Меню

Частотный метод измерения напряжения

Как измерять напряжение?

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

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

Используемые приборы

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

В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:

  • Вольтметры;
  • Мультиметры
  • Осциллографы.

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

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

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

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

Измерение напряжения в сети

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

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

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

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

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

Постоянного тока

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

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

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

Переменного тока

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

Читайте также:  Инверторный бензогенератор не выдает напряжение

В остальном процесс измерения идентичен:

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

» или аббревиатурой AC.

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

    Реальные примеры измерения напряжения

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

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

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

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

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

    Источник

    

    Измерение напряжения. Виды и принцип измерений. Особенности

    Измерение напряжения на практике приходится выполнять довольно часто. Напряжение измеряют в радиотехнических, электротехнических устройствах и цепях и т.д. Вид переменного тока может быть импульсным или синусоидальным. Источниками напряжения являются химические элементы или генераторы тока.

    Виды измерения напряжения

    Напряжение импульсного тока имеет параметры амплитудного и среднего напряжения. Источниками такого напряжения могут быть импульсные генераторы. Напряжение измеряется в вольтах, имеет обозначение «В» или «V». Если напряжение переменное, то впереди ставится символ «

    », для постоянного напряжения указывается символ «-». Переменное напряжение в домашней бытовой сети маркируют

    На аккумуляторах и гальванических элементах при указании напряжения знак «-» не используют, а ставят только цифры, например, «1,5 В». На корпусе гальванического элемента обязательно присутствует обозначение «+» возле положительного полюса. В практических электротехнических измерениях применяются кратные единицы: милливольты, киловольты и т.д.

    Переменное напряжение имеет полярность, которая изменяется с течением времени. В бытовой сети напряжение изменяет полярность 50 раз за секунду, что означает частоту 50 герц. Постоянное напряжение имеет неизменную полярность. Поэтому для замеров напряжений переменного и постоянного тока применяют измерительные приборы, имеющие отличие в устройстве – вольтметры. Они могут быть цифровыми или аналоговыми (стрелочные). Однако существуют универсальные приборы, которые способны измерить постоянное и переменное напряжение, не переключая режимы.

    Pribory dlia izmereniia

    Для начала измерений измерительный прибор соединяют параллельно с выводами источника питания или нагрузки специальными щупами.

    Izmerenie napriazheniia skhema

    Кроме вольтметров для измерения напряжения используют электронные осциллографы.

    Ostsillografy

    Это приборы, предназначенные для измерения и контроля характеристик электрических сигналов. Осциллографы работают на принципе отклонения электронного луча, который выдает изображение значений переменных величин на дисплее.

    Измерение напряжения в сети переменного тока

    Согласно нормативным документам величина напряжения в бытовой сети должна быть равной 220 вольт с точностью отклонений 10%, то есть напряжение может меняться в интервале 198-242 вольта. Если в вашем доме освещение стало более тусклым, лампы стали часто выходить из строя, либо бытовые устройства стали работать нестабильно, то для выяснения и устранения этих проблем для начала необходимо измерение напряжения в сети.

    Перед измерением следует подготовить имеющийся измерительный прибор к работе:
    • Проверить целостность изоляции контрольных проводов со щупами и наконечниками.
    • Установить переключатель на переменное напряжение, с верхним пределом 250 вольт или выше.
    • Вставить наконечники контрольных проводов в гнезда измерительного прибора, например, мультиметра. Чтобы не ошибиться, лучше смотреть на обозначения гнезд на корпусе.
    • Включить прибор.

    На мультиметре выбрана граница измерений 700 вольт. Некоторые приборы требуют для измерения напряжения устанавливать в нужное положение несколько разных переключателей: вид тока, вид измерений, а также вставить наконечники проводов в определенные гнезда. Конец черного наконечника в мультиметре воткнут в гнездо СОМ (общее гнездо), красный наконечник вставлен в гнездо с обозначением «V». Это гнездо является общим для измерения любого вида напряжения. Гнездо с маркировкой «ma» применяется для замеров небольших токов. Гнездо с обозначением «10 А» служит для измерения значительной величины тока, который может достичь 10 ампер.

