Цифровые приборы для измерения переменного тока и напряжения
Принцип движения электронов в цепях переменного тока — неизменное изменение направления движения: электроны попеременно (отсюда и название) движутся то строго в одном направлении, то в обратном.
Так как преобразование напряжения и силы переменного тока можно производить с наименьшими потерями электроэнергии, переменный ток находит более обширное повседневное использование (в том числе и в бытовых сетях), чем неизменный ток.
Потому цифровые приборы для измерения действующих значений силы переменного тока и напряжения:
амперметры переменного тока
вольтметры переменного тока
раз в день применяются фактически во всех энергетических и промышленных сферах.
К примеру, однопредельные щитовые электроизмерительные приборы ЩП 02М, ЩП 02, ЩП 96, ЩП 120 и т. д. с цифровой индикацией созданы для контроля за обозначенными параметрами конкретно в цепях переменного тока.
Главные отличия этих и и других цифровых устройств для измерения переменного тока и напряжения:
тип конструкции;
спектр измерений;
напряжение;
класс точности;
характеристики интерфейса;
цвет индикации.
Приборы щитовые цифровые электроизмерительные ЩП02М, ЩП02, ЩП72, ЩП96, ЩП120 созданы для измерения действующего значения силы тока либо напряжения в цепях переменного тока. Они могут применяться в энергетике и других областях индустрии для контроля электрических характеристик. Приборы являются однопредельными и имеют выполнения по конструкции, спектру измерений, напряжению питания, наличию интерфейса, цвету индикаторов, классу точности.
Тип
Габаритные размеры / вырез в щите, мм
Высота знака, мм
ЩП02М
96х48х145 / 90х42
14
ЩП02.01
96х48х90 / 90х42
14
ЩП72
72х72х100 / 68х68
14
ЩП96
96х96х100 / 92х92
20
ЩП120
120х120х100 / 112х112
20
от 40 до 1000Гц
для диапазонов измерения 2мА, 20мА, 200мА, 1000мА, 2000мА, 1А, 2А.
для диапазонов измерения 10мА, 100мА, 500мА.
для диапазонов измерения 5мА, 50мА
для диапазонов измерения 5А
либо от 100В до 265В неизменного тока
"х" — индикатор врубается при превышении конечного значения спектра показаний на 2,5%.
"%" и "Н" — информирует о виде шкалы показаний (см. таблицу дальше)
"I" — индикатор мигает при выполнении операции обмена данными по интерфейсу RS 485
Подсоединение наружных проводов осуществляется под винт. Сечение проводов, подключаемых конкретно к клеммам, менее 1,5мм2для устройства ЩП02.01 и 2,0мм2 для устройств ЩП02М, ЩП72, ЩП96, ЩП120.
* — подключение через наружный трансформатор напряжения с номинальным напряжением вторичной обмотки 100В
** — подключение через наружный трансформатор тока с номинальным током вторичной обмотки 1А (для диапазонов до 4кА включительно) либо 5А
Измерение тока и напряжения
В ежедневной практике для технических измерений электрических токов и напряжений используют в большинстве случаев стрелочные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.
Магнитоэлектрический измерительный механизм. Работа магнитоэлектрического измерительного механизма базирована на содействии неизменного магнитного поля и электрического тока. Одна из конструктивных схем показана на (рис. 6.7.)
В магнитную цепь устройства входят: сильный неизменный магнит 1, ярмо 2, полюсные наконечники 3, сердечник 4. В воздушных зазорах между полюсными наконечниками и сердечником создается равномерное круговое магнитное поле. Этого добиваются путем соответственного дизайна и кропотливой обработки полюсных наконечников. Вокруг оси 6 и сердечника в границах угла 90° может поворачиваться катушка 5, т. е. обмотка из медного изолированного провода на легком дюралевом каркасе в виде рамки.
Если в катушке имеется ток 1к, тона каждый ее проводник длиной l со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила Fм = BIKl [см. формулу (3.24)].
Относительно оси рамки создается крутящий момент Мвр = = NSBIк, где N — число витков обмотки; S—площадь рамки; В — магнитная индукция — величины, неизменные для данного устройства. Потому Мвр=kврIк Противодействующий момент Mпр = kпрα создается пружинами.
Приборы магнитоэлектрической системы имеют высшую чувствительность, маленькое собственное потребление энергии, малую зависимость показаний от наружных магнитных полей. Эти достоинства обеспечиваются тем, что неизменный магнит создает сильное магнитное поле, а магнитопровод является одновременно магнитным экраном; подвижная часть механизма очень легкая.
Совместно с тем направление крутящего момента находится в зависимости от направления тока в катушке, а это означает, что магнитоэлектрические приборы можно применять исключительно в цепях неизменного тока. Легкая конструкция подвижной части не допускает механической и электрической перегрузок.
Для применения преимуществ магнитоэлектрического измерительного механизма в цепях переменного тока его соединяют с выпрямителем на полупроводниковых вентилях. При всем этом сохраняются высочайшая чувствительность, маленькое потребление энергии, но точность существенно понижается из-за несовершенства выпрямителя.
Электромагнитный измерительный механизм. Подвижный ферромагнитный сердечник в магнитном поле перемещается в такое положение, при котором магнитный поток в электромагнитном устройстве будет большим.
