Как измерить постоянный ток и напряжение

Измерение постоянного тока и напряжения чаще всего производится щитовыми приборами магнитоэлектрической, а при измерении высоких напряжений — электростатической и ионной систем. Иногда применяют приборы электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем, они значительно уступают приборам магнитоэлектрической системы в отношении точности, чувствительности, потребляемой мощности, имеют неравномерную шкалу, чувствительны к воздействию внешних магнитных полей. Для проведения точных измерений все большее применение находят цифровые вольтметры, амперметры и комбинированные приборы, обладающие большим быстродействием и малой погрешностью измерения (0,01-0,1 %).

Простейшим способом измерения постоянного тока и напряжения является непосредственное включение приборов в цепь, возможное при выполнении условий:

1) максимальный предел измерения амперметра (вольтметра) не меньше максимального тока (напряжения) в цепи;

2) номинальное напряжение амперметра не менее номинального напряжения сети;

3) сопротивление амперметра Rа намного меньше, а сопротивление вольтметра намного больше сопротивления измеряемой цепи Rн, значительное сопротивление амперметра снижает ток в цепи при его включении на величину

4) соблюдение полярности включения приборов.

Для расширения пределов измерения приборов используют преобразователи в виде измерительных шунтов, добавочных сопротивлений, делителей напряжения, измерительных трансформаторов и измерительных усилителей. Шунт представляет собой сопротивление, включаемое параллельно измеритель-ному прибору в цепь измеряемого тока.

Шунты на токи до 50-100 А обычно устанавливают внутри прибора. Для больших токов применяют наружные шунты, имеющие токовые зажимы для включения в цепь измеряемого тока и потенциальные зажимы для подключения измерительного прибора. С целью унификации измерительных приборов шунты изготовляют по ГОСТ 8042-78 Класс точности шунтов 0,05-0,5.

Подключив к шунту милливольтметр с пределом измерения, соответствующим номинальному падению напряжения на шунте, получим соответствие полной шкалы прибора номинальному току шунта. Измеренный ток

где Iн, Uн — номинальные ток шунта и падение напряжения на шунте; U -показание милливольтметра.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с измерительным прибором включают добавочное сопротивление Rд.

где Р = Rд /Rв+1 — коэффициент расширения предела измерения прибора; Uв — показание вольтметра;

Rв — входное сопротивление вольтметра.

Добавочные сопротивления могут быть как внутренние (помещенные в корпус прибора), так и наружные для измерения напряжений свыше 500 В.

Номинальные токи добавочных сопротивлений стандартизированы ГОСТ 8623-78 при номинальном падении напряжения на них. Основная погрешность добавочных сопротивлений ± (0,1-0,5)%. Для расширения пределов измерения приборов с высоким входным сопротивлением используют делители напряжения с фиксированным коэффициентом деления, обычно кратным 10. В установках высокого напряжения электропередач постоянного тока и в сильноточных цепях могут быть использованы кроме указанных преобразователей измерительные трансформаторы постоянного тока.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Измерение тока. Виды и приборы. Принцип измерений и особенности

Нагрузка в электрической цепи характеризуется силой тока, измерение тока в амперах. Силу тока иногда приходится измерять для проверки допустимой величины нагрузки на кабель. Для прокладки электрической линии применяются кабели разного сечения. Если кабель работает с нагрузкой выше допустимой величины, то он нагревается, а изоляция постепенно разрушается. В результате это приводит к короткому замыканию и замене кабеля.

Способы измерения тока

Для измерения силы тока в электрической цепи, необходимо один вывод амперметра или другого прибора, способного измерять силу тока, подключить к положительной клемме источника тока или блока питания, а другой вывод к проводу потребителя. После этого можно делать измерение тока.

При измерениях необходимо соблюдать аккуратность, так как при размыкании действующей электрической цепи может возникнуть электрическая дуга.

Для измерения силы тока электрических устройств, подключаемых непосредственно к розетке или кабелю бытовой сети, измерительный прибор настраивается на режим переменного тока с завышенной верхней границей. Затем измерительный прибор подключают в разрыв провода фазы.

Все работы по подключению и отключению допускается производить только в обесточенной цепи. После всех подключений можно подавать питание и измерять силу тока. При этом нельзя касаться оголенных токоведущих частей, во избежание поражения электрическим током. Такие методы измерения неудобны и создают определенную опасность.

