Измерения основных электрических величин

Электроника, электрика / Не разобранное - электрика
Alexsandrs
909
19-11-2017, 19:02
0

Основными параметрами, характеризующими режим электрической цепи, являются ток и напряжение.

Ток измеряется количеством электричества (количеством электрических зарядов), проходящего через поперечное сечение проводника за 1 с.

Ток 1 А будет проходить в том случае, если через поперечное сечение проводника за 1 с будет проходить 1 Kл электричества.

В радиоэлектронике, как правило, имеют дело со сравнительно малыми токами, поэтому для них используют производные единицы: миллиампер 1 мА = О,001 А и микроампер 1 мкА = 0,000001 А.
Для измерения тока амперметром его последовательно включают в исследуемую цепь (рис. 1, а).

Рис 1. Измерение тока амперметром (а) и напряжеия вольтметром (б)

Таким образом, основная цепь прохождения тока разрывается и в этот разрыв включается амперметр.

При одном и том же количестве электронов, проходящих через поперечнос сечение проводника, совершаемая ими работа может быть различной, так как энергия электронов определяется электрическим полем, которое создает направленное движение электронов, и вьзывает электрический ток.

Интенсивность электрических полей определяется напряжением.

Между двумя точками существует напряжение 1 В, если для переноса 1 Кл электричества произведена работа 1 Дж.
Для измерения напряжения используют вольтметр. Для этого его подключают параллельно к двум точкам электрической цепи без разрыва основной цепи (рис. 1, б).

Все проводники оказывают определенное сопротивление прохождению через них электрического тока.

Сопротивление 1 Ом имеет такой проводник, через который проходит ток 1 А, если к концам его приложено напряжение 1 В.

Чем длиннее и тоньше проводник, тем больше его сопротивление. Кроме того, сопротивление зависит от материала. Например, сопротивление медного провода сечением 1 мм' и длиной 57 м равно 1 Ом; медного провода диаметром 0,1 мм и длиной 10 м — около 20 Ом; накаленной нити электрической лампы мощностью 40 Вт — 1000 Ом.

В цепях постоянного тока для измерения напряжения и силы тока используют стрелочные приборы магнитоэлектрической системы.

В таких приборах измеряемый ток проходит по легкой катушке, помещенной в поле постоянного магнита и способной поворачиваться под действием проходящего тока.Ток подводится через спиральные пружинки, которые создают противодействующий момент.

Основное достоинство измерительных приборов магнитоэлектрической системы заключается в линейной шкале и высокой точности измерения. Однако приборы магнитоэлектрической системы можно применять только для измерении в цепях постоянного тока.

Так как амперметр в цепь включают последовательно, то для того чтобы не исказить результатов измерений, его собственное сопротивление должно быть небольшим. Вольтметр, наоборот, включают параллельно, поэтому чтобы через него не проходил значительный ток, его собственное сопротивление должно быть большим.

Внутреннее сопротивление вольтметра магнитоэлектрической системы составляет 1000 Ом на 1 В, а специальных вольтметров — до 20 000 Oм нз 1 В шкалы.

Следовательно, внутреннему сопротивлению 20 000 Ом на 1 В соответствует собственныи ток потребления, равный 0,00005 А, или 50 мкА. Измерительный прибор, рассчитанный на такой ток, может быть универсальным: для измерения больших токов применяют шунты, которые включают параллельно прибору, а для измерения напряжений последовательно с измерительной головкой — различные добавочные резисторы. Таким образом можно создать универсальный комбинированный прибор, пригодный для измерения как токов, так и напряжений, а добавив к нему выпрямитель, его можно использовать для измерений в цепях переменного тока.

Для измерения сопротивления используют миллиамперметр, в который вставляют источник питания (батарейку), а измеряемое сопротивление подключают к внешним зажимам последовательно с измерителем. Шкалу такого прибора градуируют в омах. Однако эта шкала будет неравномерной, а точность измерений невелика. Поэтому подобные приборы монтажники радиоэлектронной аппаратуры в основном используют в качестве пробников, показывающих наличие контакта, а для измерения сопротивления применяют мостовые схемы.

Мостовая схема состоит из двух параллельных ветвей прохождения тока, между которыми расположена диагональ моста. В диагональ включают микроамперметр или иной высокочувствительный индикатор равновесия (рис. 2).

Рис 2. Мостовая измерительная схема: R1 - R3 - резисторы мостовой схемы, Rx - измеряемый резистор, R0 - ограничительный резистор.