Это лежит в базе деяния электромагнитного измерительного механизма, одна из конструктивных схем которого показана на рис. 6.8.
Ток Iк в недвижной катушке 1 делает магнитное поле, под действием которого подвижный сердечник 4 в форме лепестка из магнитомягкого ферромагнетика, укрепленный эксцентрично на оси 5, втягивается в неширокую щель вовнутрь катушки. Ось поворачивается и поворачивает укрепленную на ней стрелку.
При более подробном рассмотрении вопроса можно обосновать, что крутящий момент в этом случае пропорционален квадрату тока в катушке Mвp=k2вpI 2 к , а противодействующий момент пружины 6 Mпр=k2вpα.
Направление крутящего момента в устройствах электромагнитной системы не находится в зависимости от направления тока, так как при любом знаке тока момент положительный. Отсюда следует, что электромагнитные приборы можно изготовлять для измерения в цепях неизменного и переменного тока.
Но в цепи неизменного тока электромагнитный устройство может давать различные показания (до 2%) при одной и той же измеряемой величине, что связано с воздействием магнитного гистерезиса.
При переменном токе на точность электромагнитных устройств негативно оказывают влияние утраты от гистерезиса и вихревых токов в сердечниках. К недочетам электромагнитной системы нужно отнести также существенное воздействие наружных магнитных полей на показания устройств, относительно огромное собственное потребление энергии, неравномерность шкалы.
Невзирая на отмеченные недочеты, электромагнитные приборы — обыкновенные по устройству, дешевенькие, устойчивы к перегрузкам, обширно используются, в особенности в качестве технических щитовых устройств в цепях переменного тока.
Измерение тока и напряжения. Представим, что измеряемой величиной является ток I. Этот ток либо некоторая часть его направляется в катушку измерительного механизма (токIк) .Зависимость угла поворота стрелки магнитоэлектрического устройства от величины тока в катушке получена ранее [см. формулу (6.1)]. При измерении огромных токов в цепь измеряемого тока включают шунт — резистор, имеющий маленькое, но неизменное сопротивление Rш, параллельно которому присоединена катушка измерительного механизма (рис. 6.9).
В данном случае подвижная часть измерительного механизма отклоняется в согласовании со значением тока в катушке Iк, но на шкале устройства, отградуированной на измеряемый ток, стрелка показывает величину измеряемого тока, который пропорционален току в катушке: I=Iк (1 + Rк/Rш), где Rк — сопротивление цепи катушки, Rш — сопротивление шунта.
Выразим отсюда ток Iк и подставим в формулу (6.1), получим уравнение, конкретно определяющее зависимость угла поворота подвижной части устройства от измеряемого тока, где чувствительность устройства по току (неизменная величина).
Электроизмерительный устройство, шкала которого отградуирована по уравнению (6.2), определяет значение тока, т. е. является амперметром.
Для электромагнитного измерительного механизма зависимость a = f (Iк) выходит аналогично из равенства Мвр=Мпр либо k2вpI 2 к= k2пр α:
Электромагнитные амперметры используют обычно без шунтов, т. е. огромные токи (до 200 А) пропускают конкретно по катушке измерительного механизма. Такое решение может быть потому, что катушка недвижна и может быть сделана из провода различной, в том числе большой, толщины зависимо от предела измерения тока и конструкции подвижной части прибора. К примеру, катушка на номинальный ток 100 А имеет всего один виток из толстой медной шины. При равенстве Iк = I зависимость a = f (Iк) для электромагнитного амперметра имеет вид:
Амперметр врубается последовательно в цепь измеряемого тока. Для того дабы амперметры может быть меньше оказывали влияние на значение измеряемого тока, их изготовляют с малым своим сопротивлением (обычно толики Ома).
Магнитоэлектрические и электромагнитные измерительные механизмы можно применять для измерения электрического напряжения. С этой целью последовательно с катушкой измерительного механизма (сопротивление Rк) соединяют дополнительный резистор, имеющий относительно огромное и неизменное сопротивление Rд (рис. 6.10).
Такую измерительную цепь включают параллельно участку цепи, на котором подразумевается измерить напряжение U. В данном случае ток в катушке измерителя IK=U/(Rк+Rд).
Подставив это выражение в (6.2) и (6.3), получим уравнения, выражающие зависимость угла поворота подвижной части измерителя от напряжения на его зажимах: для магнитоэлектрического устройства α=S1нU, для электромагнитного устройства α=S2нU 2 — неизменные величины (SH — чувствительность устройства по напряжению).
Электроизмерительный устройство, отградуированный согласно тому либо другому из этих уравнений, определяет величину электрического напряжения, т. е. является вольтметром.
Вольтметры изготовляют с огромным своим сопротивлением (обычно 10-ки либо сотки ом). Чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше он изменяет общее сопротивление участка цепи, параллельно которому подключен, т. е. тем меньше изменяет величину измеряемого напряжения. Для расширения пределов измерения используют также наружные дополнительные резисторы к вольтметрам и шунты к магнитоэлектрическим амперметрам.
В электрических цепях переменного тока для измерения больших токов и напряжений используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. При измерениях в сетях высокого напряжения они служат не только лишь для расширения пределов измерения, но и в целях безопасности обслуживания электроизмерительных устройств.