Значительно удобнее проводить измерения токоизмерительными клещами, которые могут выполнять все функции мультиметра, в зависимости от исполнения прибора. Работать такими клещами очень просто. Необходимо настроить режим измерения постоянного или переменного тока, развести усы и охватить ими фазный провод. Затем нужно проконтролировать плотность прилегания усов между собой и измерить ток. Для правильных показаний необходимо охватывать усами только фазный провод. Если охватить сразу два провода, то измерения не получится.

Токоизмерительные клещи служат только для замеров параметров переменного тока. Если их использовать для измерения постоянного тока, то усы сожмутся с большой силой, и раздвинуть их можно будет только, отключив питание.

Измерение тока рекомендуется делать в следующих случаях:

• После прокладки нового кабеля необходимо измерить проходящий через него ток при всех работающих электрических устройствах.
• Если к старой электропроводке подключена дополнительная нагрузка, то также следует проверить величину тока, которая не должна превышать допустимые пределы.
• При нагрузке, равной верхнему допустимому пределу, проверяется соответствие тока, протекающего через электрические автоматы. Его величина не должна превышать номинальное значение рабочего тока автоматов. В противном случае автоматический выключатель обесточит сеть из-за перегрузки.
• Измерение тока также необходимо для определения режимов эксплуатации электрических устройств. Измерение токовой нагрузки электродвигателей выполняется не только для проверки их работоспособности, но и для выявления превышения нагрузки выше допустимой, которая может возникнуть из-за большого механического усилия при работе устройства.
• Если измерить ток в цепи работающего обогревателя, то он покажет исправность нагревательных элементов.
• Работоспособность теплого пола в квартире также проверяется измерением тока.

Мощность тока

Кроме силы тока, существует понятие мощности тока. Этот параметр определяет работу тока, выполненную в единицу времени. Мощность тока равна отношению выполненной работы к промежутку времени, за которое эта работа была выполнена. Обозначают буквой «Р» и измеряют в ваттах.

Мощность рассчитывается путем перемножения напряжения сети на силу тока, потребляемого подключенными электрическими устройствами: Р = U х I. Обычно на электроприборах указывают потребляемую мощность, с помощью которой можно определить ток. Если ваш телевизор имеет мощность 140 Вт, то для определения тока делим эту величину на 220 В, в результате получаем 0,64 ампера. Это значение максимального тока, на практике ток может быть меньше при снижении яркости экрана или других изменениях настроек.

Измерение тока приборами

Для определения потребления электрической энергии с учетом эксплуатации потребителей в разных режимах, необходимы электрические измерительные приборы, способные выполнить измерение параметров тока.

• Амперметр. Для измерения величины тока в цепи используют специальные приборы, называемые амперметрами. Они включаются в измеряемую цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметра очень мало, поэтому он не влияет на параметры работы цепи.Шкала амперметра может быть размечена в амперах или других долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т.д. Существует несколько видов амперметров: электронные, механические и т.д.

• Мультиметр является электронным измерительным прибором, способным измерить различные параметры электрической цепи (сопротивление, напряжение, обрыв проводника, пригодность батарейки и т.д.), в том числе и силу тока. Существуют два вида мультиметров: цифровой и аналоговый. В мультиметре имеются различные настройки измерений.

Порядок измерения силы тока мультиметром:

• Выяснить, какой интервал измерения вашего мультиметра. Каждый прибор рассчитан на измерение тока в некотором интервале, который должен соответствовать измеряемой электрической цепи. Наибольший допустимый ток измерения должен быть указан в инструкции.
• Выбрать соответствующий режим измерений. Многие мультиметры способны работать в разных режимах, и измерять разные величины. Для замеров силы тока нужно переключиться на соответствующий режим, учитывая вид тока (постоянный или переменный).
• Установить на приборе необходимый интервал измерений. Лучше установить верхний предел силы тока несколько выше предполагаемой величины. Снизить этот предел можно в любое время. Зато будет гарантия, что вы не выведете прибор из строя.
• Вставить измерительные штекеры проводов в гнезда. В комплекте прибора имеются два провода со щупами и разъемами. Гнезда должны быть отмечены на приборе или изображены в паспорте.