Участки двух параллельных ветвей R1, R2 и RЗ, Rx, называют плечами моста.

Процесс измерения заключается в том, что, регулируя переменный резистор R1, подбирают такое значение eгo сопротивления, при котором стрелка измерительного прибора становится на отметку 0 (равновесие моста).

При равновесии моста ток в диагонали равен нулю. Если же ток не ответвляется в диагональ, каждую из ветвей можно рассматривать как простой делитель напряжения. При этом напряжение питания распределяется пропорционально сопротивлением:

Ux/U2 = Rx/R2 ; U1/U3 = R1/R3.

Условие равновесия:

Ux = U1 и U2 = U3;

означает, что установлена пропорция:

Rx/R2 = R1/R3,

откуда получается формула для расчета измеряемого сопротивления:

Rx = R1 (R2/R3) = R1N,

где N = R2/R3 — 1, 10, 100 или 0,1; 0,01 и т. д.

Мостовые схемы применяют для измерения на переменном токе емкостей и индуктивностей, так как в этом случае фактически измеряются комплексные (полные) сопротивления. Измерения с помощью мостовой схемы обеспечивают высокую точность, поскольку результат не зависит от показаний измерителя тока.

При массовых проверках большого числа резисторов или конденсаторов с одинаковым номинальным значением измеряемого параметра должна измеряться не сама величина (Rx или Сx), а ее отклонение от заданного значения. При этом, как правило, важна скорость испытаний. В таких случаях могут использоваться неуравновешенные мосты; измерение заключается в снятии показаний с приборов, включенных в диагонали мостов. Ток в диагонали моста практически пропорционален отклонению от равновесия, пока оно невелико, но при большом отклонении пропорциональность нарушается.

Неуравновешенные мосты часто используют в качестве прямопоказывающих приборов для приближенных измерений, а также для наблюдений за изменениями сопротивления, емкости и других параметров под влиянием, например, температуры, влажности и т. п.

Такие приборы называют авометрами а также тестерами (от английского слова test - проба, испытание). С их помощью проверяют напряжение, ток, coпротивление проволочных и непроволочных резисторов, целостность обморок катушек индуктивности и трансформаторов, утечки в конденсаторах, а также соответствие жгутов, печатных плат и других устройств схемам соединении и принципиальным схемам.
Универсальныс приборы имеют несколько диапазонов измерений с различными пределами. При переключении диапазонов к стрелочному прибору подключают различные шунты или добавочные резисторы, благодаря чнму изменяются пределы измерений. Тот или иной диапазон прибора надо выбирать исходя из параметров и необходимой точности измерений каждой конкретной схемы.

На верхней панели пластмассового корпуса прибора находятся органы управления и приспособления для подсоединения измерительных шунтов.

Для большинства приборов диапазон рабочих частот при работе на переменном токе составляет 45 — 10000 Гц. Некоторые из приборов кроме напряжения и тока могут измерять емкости конденсаторов и относительные уровни переменного напряжения, а также параметры транзисторов.

Например, комбинированный прибор Ц4328 используют при техническом обслуживании автомобилей. Кроме обычных параметров, им измеряют угол замкнутого состояния контактов прерывателя и частоту вращения коленчатого вала четырехцилиндрового двигателя легкового автомобиля, имеющего электрооборудование на 12 В с минусом батареи, соединенным с «массой».

Комбинированный прибор Ц4341 использует для измерения cтатических характеристик транзисторов малой и средней мощности: коэффициента передачи по току, обратного тока коллектора и эмиттера, начального тока коллектора. При всех измерениях (кроме сопротивлений на пределе 5000 кОм) приоор питаеnся от встроенной батареи. При измерении на пределе 5000 кОм необходим внешний источник постоянного напряжения 37 - 48 В. Диапазон рабочих частот прибора при измерении на переменном токе 45 - 20 000 Гц.

При работе с универсальными измерительными приборами необходимо помнить, что в каждом диапазоне цена деления шкалы прибора различна и должна быть определена для каждого положения ручки переключателя. Кроме того, прибор имеет разные шкалы для измерений на постоянном и переменной токе. Поэтому в зависимости oт рода тока oтсчеты надо производить по соответствующим шкалам. Необходимо также следить за правильностью установки переклкючателсй, коммутирующих работу, так как иначе прибор может быть испорчен.

О.Вершинин И.Мироненко

Обсудить на форуме