Встраиваемый цифровой вольтметр — амперметр из Китая. Работает точно, но конструкция не идеальна
Рассматриваемый в этой статье сдвоенный компактный устройство предназначен для измерения неизменного тока и напряжения по схеме с "общей землёй" для обоих устройств (вольтметра и амперметра).
Как в силу собственной конструкции, так и в силу схемотехники, удобнее всего его будет использовать в виде встроенного устройства для неизменного контроля работы других устройств.
Приобрести тестированный цифровой вольтметр — амперметр можно на Алиэкспресс, стоимость на момент обзора зависимо от модификации — о т $ 2.75 до $3.45.
Внешний облик, комплектация, технические свойства и схемотехника встраиваемого цифрового вольтметра — амперметра
Вольтметр-амперметр представляет собой маленькую плату с 2-мя светодиодными цифровыми индикаторами, вставленную в корпус-рамку:
Устройство выпускается в различных модификациях (с 3-значными индикаторами и 4-значными индикаторами), с разными комбинациями цветов свечения индикаторов (красный и/либо синий), и на разные пределы измерения по напряжению и току (напряжение — 100 либо 200 в, ток — 10 А либо 50 А; для предела 50 А нужен наружный шунт).
Главные технические свойства устройства (в скобках указаны значения для тестированного варианта устройства):
Разрядность индикаторов: 3 либо 4 (3);
Размер шрифта (высота цифр): 0.28 дюйма (7.1 мм);
Спектр измерения напряжения: 0 — 100 В либо 0 — 200 В (100 В);
Спектр измерения тока: 0 — 10 А либо 0 — 50 А (10 А);
Точность измерения напряжения и тока: 0.08% + 2 ед. мл. разряда;
Частота обновления показаний: 3 раза за секунду;
Напряжение питания: 4 — 30 В;
Потребляемый ток: менее 20 мА;
Рабочая температура: -10 . +65°С;
Габариты: 48*29*20 мм (длина / ширина / глубина без учета вставленных разъёмов).
В комплектацию устройства входят два кабеля: кабель с 2-мя толстыми проводами для подключения амперметра и кабель с 3-мя тонкими проводами для подключения вольтметра и питания.
Если измеряемое напряжение находится в интервале 4 — 30 В, то питать устройство можно конкретно измеряемым напряжением.
Если же измеряемое напряжение выходит за эти рамки, то для питания нужно предугадать отдельный источник.
Это связано с тем, что если напряжение окажется выше 30 В, то рассеиваемая мощность на стабилизаторе питания устройства превзойдет предельно-допустимую, и устройство может выйти из строя.
Если же напряжение окажется ниже 4 В, то устройство просто не включится.
Так смотрится устройство с присоединенными разъёмами:
Тут нужно направить внимание на один момент в конструкции.
На длинноватых боках устройства имеются по паре защёлок, дабы устройство держался на наружной панели какого-нибудь устройства.
По идее, эти защелки обязаны иметь некоторую упругость, дабы устройство можно было установить на своё место без лишних усилий.
По сути никакой гибкости у защёлок нет, и притом сходу по двум причинам.
Во-1-х, им мешают индикаторы устройства, установленные впритирку к границам платы: защёлкам просто некуда прогибаться.
Во-2-х, даже если плату вытащить, то оказывается, что защелки всё равно так жесткие, что воспользоваться ими очень проблемно.
Вобщем, если юзер решит установить устройство при помощи этих защелок, то другого варианта нет: поначалу извлечь плату (это делается просто), потом установить корпус устройства на своё место, потом назад установить плату. Перед этой операцией следует убедиться, что защелки не останутся в подогнутом состоянии и не помешают установке платы на своё место.
Сейчас — о предназначение проводников кабелей.
Кабель из 2-ух толстых проводов — для измерения тока. Чёрный — "земля", он же вход амперметра (подключается к "земле" источника питания). Красный — выход амперметра (для подключения отрицательного полюса нагрузки).
Сечение проводов обозначено на них в американской системе как 18 AWG , что соответствует поперечнику провода в 1.024 мм и сечению в 0.823 кв. мм. Провода такового поперечника обычно используются в качестве силовых в стандартных блоках питания компов на 300-500 Вт и достаточны для тока до 10 А.
Разъём для кабеля измерения тока тоже имеет более толстые контакты, чем для измерения напряжения; но следует держать в голове, что при больших токах даже маленькое сопротивление в несколько миллиОм может оказать своё зловредное действие: привести к нагреву и даже обугливанию контактов. К этому вопросу вернёмся ещё в итогах обзора.
Кабель из трёх тонких проводов — для подачи питания и измеряемого напряжения. Черный — "земля", снутри устройства он соединён с толстым чёрным проводником амперметра.
Красный провод — питание, желтоватый — для подачи измеряемого напряжения. Если измеряемое напряжение находится в границах 4 — 30 В, то красный и желтоватый провода можно замкнуть между собой и применять и для питания, и для измерения напряжения.
Дальше представлены типовые схемы подключения устройства со странички торговца для 2-ух обрисованных выше случаев: когда напряжение укладывается в пределы 4 — 30 В и когда не укладывается.