• Для начала измерения необходимо подключить мультиметр в цепь. При этом следует соблюдать правила безопасности и не касаться токоведущих частей незащищенными частями тела. Нельзя проводить измерения во влажной среде, так как влага проводит электрический ток. На руки следует надеть резиновые перчатки. Чтобы разорвать цепь для проведения измерений, следует разрезать проводник и зачистить изоляцию на обоих концах. Затем подсоединить щупы мультиметра к зачищенным концам провода и убедиться в хорошем контакте.
• Включить питание цепи и зафиксировать показания прибора. В случае необходимости откорректировать верхний предел измерений.
• Отключить питание цепи и отсоединить мультиметр.
• Измерительные клещи. Если необходимо произвести измерение тока без разрыва электрической цепи, то измерительные клещи будут отличным вариантом для выполнения этой задачи. Этот прибор выпускают нескольких видов, и разной конструкции. Некоторые модели могут измерять и другие параметры цепи. Пользоваться измерительными токовыми клещами очень удобно.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Методы измерения тока

С помощью каких способов можно измерить ток в цепи

Ток является очень важным параметром в электронике или электротехнике. В электронных устройствах ток может иметь пропускную способность от нескольких наноампер до сотен ампер. Этот диапазон может быть намного шире в области электротехники, обычно до нескольких тысяч ампер, особенно в электрических сетях. Существуют разные методы измерения тока внутри цепи или проводника. В этой статье мы обсудим, как измерить ток с использованием различных методов измерения тока с их преимуществами, недостатками и приложениями.

Измерение тока с использованием датчика Холла

Эффект Холла был обнаружен американским физиком Эдвином Гербертом Холлом и может использоваться для определения тока. Он обычно используется для обнаружения магнитного поля и может быть полезен во многих приложениях, таких как спидометры, дверная сигнализация, бесколлекторные двигатели и т.п.

Датчик Холла выдает выходное напряжение в зависимости от магнитного поля. Соотношение выходного напряжения пропорционально магнитному полю. В процессе измерения ток определяется путем измерения магнитного поля. Выходное напряжение очень низкое и его необходимо увеличить до полезного значения с помощью усилителя с высоким коэффициентом усиления и очень низким уровнем шума. Помимо схемы усилителя датчик Холла требует дополнительных схем, так как это линейный преобразователь.

• Может использоваться на более высокой частоте
• Может использоваться как в устройствах переменного, так и постоянного тока
• Бесконтактный метод
• Может использоваться в суровых условиях
• Высокая надежность

• Датчик дрейфует и требует компенсации
• Дополнительная схема требует для надежного выходного сигнала
• Дороже, чем метод на основе шунта

Датчики с эффектом Холла используются в токоизмерительных клещах, а также во многих промышленных и автомобильных системах измерения тока. Многие типы линейных датчиков на эффекте Холла могут измерять ток от нескольких миллиампер до тысяч ампер.

Метод определения тока с помощью датчика потока

Насыщаемый индуктор является основным компонентом метода обнаружения с помощью датчика потока (Fluxgate). Из-за этого датчик Fluxgate называется датчиком тока насыщаемой индуктивности. Сердечник индуктора, который используется для датчика потока, работает в области насыщения. Уровень насыщения этого индуктора высокочувствителен, и любая внутренняя или внешняя плотность потока изменяет уровень насыщения индуктора. Проницаемость сердечника прямо пропорциональна уровню насыщения, поэтому индуктивность также изменяется. Это изменение значения индуктивности анализируется датчиком потока для измерения тока. Если ток высокий, индуктивность становится меньше, если ток низкий, индуктивность становится высокой.

Датчик Холла работает аналогично датчику потока, но между ними есть одно отличие. Разница в основном материале. Датчик потока использует насыщаемый индуктор, а датчик эффекта Холла использует воздушный сердечник.

На изображении выше показана базовая конструкция датчика потока. В нем есть две катушки первичной и вторичной обмотки вокруг насыщаемого сердечника индуктора. Изменения в потоке тока могут изменить проницаемость сердечника, что приведет к изменению индуктивности через другую катушку.

• Можно измерять ток в широком диапазоне частот
• Имеет большую точность
• Низкое смещение

• Высокое вторичное энергопотребление
• Увеличивается фактор риска повышения шума напряжения или тока в первичном проводнике
• Подходит только для постоянного или низкочастотного переменного тока

Датчики потока используются в инверторах солнечной энергии для измерения тока. Кроме этого, измерение переменного и постоянного тока с обратной связью может быть легко выполнено с помощью таких датчиков. Этот датчик тока также может быть использован для измерения тока утечки, обнаружения перегрузки по току и т. д.

Метод измерения тока с помощью катушки Роговского

Катушка Роговского названа в честь немецкого физика Вальтера Роговского. Катушка Роговского выполнена с использованием спиральной катушки с воздушным сердечником и намотана на целевой проводник для измерения тока.

На изображении выше показана катушка Роговского с дополнительной схемой. Дополнительная схема является интегральной цепью. Катушка Роговского обеспечивает выходное напряжение в зависимости от скорости изменения тока в проводнике. Для создания выходного напряжения, пропорционального току, требуется дополнительная схема интегратора.