    Читайте также:  Схема регулируемого источника напряжения постоянного тока

    Если измерять напряжение со вставленным проводом в гнездо «10 А», то прибор выйдет из строя, или сгорит предохранитель. Поэтому при выполнении измерительных работ следует быть внимательным. Наиболее часто ошибки возникают в случаях, когда сначала измеряли сопротивление, а затем, забыв переключить на другой режим, начинают измерение напряжения. При этом внутри прибора сгорает резистор, отвечающий за измерение сопротивления.

    После подготовки прибора, можно начинать измерения. Если при включении мультиметра на индикаторе ничего не появляется, это означает, что элемент питания, расположенный внутри прибора, отслужил свой срок и требует замены. Чаще всего в мультиметрах стоит «Крона», выдающая напряжение 9 вольт. Срок ее службы составляет около года, в зависимости от производителя. Если мультиметром долго не пользовались, то крона все равно может быть неисправной. Если батарейка исправна, то мультиметр должен показать единицу.

    Щупы проводов необходимо вставить в розетку или прикоснуться ими к оголенным проводам.

    Izmerenie napriazheniia 220v

    На дисплее мультиметра сразу появится величина напряжения сети в цифровом виде. На стрелочном приборе стрелка отклонится на некоторый угол. Стрелочный тестер имеет несколько градуированных шкал. Если их внимательно рассмотреть, то все становится понятным. Каждая шкала предназначена для определенных измерений: тока, напряжения или сопротивления.

    Граница измерений на приборе была выставлена на 300 вольт, поэтому нужно отсчитывать по второй шкале, имеющий предел 3, при этом показания прибора необходимо умножить на 100. Шкала имеет цену деления, равной 0,1 вольта, поэтому получаем результат, изображенный на рисунке, около 235 вольт. Этот результат находится в допустимых пределах. Если при измерении показания прибора постоянно меняются, возможно, плохой контакт в соединениях электрической проводки, что может привести к искрению и неисправностям в сети.

    Измерение постоянного напряжения

    Источниками постоянного напряжения являются аккумуляторы, низковольтные блоки питания или батарейки, напряжение которых не более 24 вольт. Поэтому прикосновение к полюсам батарейки не опасно, и нет необходимости в специальных мерах безопасности.

    Для оценки работоспособности батарейки или другого источника, необходимо измерение напряжения на его полюсах. У пальчиковых батареек полюсы питания расположены на торцах корпуса. Положительный полюс маркируется «+».

    Izmerenie napriazheniia batareika

    Постоянный ток измеряется аналогичным образом, как и переменный. Отличие заключается только в настройке прибора на соответствующий режим и соблюдении полярности выводов.

    Напряжение батарейки обычно обозначено на корпусе. Но результат измерения еще не говорит об исправности батарейки, так как при этом измеряется электродвижущая сила батарейки. Продолжительность эксплуатации прибора, в котором будет установлен элемент питания, зависит от его емкости.

    Для точной оценки работоспособности батарейки, необходимо проводить измерение напряжения при подключенной нагрузке. Для пальчиковой батарейки в качестве нагрузки подойдет обычная лампочка для фонарика на 1,5 вольта. Если напряжение при включенной лампочке снижается незначительно, то есть, не более, чем на 15%, следовательно, батарейка пригодна для работы. Если напряжение падает значительно сильнее, то такая батарейка может еще послужить только в настенных часах, которые расходуют очень мало энергии.

    Источник

    Измерение напряжения и тока на низких и высоких частотах

    Измерение напряжения и тока на промышленной частоте.Измерение напряжения и тока на промышленной частоте может быть выполнено любыми вольтметрами и амперметрами, работающими на частоте 50 Гц, но только когда объект измерения мощный. Та­кие измерения в основном выполняют электромагнитными и электро­динамическими вольтметрами и амперметрами (см. 2.5; 2.4).