Сейчас поглядим на интегральную схему цифрового вольметра-амперметра:
В левом верхнем углу — "основная" микросхема: аналого-цифровой микропроцессор (без маркировки или со стёртой маркировкой). Производит измерение напряжения и тока и сразу управляет светодиодными индикаторами.
Индикация осуществляется последовательным обходом разрядов цифровой индикации. Тем самым при движении глаз приметен стробоскопический эффект.
Не считая того, устройство не имеет регулировки яркости свечения индикации.
В левом нижнем углу (в тени) — линейный стабилизатор питания M5333B на напряжение 3.3 В.
Подстроечники VR1 (V_ADJ) и VR2 (I_ADJ) служат для подстройки точности измерения напряжения и тока соответственно. В тестах их положение не изменялось, устройство тестировался с заводской настройкой.
Между разъёмами расположился сдвоенный операционник LM358S.
Вверху у правого края сверху — шунт для измерения тока.
Для тестирования цифрового вольтметра-амперметра использовалось следующее оборудование:
— лабораторный блок питания Longwei LW-K3010D (30 В 10 А) (обзор);
— осциллограф Hantek 2D72 , включенный в режиме мультиметра;
— резистор 3.9 Ом 100 Вт, сопротивление совместно с соединительными проводами — 4.35 Ом.
Поначалу был замерен ток употребления устройства, он составил 9.7 мА при напряжении питания 30 В. При понижении напряжения питания ток употребления снижался некординально, так что можно считать данное потребление неизменным.
Предстоящая программка — очень обычная.
Проводим застыл тока и напряжения при различных значениях: низком, среднем и относительно высочайшем. Так как осциллограф в качестве мультиметра не может сразу определять и ток, и напряжение, проверка точности измерения тока проводилась раздельно от проверки точности напряжения.
Показания осциллографа в качестве мультиметра принимались за эталонные, так как его разрядность (и, соответственно, точность) выше.
При всем этом следует увидеть, что практически проверялась точность заводской опции устройства. В случае обнаружения ошибок в разумных границах юзер может подстроечниками сам достигнуть подходящей точности, но наверное какая-то часть юзеров будет применять устройство "как есть".
Проверка измерения тока.
1. Малая величина тока.
При токе 0.952 А устройство показал 0.94 А, ошибка составила 1.3%.
Также нужно направить внимание, что этот тест изготовлен при минимально-допустимом напряжении питания (4 В) и оказался удачным.
2. Средняя величина тока.
При токе 2.198 А устройство показал 2.16 А, ошибка составила 1.7%.
3. Высочайшая величина тока (имеется в виду в границах применённой аппаратуры).
При токе 4.64 А устройство показал 4.60 А, ошибка составила 0.9%.
Сейчас проверим точность по напряжению.
1. Малая величина напряжения.
В этом случае под малым напряжением понимается напряжение, при котором, согласно техническим чертам, начинается штатная работа устройства, т.е. около 4 В. Устройство может определять и наименьшие напряжения, но при условии питания устройства от отдельного источника.
При напряжении 4.14 В устройство показал 4.05 В, ошибка составила 2.2%.
2. Средняя величина напряжения.
При напряжении 12.14 В устройство показал 12.0 В, ошибка составила 1.2%.
3. Высочайшая величина напряжения.
При напряжении 20.41 В устройство показал 20.2 В, ошибка составила 1.0%.
Проведённые тесты, хотя и не обхватывают весь спектр допустимых токов и напряжений, проявили высшую точность тестированного вольтметра — амперметра и стабильность результатов. Погрешность оказалась не только лишь малой, но и размеренной — не меняла символ в процессе измерений (высочайшая линейность свойства).
Итоги и выводы
Тестированный встраиваемый цифровой вольтметр — амперметр показал себя изделием, полностью применимым для применения в целях контроля характеристик питания различной аппаратуры.
При всем этом нужно учесть некоторые особенности устройства.
Прежде всего нужно отметить, что наивысшую величину измеряемого тока (до 10 А) следует рассматривать, как предельно-допустимый эксплуатационный параметр, влияющий на срок эксплуатации устройства (предпосылки были описаны выше).
Другими словами, как и всякий предельно-допустимый параметр, он не должен употребляться на 100% в течение долгого времени. Лучше, дабы неизменная нагрузка по току не превосходила 75-80% от наибольшей.
Такая "тонкость" — устройство не следует использовать при стремительных конфигурациях измеряемой величины: по "мелькающим" цифрам тяжело выслеживать конфигурации характеристик. В таких случаях лучше применять добрые старенькые стрелочные приборы, пусть даже их точность и ниже (обзор компактных стрелочных амперметров — тут). Как вариант — можно установить сразу и стрелочный, и цифровой устройство.
И помним, что устройство рассчитан на измерение тока и напряжения только одной полярности — положительной относительно своей "земли". Для измерения тока и напряжения отрицательной полярности нужно и довольно применять отрицательное питание в качестве "земли" для устройства.
Где приобрести: на Алиэкспресс, стоимость на момент обзора — о т $ 2.75 до $ 3.45 .
Обзоры других контрольно-измерительные устройств, тестированных на данном веб-сайте — тут.
Весь раздел "Сделай сам! ( DIY) " — тут.
Ваш Доктор. 20 июня 2021 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Новости статей и обзоров, животрепещущие действия и мысли о них.