• Это хороший метод для обнаружения быстрого высокочастотного изменения тока
• Безопасная работа с точки зрения обращения с вторичной обмоткой
• Недорогое решение
• Гибкость в использовании благодаря конструкции с разомкнутым контуром
• Температурная компенсация не сложна

• Подходит только для переменного тока
• Имеет более низкую чувствительность, чем трансформатор тока

Катушка Роговского имеет широкий спектр применения. Например, измерение тока в больших силовых модулях, особенно на полевых МОП-транзисторах или мощных транзисторах IGBT. Катушка Роговского обеспечивает гибкость измерения. Поскольку отклик катушки Роговского очень быстр по переходным процессам или высокочастотным синусоидальным волнам, это хороший выбор для измерения высокочастотных переходных процессов в линиях электропередачи. В приложениях распределения мощности или в интеллектуальной электросети катушка Роговского обеспечивает превосходную гибкость для измерений тока.

Измерение тока с помощью трансформатора тока

Трансформатор тока или ТТ используется для измерения тока по вторичному напряжению, которое пропорционально току во вторичной катушке. Это промышленный трансформатор, который преобразует большое значение напряжения или тока в намного меньшее значение в своей вторичной катушке. Измерение производится через вторичный выход.

На изображении выше показана конструкция такого трансформатора. Это идеальный трансформатор тока с первичным и вторичным соотношением 1:N. N зависит от технических характеристик трансформатора.

• Большая пропускная способность, больше, чем у других рассмотренных методов
• Не требует дополнительных схем

• Требуется техническое обслуживание
• Из-за намагниченности возникает гистерезис
• Высокий первичный ток насыщает материалы ферритового сердечника

Основное применение метода измерения тока на основе ТТ – в энергосистеме из-за очень высокой способности измерения тока. Некоторые токовые клещи также используют трансформатор тока для измерения переменного тока.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Это наиболее используемый метод в современной электронике. Этот метод основана на законе Ома. Здесь последовательно подключенный в цепь резистор с малым сопротивлением используется для измерения тока. Когда ток протекает через резистор, он создает разницу напряжения на резисторе.

Давайте рассмотрим пример. Предположим, что ток 1А протекает через резистор на 1 Ом. Согласно закону Ома, напряжение эквивалентно току, умноженному на сопротивление. Следовательно, когда ток 1A протекает через резистор с сопротивлением 1 Ом, он создает напряжение 1В на резисторе. Мощность резистора является критическим фактором, который необходимо учитывать. Тем не менее, на рынке также есть резисторы очень малого значения, сопротивление которых находится в диапазоне миллиом. В таком случае разница напряжения на резисторе также очень мала. Но усилитель с высоким коэффициентом усиления необходим для увеличения амплитуды напряжения, и, наконец, ток измеряется с использованием обратного расчета.

Альтернативный подход для этого типа метода измерения тока заключается в использовании трассировки печатной платы в качестве шунтирующего резистора. Поскольку медные дорожки на печатной плате имеют очень небольшое сопротивление, можно использовать часть дорожки для измерения тока. Однако при таком альтернативном подходе несколько зависимостей также являются огромной проблемой для получения точного результата. Основным фактором является температурный дрейф. В зависимости от температуры, сопротивление трассировки изменяется, что приводит к ошибке. Нужно компенсировать эту ошибку в приложении.

• Очень экономичное решение
• Может работать с переменным и постоянным током
• Дополнительное оборудование не требуется

• Не подходит для работы с большим током из-за рассеивания тепла
• Измерение с помощью шунта обеспечивает ненужное снижение эффективности системы из-за потери энергии на резисторе
• Тепловой дрейф обеспечивает ошибку в высокотемпературном приложении

Применение шунтирующего резистора в первую очередь – цифровой амперметр. Это точный и более дешевый метод, кроме датчика Холла. Шунтирующий резистор также может обеспечивать путь с низким сопротивлением.

Как выбрать метод измерения тока

Выбор правильного метода для измерения тока не является сложной задачей. Для выбора правильного метода необходимо учитывать несколько вопросов, таких как:

• Какая требуется точность
• Предполагается измерение постоянного или переменного тока (или обоих)
• Сколько потребляется энергии
• Какой диапазон тока и полоса пропускания
• Стоимость

Помимо них, также необходимо учитывать приемлемую чувствительность и подавление помех. Поскольку все факторы не могут быть соблюдены одновременно, приходится идти на некоторые компромиссы в зависимости от приоритета требования приложения.

Источник