Измерение напряжения и тока: специализированные и универсальные приборы

Особенности приборов для измерения напряжения

В век технических достижений электричество ценится на вес золота. Чтобы его измерить, нужен прибор для измерения напряжения. Но аппарат и его разновидности существенно отличаются по параметрам и принципу действия.

Приборы для измерения напряжения

В результате прямых и косвенных измерений становятся известны конкретные данные физической величины.

Прямые отображают результат на шкале напрямую. Определение косвенных производится с помощью вычислений нужных параметров. Последний способ значительно точнее. Измерения проводятся в электротехнических и радиотехнических цепях.

Напряжение измеряется от одной точки до другой и характеризируется силой переноса из конца цепи A в B. Отображается величина с помощью буквы V. Единица напряжения — Вольты. Для облегчения, показатель разделяется на кило-, милли- и микро- единицы. Измеритель может быть электромеханическим, электронным, цифровым или электронным.

Вольтметры

Именно этот прибор учат, измеряя напряжение на уроках физики. Действие измерителя основано на законе Ома. Измерение производится с помощью электромагнитного поля. Характеристики аппарата улучшаются при высоком внутреннем сопротивлении и широком диапазонном значений. Приборы, определяющие кило-, милли- и микро-единицы условно имеют название киловольтметров, милливольтметров и микровольтметров. Последние два диапазона имеют минимальную погрешность.

Вольтметры бывают 2 видов.

Электронный — высокочувствительный аппарат с большим сопротивлением. Позволяет определить широкие пределы значений. Отличается добавлением к основному механизму преобразователя. Такие приборы требуют ток в качестве источника питания. Известны аналоговые и цифровые вольтметры. Первые действуют, переводя входное переменное напряжение на постоянное, постепенно отклоняя стрелку. ИП также включает в себя шкалу. При течении тока в противоположном направлении, стрелка смещается влево, при обычном — вправо. Таким образом, следует учитывать положительное напряжение или отрицательное. Цифровые вольтметры сразу считывают показатель напряжения на входе и выводят данные на табло. Точность зависит от качества аналого-цифирного преобразователя, но оцифрованные вольтметры все же имеют меньшую погрешность, чем аналоговые.

Электромеханические отличаются тем, что им не нужен токовый источник для работы. После подключения к цепи вольтметра, прибор определяет входное значение, которое уменьшается с помощью специального внутреннего или внешнего резистора. Внутренние резисторы последовательно подсоединяются изнутри корпуса, внешние — с наружной стороны. Прибор компактный и стоит недорого, но может потреблять мощность из цепи. Диапазон измерения не сильно широкий, поэтому не всегда может быть получен точный результат.

При выборе прибора имеет значение категория измерений. Предусмотрены вольтметры для постоянного и переменного тока, селективные, импульсные, фазочувствительные и универсальные приборы.

  • Импульсный. Поможет справиться с перебоями в сети. Проверяет напряжение одиночного импульсного сигнала. Благодаря этому можно выяснить, на каком участке цепи появилась помеха, и устранить ее.
  • Фазочувствительный. Значение выводится посредством преобразования постоянного или минимально меняющегося напряжения. Табло выдает общий результат.
  • Селективный. Прибор узкополосный, избирательным путем дает понятие об амплитуде и частоте одной из частей, не отключая другую. Аппарат нужен, если требуется вычленить некоторые составляющие большого участка.
  • Универсальный. Сочетает в себе все виды вольтметров, позволяет определять электродвижущую силу на разных участках и при любых условиях.
  • Вольтметры для постоянного и переменного тока определяют соответствующие величины.

Переносными, стационарными и щитовыми могут быть приборы, в зависимости от возможности перемещения, размеров и конструкционных особенностей.