Цифровые приборы для измерения переменного тока и напряжения
Принцип движения электронов в цепях переменного тока — неизменное изменение направления движения: электроны попеременно (отсюда и название) движутся то строго в одном направлении, то в обратном.
Так как преобразование напряжения и силы переменного тока можно производить с наименьшими потерями электроэнергии, переменный ток находит более обширное повседневное использование (в том числе и в бытовых сетях), чем неизменный ток.
Потому цифровые приборы для измерения действующих значений силы переменного тока и напряжения:
амперметры переменного тока
вольтметры переменного тока
раз в день применяются фактически во всех энергетических и промышленных сферах.
К примеру, однопредельные щитовые электроизмерительные приборы ЩП 02М, ЩП 02, ЩП 96, ЩП 120 и т. д. с цифровой индикацией созданы для контроля за обозначенными параметрами конкретно в цепях переменного тока.
Главные отличия этих и и других цифровых устройств для измерения переменного тока и напряжения:
тип конструкции;
спектр измерений;
напряжение;
класс точности;
характеристики интерфейса;
цвет индикации.
Приборы щитовые цифровые электроизмерительные ЩП02М, ЩП02, ЩП72, ЩП96, ЩП120 созданы для измерения действующего значения силы тока либо напряжения в цепях переменного тока. Они могут применяться в энергетике и других областях индустрии для контроля электрических характеристик. Приборы являются однопредельными и имеют выполнения по конструкции, спектру измерений, напряжению питания, наличию интерфейса, цвету индикаторов, классу точности.
Тип
Габаритные размеры / вырез в щите, мм
Высота знака, мм
ЩП02М
96х48х145 / 90х42
14
ЩП02.01
96х48х90 / 90х42
14
ЩП72
72х72х100 / 68х68
14
ЩП96
96х96х100 / 92х92
20
ЩП120
120х120х100 / 112х112
20
от 40 до 1000Гц
для диапазонов измерения 2мА, 20мА, 200мА, 1000мА, 2000мА, 1А, 2А.
для диапазонов измерения 10мА, 100мА, 500мА.
для диапазонов измерения 5мА, 50мА
для диапазонов измерения 5А
либо от 100В до 265В неизменного тока
"х" — индикатор врубается при превышении конечного значения спектра показаний на 2,5%.
"%" и "Н" — информирует о виде шкалы показаний (см. таблицу дальше)
"I" — индикатор мигает при выполнении операции обмена данными по интерфейсу RS 485
Подсоединение наружных проводов осуществляется под винт. Сечение проводов, подключаемых конкретно к клеммам, менее 1,5мм2для устройства ЩП02.01 и 2,0мм2 для устройств ЩП02М, ЩП72, ЩП96, ЩП120.
* — подключение через наружный трансформатор напряжения с номинальным напряжением вторичной обмотки 100В
** — подключение через наружный трансформатор тока с номинальным током вторичной обмотки 1А (для диапазонов до 4кА включительно) либо 5А
Измерение тока и напряжения
В ежедневной практике для технических измерений электрических токов и напряжений используют в большинстве случаев стрелочные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.
Магнитоэлектрический измерительный механизм. Работа магнитоэлектрического измерительного механизма базирована на содействии неизменного магнитного поля и электрического тока. Одна из конструктивных схем показана на (рис. 6.7.)
В магнитную цепь устройства входят: сильный неизменный магнит 1, ярмо 2, полюсные наконечники 3, сердечник 4. В воздушных зазорах между полюсными наконечниками и сердечником создается равномерное круговое магнитное поле. Этого добиваются путем соответственного дизайна и кропотливой обработки полюсных наконечников. Вокруг оси 6 и сердечника в границах угла 90° может поворачиваться катушка 5, т. е. обмотка из медного изолированного провода на легком дюралевом каркасе в виде рамки.
Если в катушке имеется ток 1к, тона каждый ее проводник длиной l со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила Fм = BIKl [см. формулу (3.24)].
Относительно оси рамки создается крутящий момент Мвр = = NSBIк, где N — число витков обмотки; S—площадь рамки; В — магнитная индукция — величины, неизменные для данного устройства. Потому Мвр=kврIк Противодействующий момент Mпр = kпрα создается пружинами.
Приборы магнитоэлектрической системы имеют высшую чувствительность, маленькое собственное потребление энергии, малую зависимость показаний от наружных магнитных полей. Эти достоинства обеспечиваются тем, что неизменный магнит создает сильное магнитное поле, а магнитопровод является одновременно магнитным экраном; подвижная часть механизма очень легкая.
Совместно с тем направление крутящего момента находится в зависимости от направления тока в катушке, а это означает, что магнитоэлектрические приборы можно применять исключительно в цепях неизменного тока. Легкая конструкция подвижной части не допускает механической и электрической перегрузок.
Для применения преимуществ магнитоэлектрического измерительного механизма в цепях переменного тока его соединяют с выпрямителем на полупроводниковых вентилях. При всем этом сохраняются высочайшая чувствительность, маленькое потребление энергии, но точность существенно понижается из-за несовершенства выпрямителя.
Электромагнитный измерительный механизм. Подвижный ферромагнитный сердечник в магнитном поле перемещается в такое положение, при котором магнитный поток в электромагнитном устройстве будет большим.