    Для измерения напряжения на промышленной частоте приме­няют компенсаторы переменного тока. Чтобы уравновесить изме­ряемое напряжение компенсирующим напряжением необходимо выполнение следующих условий: равен­ство напряжений по модулю; противоположность их фаз ); равенство частот; одинаковая форма изме­ряемого и компенсирующего напряжений. Компенсаторы перемен­ного тока менее точны по сравнению с компенсаторами постоянного тока, так как отсутствует эталон ЭДС переменного тока.

    Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах.Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах осуще­ствляется вольтметрами (выпрямительными, термоэлектрическими, электростатическими, электронными, см. 2.3; 2.6; 5.1), работаю­щими в указанном диапазоне частот, а также электронными осцил­лографами (см. 4.3). Осциллографы — приборы, чувствительные к напряжению, поэтому все измерения, выполняемые ими, сводятся к измерению отклонения электронного луча под действием прило­женного напряжения. Для конкретного исследования сигнала не­обходимо правильно выбрать тип осциллографа, выполнив усло­вия согласования, подключить последний к объекту измерения, заземлить, а затем определить вид синхронизации, ее амплитуду, режим развертки, длительность, коэффициент отклонения.

    От правильного учета возможных искажений и погрешностей зависит точность полученных результатов измерения.

    Измерение тока в цепях повышенной и высокой частоты.С уве­личением частоты точность измерения переменного тока электро­магнитными иэлектродинамическими амперметрами в обычном ис­полнении падает. Приборы специального изготовления имеют расширенный диапазон частот (примерно до 8—10 кГц) и используются для измерения токов в мощных цепях (см. 2.4; 2.5).

    Читайте также:  Свинцовый аккумулятор напряжением 2 вольта

    В маломощных цепях повышенной и высоких частот ток изме­ряется выпрямительными, термоэлектрическими, электронными цифровыми амперметрами, аналоговыми и цифровыми электронными вольтметрами на резисторе с известным сопротивлением (см. 2.3; 5.1; 7.7). Амперметр должен обладать минимальными значениями входных сопротивлений, индуктивностей и емкостей. С увеличением частоты в цепи измерения тока влияние паразитных емкостей возрастает, поэтому для уменьшения погрешностей от токов утечки амперметр следует включать на участке с потенциалами, наиболее близкими к потенциалу земли (рис. 7.12, где и — емкости зажимов 1 и 2 амперметра относительно земли). Это особенно важно при измерениях на высокой частоте. При правильном включении амперметра паразитная емкость находится под на­пряжением, равным падению напряжения на амперметре, но по­скольку значение последнего незначительно, то и токи утечки будут малы, при этом емкость закорочена. При неправиль­ном включении амперметра паразитные емкости и нахо­дятся под полным напряжением , поэтому даже при малых значениях и токи утечки будут значительными.

    Рисунок 7.12 – Схема правильного включения амперметра

    Измерение токов в цепях высокой частоты преимущественно выполняется термоэлектрическими амперметрами.

    Термоамперметры — сочетание термопреобразователя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термопар и нагревателя. При протекании тока по нагревателю, выполненному из материала с большим удельным сопротивлением (нихрома, константана и др.), выделяется тепло, под действием которого нагревается горя­чий спай термопары, а на ее холодных концах возникает термо-ЭДС.

    Термо-ЭДС зависит от материала проводников термопары и про­порциональна разности температур горячего и холодного ее кон­цов, т. е. пропорциональна температуре перегрева .