  • Щитовые. Предназначены для нахождения в специальных шкафах. После приобретения, они устанавливаются и находятся в месте монтажа. Переносить можно, но редко и аккуратно.
  • Стационарные. Ввиду громоздкости перенести их будет трудно. Неудобства использования перекрываются высокими техническими характеристиками, точностью и большой шкалой измерений.
  • Переносные. Не требуют подключения к источнику энергии, доступны к свободному перемещению. Компактные, находятся в аккуратном корпусном чехле.

Потенциометр

Потенциометром может называться устройство-регулятор тока. Представляет собой 3-х выводной, открытый переменный резистор. В большинстве случаев имеет отводной контакт. Особое распространение получил при работе с аудиосистемами и в сфере автомобильной промышленности.

При работе один из выводов подключается к контакту, два других — отводные. Основа изготавливается из углеродных и керамических материалов.

Разделяются по принципу действия:

  • Линейные. Сопротивление измеряется пропорционально углу, который зафиксирован при повороте контакта. Делятся на одинарный (одноканальный), двойной (двухканальный) и многооборотный вариант.
  • Логарифмические. Потенциометр изменяет сопротивление сначала быстро, затем скорость уменьшается.
  • Экспотенциальные. Потенциометр изменяет сначала медленно, затем скорость увеличивается.

Корпус может быть монтажным или стационарным. В первом случае устройство монтируется на плате, во втором — остается на корпусе. Оборотные делятся на однооборотные или многооборотные, а также сдвоенные. Если однооборотные совершают 1 оборот, многооборотные — более чем 5, то сдвоенные на каждом валу имеют 2 резисторных элемента. Чаще всего многооборотные делают от 5 до 15 оборотов.

Мультиметр

Комбинированное устройство с доступным для нескольких приборов функционалом. Может измерять силу тока, напряжение и сопротивление цепи и ее частей. Может включать и большее количество измерителей.

К сведению. Функции вольтметра, амперметра и омметра исполняет любая модель.

Подходит для работы с переменным и постоянным током. Из-за хорошей эффективности многие предпочитают использовать именно его.

Аппарат спрятан в корпусный чехол, на верхней стороне имеет дисплей или шкалу измерений. Нижняя сторона оснащена панелью управления. Центральная часть панели управления отведена под кнопки переключения режимов и переключатель измерений. Питается с помощью батареек, преимущественно прямоугольных.

  • Аналоговые. Со стрелочной шкалой в верхней части наружной панели. Некоторые модели измеряют Вольты и Амперы без, а Омы — с питанием. Во время измерения можно увидеть динамику.
  • Цифровые. Имеют ЖК-экран, на который выводятся показания. Просты в использовании, имеют понятный интерфейс.

В комплекте идут 2 щупа, красный и черный.

Осциллограф

Прибор, измеряющий электрические сигналы и их колебания, будет называться осциллографом. Важен при работе с электроникой. Показывает работу любого, даже минимального импульса. С помощью специального устройства, идущего в комплекте, может соединиться с сетью, сигналом или внешним источником.

Визуально выглядит, как телевизор, позволяющий осуществлять наблюдение в текущем режиме. Если сигнал подается на канал вертикально, отображается на табло полосой вверх. Имеет также модуляционный диапазон, работающий с лучами, лучевую трубку и блок питания. Может быть аналоговым и цифровым. Цифровые приборы имеют встроенную память и могут сохранять определенное количество предыдущих измерений.

Электрический импульс, измеряемый осциллографом, облегчает работу с автомобилем и активно используется в медицинских целях.

  • Специализированные. Предназначены для конкретного устройства.
  • Стробоскопические. Наблюдают за кратковременными импульсами, склонными к повторению.
  • Скоростные. Измеряют «быстрые» импульсы.
  • Запоминающиеся. Имеют небольшую память для сохранения сигнала.
  • Универсальные. Своего рода симбиоз — включает несколько различных видов осциллографов.