Это лежит в базе деяния электромагнитного измерительного механизма, одна из конструктивных схем которого показана на рис. 6.8.
Ток Iк в недвижной катушке 1 делает магнитное поле, под действием которого подвижный сердечник 4 в форме лепестка из магнитомягкого ферромагнетика, укрепленный эксцентрично на оси 5, втягивается в неширокую щель вовнутрь катушки. Ось поворачивается и поворачивает укрепленную на ней стрелку.
При более подробном рассмотрении вопроса можно обосновать, что крутящий момент в этом случае пропорционален квадрату тока в катушке Mвp=k2вpI 2 к , а противодействующий момент пружины 6 Mпр=k2вpα.
Направление крутящего момента в устройствах электромагнитной системы не находится в зависимости от направления тока, так как при любом знаке тока момент положительный. Отсюда следует, что электромагнитные приборы можно изготовлять для измерения в цепях неизменного и переменного тока.
Но в цепи неизменного тока электромагнитный устройство может давать различные показания (до 2%) при одной и той же измеряемой величине, что связано с воздействием магнитного гистерезиса.
При переменном токе на точность электромагнитных устройств негативно оказывают влияние утраты от гистерезиса и вихревых токов в сердечниках. К недочетам электромагнитной системы нужно отнести также существенное воздействие наружных магнитных полей на показания устройств, относительно огромное собственное потребление энергии, неравномерность шкалы.
Невзирая на отмеченные недочеты, электромагнитные приборы — обыкновенные по устройству, дешевенькие, устойчивы к перегрузкам, обширно используются, в особенности в качестве технических щитовых устройств в цепях переменного тока.
Измерение тока и напряжения. Представим, что измеряемой величиной является ток I. Этот ток либо некоторая часть его направляется в катушку измерительного механизма (токIк) .Зависимость угла поворота стрелки магнитоэлектрического устройства от величины тока в катушке получена ранее [см. формулу (6.1)]. При измерении огромных токов в цепь измеряемого тока включают шунт — резистор, имеющий маленькое, но неизменное сопротивление Rш, параллельно которому присоединена катушка измерительного механизма (рис. 6.9).
В данном случае подвижная часть измерительного механизма отклоняется в согласовании со значением тока в катушке Iк, но на шкале устройства, отградуированной на измеряемый ток, стрелка показывает величину измеряемого тока, который пропорционален току в катушке: I=Iк (1 + Rк/Rш), где Rк — сопротивление цепи катушки, Rш — сопротивление шунта.
Выразим отсюда ток Iк и подставим в формулу (6.1), получим уравнение, конкретно определяющее зависимость угла поворота подвижной части устройства от измеряемого тока, где чувствительность устройства по току (неизменная величина).
Электроизмерительный устройство, шкала которого отградуирована по уравнению (6.2), определяет значение тока, т. е. является амперметром.
Для электромагнитного измерительного механизма зависимость a = f (Iк) выходит аналогично из равенства Мвр=Мпр либо k2вpI 2 к= k2пр α:
Электромагнитные амперметры используют обычно без шунтов, т. е. огромные токи (до 200 А) пропускают конкретно по катушке измерительного механизма. Такое решение может быть потому, что катушка недвижна и может быть сделана из провода различной, в том числе большой, толщины зависимо от предела измерения тока и конструкции подвижной части прибора. К примеру, катушка на номинальный ток 100 А имеет всего один виток из толстой медной шины. При равенстве Iк = I зависимость a = f (Iк) для электромагнитного амперметра имеет вид:
Амперметр врубается последовательно в цепь измеряемого тока. Для того дабы амперметры может быть меньше оказывали влияние на значение измеряемого тока, их изготовляют с малым своим сопротивлением (обычно толики Ома).
Магнитоэлектрические и электромагнитные измерительные механизмы можно применять для измерения электрического напряжения. С этой целью последовательно с катушкой измерительного механизма (сопротивление Rк) соединяют дополнительный резистор, имеющий относительно огромное и неизменное сопротивление Rд (рис. 6.10).
Такую измерительную цепь включают параллельно участку цепи, на котором подразумевается измерить напряжение U. В данном случае ток в катушке измерителя IK=U/(Rк+Rд).
Подставив это выражение в (6.2) и (6.3), получим уравнения, выражающие зависимость угла поворота подвижной части измерителя от напряжения на его зажимах: для магнитоэлектрического устройства α=S1нU, для электромагнитного устройства α=S2нU 2 — неизменные величины (SH — чувствительность устройства по напряжению).
Электроизмерительный устройство, отградуированный согласно тому либо другому из этих уравнений, определяет величину электрического напряжения, т. е. является вольтметром.
Вольтметры изготовляют с огромным своим сопротивлением (обычно 10-ки либо сотки ом). Чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше он изменяет общее сопротивление участка цепи, параллельно которому подключен, т. е. тем меньше изменяет величину измеряемого напряжения. Для расширения пределов измерения используют также наружные дополнительные резисторы к вольтметрам и шунты к магнитоэлектрическим амперметрам.
В электрических цепях переменного тока для измерения больших токов и напряжений используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. При измерениях в сетях высокого напряжения они служат не только лишь для расширения пределов измерения, но и в целях безопасности обслуживания электроизмерительных устройств.