    В среднем равно 30-40 мкВ на 1 °С перегрева. Вследствие инерции нагревателя температура перегрева не успевает следовать за изменениями подводимого тепла и определяется его средним значением:

    (7.13)

    Если холодные концы термопары замкнуть на измерительный магнитоэлектрический механизм, то по замкнутой цепи измерителя потечет ток

    (7.14)

    где среднеквадратичное значение тока; Ra — сопротивление цепи измерителя, включая сопротивление термопары; коэф­фициенты пропорциональности, зависящие соответственно от свойств термопары и данных измерительного механизма.

    Так как в (7.14) значение измеряемого тока входит в квадрате, то прибор пригоден для измерений в цепях как постоянного, так и переменного токов. Шкала прибора градуируется в среднеквадра­тичных значениях тока.

    Рисунок 7.13 Схемы включения термопреобразователей

    По способу нагрева горячего спая термо­пары термопарообразователи делят на контактные и бесконтактные. В контактных термопреобразователях (рис. 7.13, а) горячий спай термопары приварен непосредственно к нагревателю, при этом имеется гальваническая связь между измеряемой и измерительной цепями. В бесконтактных термопреобразователях (рис. 7.13, б) горячий спай термопары отделен от нагревателя изоляционным материалом (каплей стекла), что ухудшает условия теплопередачи, увеличивает тепловую инерцию, уменьшает чувствительность, но позволяет последовательно соединять несколько термопар, уменьшать влияние паразитных емкостей (между измеряемой и измерительной цепями). В некоторых бес­контактных преобразователях термопару протягивают внутри тон­кой стеклянной трубочки, на которую намотан нагреватель. Для увеличения чувствительности и более эффективного использова­ния преобразователи соединяют в мостовую схему.

    В зависимости от типа преобразователя эти приборы исполь­зуют для измерения как постоянного, так и переменного тока в диа­пазоне частот 50 Гц 200 МГц. Но основное назначение термо­амперметров — измерение тока в цепях высокой частоты. На высо­ких частотах проявляются паразитные параметры термопреобразо­вателя и поверхностный эффект в нагревателе. Поэтому каждый прибор рассчитывают на работу до определенной частоты измеряе­мого тока.

    При измерениях несинусоидального тока показания термоампер­метра будут приближенно соответствовать среднеквадратичному значению тока, т. е.

    Термоэлектрические амперметры выпускают для измерения токов от 100 мкА до десятков ампер.

    Для измерения малых токов до 1 А применяют вакуумные тер­мопреобразователи. Их помещают в специальные стеклянные бал­лоны, из которых выкачан воздух, при этом благодаря уменьшению потерь на излучение тепла в окружающую среду чувствительность вакуумных преобразователей повышается. Вакуумные термопре­образователи бывают контактные и бесконтактные.

    Для измерения токов от 1 А до 50 А используют воздушные термопреобразователи.

    К достоинствам термоамперметров относят то, что их показания не зависят от частоты и формы переменного тока, к недостаткам — малую перегрузочную способность (допускаются перегрузки не бо­лее чем на 50 %), значительную мощность потребления (на 5 А при­мерно 1 Вт), ограниченный срок службы, невысокую точность (с изменением температуры изменяется сопротивление нагревателя, с увеличением частоты — паразитные параметры). Классы точ­ности термоэлектрических амперметров -1,5; 2,5; 4. В термоэлек­трических амперметрах, предназначенных для больших токов, в результате выделения значительного количества тепла подводя­щие колодки сильно разогреваются. Чтобы устранить влияние перегрева, применяют кроме основной еще и компенсационную термопару, горячий спай которой укреплен на одной из колодок, а термо-ЭДС направлена навстречу термо-ЭДС основной термопары. Расширение пределов измерения осуществляют с помощью транс­форматора тока с ферритовым тороидальным сердечником. Термо­амперметры бывают щитовые и переносные.

    Для усиления постоянного тока термопары в термоамперметрах применяют фотоусилители. Термопары с фотоусилителем много­предельны, имеют повышенную способность к перегрузкам, высо­кую чувствительность и частотный диапазон до 1 МГц.

    Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 1878 ; Мы поможем в написании вашей работы!

    Источник