чем для измерения тока!

Обратите внимание, что существует два типа цепей: переменного и постоянного тока. Для этого эксперимента мы будем использовать переменный ток.
цепь, поэтому убедитесь, что мультиметр настроен на переменное напряжение (В~) и переменный ток (А~).

При измерении напряжения мультиметр не должен быть частью
схема. Сначала соберите всю схему, не используя мультиметр.Затем коснитесь двух проводных щупов
к любым двум точкам цепи. Показание на счетчике — это напряжение
между этими двумя точками (это также называется «падением напряжения»).

При измерении тока мультиметр должен быть частью
схема. Ток должен работать мультиметр в порядке
для счетчика для измерения количества ампер тока. Вы можете подключить мультиметр к цепи так же, как
лампочка.

1) Не подключая лампочки или провода, включите питание. Используйте мультиметр для измерения
НАПРЯЖЕНИЕ блока питания.

2) Соберите электрическую цепь, подключив лампочку к источнику питания. Измерьте следующие величины:

• напряжение на источнике питания
• напряжение на лампе
• ток в цепи (Примечание: измеряется в миллиамперах!)

Используя полученные результаты, рассчитайте следующие величины:

• сопротивление лампы в единицах Ом
  (Подсказка: используйте закон Ома \(V=IR\))
• сопротивление проводов в цепи
  (Совет: используйте крошечную разницу между напряжением питания
  и напряжение лампы)
• внутреннее сопротивление блока питания
  (Подсказка: в уравнении \(V = \epsilon — Ir\) используйте напряжение источника питания на шаге 2.
  и напряжение питания на шаге 1)

3) Соберите цепь, содержащую источник питания, лампочку и потенциометр (диммер), подключенные к
ряд.То есть: протяните один провод от источника питания к лампочке, затем один провод от лампочки к потенциометру, затем
один провод от потенциометра обратно к блоку питания.

Потенциометр имеет 3 точки подключения; вы будете использовать только 2 (один желтый и один оранжевый).

Поверните ручку потенциометра так, чтобы лампочка была максимально яркой, и измерьте следующие параметры:

• напряжение на источнике питания
• напряжение на лампе
• напряжение на потенциометре
• ток через цепь

Используя полученные результаты, рассчитайте следующие величины:

• сопротивление потенциометра в Омах
• сопротивление лампочки (Примечание: оно, вероятно, отличается от предыдущего!)

4) Используя ту же схему, что и в шаге 3, поверните диск потенциометра так, чтобы лампочка была такой же тусклой, как
возможный. Измерьте следующие величины:

• напряжение на источнике питания
• напряжение на лампе
• напряжение на потенциометре
• ток через цепь

Используя полученные результаты, рассчитайте следующие величины:

• сопротивление потенциометра в Омах
• сопротивление лампочки (Примечание: оно, вероятно, отличается от предыдущего!)

Сопротивление лампы увеличивается или уменьшается, когда она светит ярче?

Какой эксперимент (с яркой или тусклой лампочкой?) дал более низкое напряжение на
источник питания? Объясните, как этот результат связан с внутренним сопротивлением источника питания.

5) Начиная со схемы из шага 4 (с тусклой лампочкой), подсоедините новый провод к лампочке. То есть поместите два конца
новый провод в двух гнездах для подключения ламп. Лампочка должна погаснуть, потому что теперь она «закорочена».

Объясните, как протекание тока в цепи приводит к тому, что лампочка перестает светиться.

6) В схеме, начиная с шага 5, поверните диск потенциометра до тех пор, пока источник питания не начнет гудеть и автоматически
Выключается.Это предохранительный механизм в блоке питания.

Какое количество измеряет защитный механизм источника питания, чтобы знать, когда он должен отключиться?

Есть ли у вас в доме подобный предохранительный механизм в цепях?

Используйте Интернет, чтобы узнать, когда срабатывают эти механизмы безопасности в цепях вашего дома.

Почему нам нужно, чтобы мультиметр был частью схемы для измерения тока?

Почему сопротивление лампочки меняется в зависимости от яркости лампочки?

Измерение тока, напряжения и сопротивления

Обзор

Наиболее часто используемым оборудованием для электрических измерений является мультиметр , который способен измерять ток (ампер), напряжение (вольт) и сопротивление (ом). Существует два основных типа мультиметров – аналоговые и цифровые. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, в зависимости от типа проводимого измерения. Примеры обоих показаны ниже:

Аналоговый мультиметр (слева) и цифровой мультиметр (справа)

Измерение напряжения

Напряжение на компоненте является мерой разности электрических потенциалов от одной стороны компонента к другой, поэтому измеритель должен быть присоединен, как показано на рисунке:

Использование мультиметра для измерения напряжения на компоненте цепи

Измерение тока

Ток является мерой скорости потока электронов через цепь. Чтобы измерить протекание тока, цепь должна быть разорвана, а счетчик должен быть помещен в цепь так, чтобы через нее проходил ток. Это показано ниже:

Использование мультиметра для измерения тока в цепи

Измерение сопротивления

Чтобы измерить сопротивление, компонент должен быть сначала удален из цепи.Это делается для того, чтобы другие компоненты в цепи не влияли на показания. Затем измерительные щупы подключаются с обеих сторон компонента, как показано на рисунке:

Использование мультиметра для измерения сопротивления компонента цепи

В таблице ниже показано обозначение префикса для кратных и дольных единиц обычных электрических единиц.