Встраиваемый цифровой вольтметр — амперметр из Китая. Работает точно, но конструкция не идеальна
Рассматриваемый в этой статье сдвоенный компактный устройство предназначен для измерения неизменного тока и напряжения по схеме с "общей землёй" для обоих устройств (вольтметра и амперметра).
Как в силу собственной конструкции, так и в силу схемотехники, удобнее всего его будет использовать в виде встроенного устройства для неизменного контроля работы других устройств.
Приобрести тестированный цифровой вольтметр — амперметр можно на Алиэкспресс, стоимость на момент обзора зависимо от модификации — о т $ 2.75 до $3.45.
Внешний облик, комплектация, технические свойства и схемотехника встраиваемого цифрового вольтметра — амперметра
Вольтметр-амперметр представляет собой маленькую плату с 2-мя светодиодными цифровыми индикаторами, вставленную в корпус-рамку:
Устройство выпускается в различных модификациях (с 3-значными индикаторами и 4-значными индикаторами), с разными комбинациями цветов свечения индикаторов (красный и/либо синий), и на разные пределы измерения по напряжению и току (напряжение — 100 либо 200 в, ток — 10 А либо 50 А; для предела 50 А нужен наружный шунт).
Главные технические свойства устройства (в скобках указаны значения для тестированного варианта устройства):
Разрядность индикаторов: 3 либо 4 (3);
Размер шрифта (высота цифр): 0.28 дюйма (7.1 мм);
Спектр измерения напряжения: 0 — 100 В либо 0 — 200 В (100 В);
Спектр измерения тока: 0 — 10 А либо 0 — 50 А (10 А);
Точность измерения напряжения и тока: 0.08% + 2 ед. мл. разряда;
Частота обновления показаний: 3 раза за секунду;
Напряжение питания: 4 — 30 В;
Потребляемый ток: менее 20 мА;
Рабочая температура: -10 . +65°С;
Габариты: 48*29*20 мм (длина / ширина / глубина без учета вставленных разъёмов).
В комплектацию устройства входят два кабеля: кабель с 2-мя толстыми проводами для подключения амперметра и кабель с 3-мя тонкими проводами для подключения вольтметра и питания.
Если измеряемое напряжение находится в интервале 4 — 30 В, то питать устройство можно конкретно измеряемым напряжением.
Если же измеряемое напряжение выходит за эти рамки, то для питания нужно предугадать отдельный источник.
Это связано с тем, что если напряжение окажется выше 30 В, то рассеиваемая мощность на стабилизаторе питания устройства превзойдет предельно-допустимую, и устройство может выйти из строя.
Если же напряжение окажется ниже 4 В, то устройство просто не включится.
Так смотрится устройство с присоединенными разъёмами:
Тут нужно направить внимание на один момент в конструкции.
На длинноватых боках устройства имеются по паре защёлок, дабы устройство держался на наружной панели какого-нибудь устройства.
По идее, эти защелки обязаны иметь некоторую упругость, дабы устройство можно было установить на своё место без лишних усилий.
По сути никакой гибкости у защёлок нет, и притом сходу по двум причинам.
Во-1-х, им мешают индикаторы устройства, установленные впритирку к границам платы: защёлкам просто некуда прогибаться.
Во-2-х, даже если плату вытащить, то оказывается, что защелки всё равно так жесткие, что воспользоваться ими очень проблемно.
Вобщем, если юзер решит установить устройство при помощи этих защелок, то другого варианта нет: поначалу извлечь плату (это делается просто), потом установить корпус устройства на своё место, потом назад установить плату. Перед этой операцией следует убедиться, что защелки не останутся в подогнутом состоянии и не помешают установке платы на своё место.
Сейчас — о предназначение проводников кабелей.
Кабель из 2-ух толстых проводов — для измерения тока. Чёрный — "земля", он же вход амперметра (подключается к "земле" источника питания). Красный — выход амперметра (для подключения отрицательного полюса нагрузки).
Сечение проводов обозначено на них в американской системе как 18 AWG , что соответствует поперечнику провода в 1.024 мм и сечению в 0.823 кв. мм. Провода такового поперечника обычно используются в качестве силовых в стандартных блоках питания компов на 300-500 Вт и достаточны для тока до 10 А.
Разъём для кабеля измерения тока тоже имеет более толстые контакты, чем для измерения напряжения; но следует держать в голове, что при больших токах даже маленькое сопротивление в несколько миллиОм может оказать своё зловредное действие: привести к нагреву и даже обугливанию контактов. К этому вопросу вернёмся ещё в итогах обзора.
Кабель из трёх тонких проводов — для подачи питания и измеряемого напряжения. Черный — "земля", снутри устройства он соединён с толстым чёрным проводником амперметра.
Красный провод — питание, желтоватый — для подачи измеряемого напряжения. Если измеряемое напряжение находится в границах 4 — 30 В, то красный и желтоватый провода можно замкнуть между собой и применять и для питания, и для измерения напряжения.
Дальше представлены типовые схемы подключения устройства со странички торговца для 2-ух обрисованных выше случаев: когда напряжение укладывается в пределы 4 — 30 В и когда не укладывается.
Сейчас поглядим на интегральную схему цифрового вольметра-амперметра:
В левом верхнем углу — "основная" микросхема: аналого-цифровой микропроцессор (без маркировки или со стёртой маркировкой). Производит измерение напряжения и тока и сразу управляет светодиодными индикаторами.
Индикация осуществляется последовательным обходом разрядов цифровой индикации. Тем самым при движении глаз приметен стробоскопический эффект.
Не считая того, устройство не имеет регулировки яркости свечения индикации.
В левом нижнем углу (в тени) — линейный стабилизатор питания M5333B на напряжение 3.3 В.
Подстроечники VR1 (V_ADJ) и VR2 (I_ADJ) служат для подстройки точности измерения напряжения и тока соответственно. В тестах их положение не изменялось, устройство тестировался с заводской настройкой.
Между разъёмами расположился сдвоенный операционник LM358S.
Вверху у правого края сверху — шунт для измерения тока.
Для тестирования цифрового вольтметра-амперметра использовалось следующее оборудование:
— лабораторный блок питания Longwei LW-K3010D (30 В 10 А) (обзор);
— осциллограф Hantek 2D72 , включенный в режиме мультиметра;
— резистор 3.9 Ом 100 Вт, сопротивление совместно с соединительными проводами — 4.35 Ом.
Поначалу был замерен ток употребления устройства, он составил 9.7 мА при напряжении питания 30 В. При понижении напряжения питания ток употребления снижался некординально, так что можно считать данное потребление неизменным.
Предстоящая программка — очень обычная.
Проводим застыл тока и напряжения при различных значениях: низком, среднем и относительно высочайшем. Так как осциллограф в качестве мультиметра не может сразу определять и ток, и напряжение, проверка точности измерения тока проводилась раздельно от проверки точности напряжения.
Показания осциллографа в качестве мультиметра принимались за эталонные, так как его разрядность (и, соответственно, точность) выше.
При всем этом следует увидеть, что практически проверялась точность заводской опции устройства. В случае обнаружения ошибок в разумных границах юзер может подстроечниками сам достигнуть подходящей точности, но наверное какая-то часть юзеров будет применять устройство "как есть".
Проверка измерения тока.
1. Малая величина тока.
При токе 0.952 А устройство показал 0.94 А, ошибка составила 1.3%.
Также нужно направить внимание, что этот тест изготовлен при минимально-допустимом напряжении питания (4 В) и оказался удачным.
2. Средняя величина тока.
При токе 2.198 А устройство показал 2.16 А, ошибка составила 1.7%.
3. Высочайшая величина тока (имеется в виду в границах применённой аппаратуры).
При токе 4.64 А устройство показал 4.60 А, ошибка составила 0.9%.
Сейчас проверим точность по напряжению.
1. Малая величина напряжения.
В этом случае под малым напряжением понимается напряжение, при котором, согласно техническим чертам, начинается штатная работа устройства, т.е. около 4 В. Устройство может определять и наименьшие напряжения, но при условии питания устройства от отдельного источника.
При напряжении 4.14 В устройство показал 4.05 В, ошибка составила 2.2%.
2. Средняя величина напряжения.
При напряжении 12.14 В устройство показал 12.0 В, ошибка составила 1.2%.
3. Высочайшая величина напряжения.
При напряжении 20.41 В устройство показал 20.2 В, ошибка составила 1.0%.
Проведённые тесты, хотя и не обхватывают весь спектр допустимых токов и напряжений, проявили высшую точность тестированного вольтметра — амперметра и стабильность результатов. Погрешность оказалась не только лишь малой, но и размеренной — не меняла символ в процессе измерений (высочайшая линейность свойства).
Итоги и выводы
Тестированный встраиваемый цифровой вольтметр — амперметр показал себя изделием, полностью применимым для применения в целях контроля характеристик питания различной аппаратуры.
При всем этом нужно учесть некоторые особенности устройства.
Прежде всего нужно отметить, что наивысшую величину измеряемого тока (до 10 А) следует рассматривать, как предельно-допустимый эксплуатационный параметр, влияющий на срок эксплуатации устройства (предпосылки были описаны выше).
Другими словами, как и всякий предельно-допустимый параметр, он не должен употребляться на 100% в течение долгого времени. Лучше, дабы неизменная нагрузка по току не превосходила 75-80% от наибольшей.
Такая "тонкость" — устройство не следует использовать при стремительных конфигурациях измеряемой величины: по "мелькающим" цифрам тяжело выслеживать конфигурации характеристик. В таких случаях лучше применять добрые старенькые стрелочные приборы, пусть даже их точность и ниже (обзор компактных стрелочных амперметров — тут). Как вариант — можно установить сразу и стрелочный, и цифровой устройство.
И помним, что устройство рассчитан на измерение тока и напряжения только одной полярности — положительной относительно своей "земли". Для измерения тока и напряжения отрицательной полярности нужно и довольно применять отрицательное питание в качестве "земли" для устройства.
Где приобрести: на Алиэкспресс, стоимость на момент обзора — о т $ 2.75 до $ 3.45 .
Обзоры других контрольно-измерительные устройств, тестированных на данном веб-сайте — тут.
Весь раздел "Сделай сам! ( DIY) " — тут.
Ваш Доктор. 20 июня 2021 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Новости статей и обзоров, животрепещущие действия и мысли о них.