Обыкновенные кратные и дольные

9	Giga	10 9	10 9	(× 1 000 000 000)
M
M	Mega	10 6	(× 1 000 000)
K	Kilo	10 3	(× 1000)
м	милли	10 -3	(× 0. 001)
micro	10	10 -6	(× 0,000001)
N	Nano	10 -9	(× 0,000000001)
p	пико	10 -12	(× 0,000000000001)

Базовая эксплуатация, уход и техническое обслуживание и расширенный поиск и устранение неисправностей для квалифицированных специалистов

Как вы видели, процедура измерения напряжения относительно проста.Выводы просто подключаются параллельно или параллельно точкам измеряемого напряжения.

Однако для текущих измерений процесс немного сложнее. Во-первых, цепь должна быть разомкнута в контрольных точках и последовательно вставлен счетчик в это отверстие (рис. 5). Полный ток должен протекать через счетчик. Чтобы измерение можно было производить без нарушения самой цепи, амперметр имеет очень малое внутреннее сопротивление.

Здесь неопытный техник должен быть особенно бдителен.Если счетчик непреднамеренно подключен через точку P.D. (разность потенциалов) или в , параллельном с компонентом вместо , последовательного , небольшое внутреннее сопротивление позволит протекать через счетчик очень большому току, что приведет к короткому замыканию. Это, безусловно, серьезно повредит счетчик и, возможно, цепь. Более тревожной является возможность возникновения опасной дуговой вспышки . Тяжесть вспышки дуги зависит от ряда факторов, включая, помимо прочего, расстояние до вспышки дуги, изношенное защитное оборудование или, в частности, его отсутствие, продолжительность вспышки дуги, а также продолжительность вспышки дуги. .Для получения дополнительной информации о безопасности дугового разряда посетите сайт www.esasafe.com.

При измерении тока очень важно отключить питание перед подключением измерителя. Вы будете отсоединять один конец провода или компонента для последовательного подключения счетчика. Если вы оставите питание включенным, вы можете легко получить опасный удар током или повредить цепь.

На измерителях с ручным выбором диапазона начните с самого высокого значения тока и двигайтесь вниз.

Рисунок 5 – Использование цифрового мультиметра для измерения тока

Текущие процедуры измерения

Для измерения тока в цепях 0–30 В выполните следующие действия:

1. Перед началом испытаний технический специалист всегда должен знать, каких показаний следует ожидать, исходя из спецификаций производителя, паспортных данных, законов Ома и закона Кирхгофа.Слепое тестирование опасно и контрпродуктивно.
2. Отключите питание и убедитесь, что измеряемая цепь «обесточена», используя метод тестирования T3 и процедуры измерения напряжения. Обязательно надевайте средства индивидуальной защиты, поскольку мы всегда предполагаем, что цепь находится под напряжением, пока не будет доказано обратное

.

3. Разомкните цепь, отсоединив или распаяв соединение в точке, где вы хотите измерить ток.
4. Выберите функцию усилителей постоянного или переменного тока, повернув переключатель функций в положение усилителей постоянного или переменного тока.
5. Подсоедините измерительные провода к соответствующим разъемам, черный провод — к общему разъему, а красный — к разъему A или mA. Помните, что у вас уже есть ожидаемое значение. Это ожидаемое значение будет определять, какое гнездо, A или mA, будет использоваться. 1/1000 А = 1 мА.
   Обратите внимание, что используемые разъемы будут отличаться от тех, которые используются для измерения напряжения.
6. Подсоедините наконечники щупов к разрыву цепи, как показано на рис. 6, чтобы измеряемый ток протекал через измеритель.Обратите внимание, что это последовательное соединение. Никогда не подключайте амперметр параллельно источнику или нагрузке, так как это приведет к короткому замыканию и повреждению счетчика и, возможно, к опасной вспышке дуги.

Рис. 6. Подключения амперметра для измерения одного и того же тока в разных точках цепи

7. Снова включите питание цепи.
8. Просмотрите показания на дисплее. Обязательно обратите внимание на единицу измерения.
9. Снова выключите питание, еще раз проверив методом Т3 в СИЗ.
10. Отсоединить провода счетчика от цепи.
11. Если тестирование завершено в этой контрольной точке, восстановите цепь, повторно замкнув соединение. По завершении измерения тока поверните переключатель функций в положение «ВЫКЛ» и отсоедините измерительные провода.

При измерении тока в цепях с напряжением более 30 В или там, где «разрыв» цепи нецелесообразен или опасен, можно использовать токоизмерительные клещи или амперметр. Эти амперметры имеют две подпружиненные раздвижные губки, которые позволяют зажимать одиночный проводник (рис. 7).Эта функция позволяет вам измерять магнитное поле, создаваемое током, протекающим по проводу, для получения показаний в амперах без физического контакта или вмешательства в цепь.

Рисунок 7: Зажим на мультиметре

Видео: Измерение тока