Электрометр

Электрометром можно назвать прибор для измерения электрического потенциала и разностей его величин. Является усовершенствованной версией электроскопа. Электрический заряд определяется с помощью стержня — основания конструкции. К основанию подвешиваются 2 бумажки или 2 кусочка фольги, параллельно друг другу. Стержень надежно защищен металлическим корпусом и закрыт стеклянной пробкой. Присутствие заряда запускает реакцию «отталкивания». Сила реакции зависит от его величины. Реакция идет в обе стороны, поэтому притяжение индикаторов дает понять, что заряд отрицателен.

Как правильно эксплуатировать

  1. Собрать информацию по технической неполадке.
  2. Проверить отсутствие повреждений на измеряемом субъекте.
  3. Подсоединить щупы в гнезда.
  4. Включить устройство и выбрать нужный режим. Уточняют, постоянное или переменное напряжение будет измеряться.
  5. Измерение производится параллельно сети.
  6. Считать результат на шкале или табло.

Единицы измерения

Величина измеряется в вольтах. Обозначается буквой V, русская В.

Правила безопасности

Стоит обратить внимание:

  • Обязательно обеспечение заземления.
  • Прибор и цепь не трогаются голыми руками.
  • При возникновении непредвиденных ситуаций, немедленно прекратить работу и убедиться, что измерение не несет последствий. Например, не создастся пожар.
  • Прибор подсоединяется параллельно к уже собранной цепи.
  • Рабочее место должно быть изолировано от посторонних.
  • Измеряющий должен иметь представление о технике безопасности, знать устройство прибора и принцип его действия.
  • Цепь должна быть правильно собрана.
  • По окончании работы устройство отключается и разбирается, укладывается на место хранения в соответствующих чехлах. Рабочий снимает средства защиты и тщательно обрабатывает руки.

Ответ на вопрос, как называется прибор для измерения электрического напряжения, очень прост, как и сама процедура проведения. Главное — действовать аккуратно и бережно относиться к оборудованию. В таком случае аппаратура прослужит века.


Тема 2.6 Универсальные и специальные электроизмерительные приборы

Основные параметры и типы универсальных и специальных электроизмерительных приборов, краткая техническая характеристика. Мультиметры, вольтамперметры, комбинированные приборы. Схема измерительных цепей комбинированного прибора. Цифровые мультиметры, блок-схема, переключатели рода измерений и пределов измерений. Единицы измерений. Входное сопротивление мультиметра. Измерение сопротивлений, токов, напряжений, электрических емкостей, параметров полупроводниковых приборов.

В предыдущих темах были рассмотрены приборы для измерения напряжения , тока , мощности и сопротивления по отдельности. В данной теме будут изучены приборы , которые сочетают в себе измерение нескольких электрических величин. Существует большое число измерительных приборов, используемых для выполнения строго определенных работ: обслуживания, тестирования кабельных линий, измерения параметров питающей сети. Каждый из них идеально подходит для выполнения специфического набора измерений, но не более того. Поэтому ремонт или наладка различных устройств невозможны без обычных измерительных приборов: мультиметров, осциллографов, универсальных и специальных генераторов, частотомеров, измерителей RLC, логических анализаторов. Сегодня большинство из этих приборов выпускается в настольной, переносной и носимой модификациях. Поэтому такой прибор всегда можно подобрать в соответствии с любыми предполагаемыми условиями работы: от лабораторных до полевых, с питанием от сети переменного тока, бортовой сети или батарей. А принципиальные отличия приборов различного исполнения касаются, пожалуй, всего двух моментов: класса точности и возможности интеграции в измерительные комплексы. Обычно носимые модификации имеют и точность похуже, и набор сервисных функций попроще, но внедрение цифровой обработки сигналов меняет эту ситуацию. область применения измерительных комплексов с компьютерным управлением ограничена, как правило, научными экспериментами и различными серийными испытаниями. Именно там важное значение имеет автоматизация процесса сбора и обработки результатов измерений . Мультиметр и осциллографы – одни из самых распространенных приборов. С каждым днем число интегрированных в них основных (предназначенных для измерения различных физических величин) и дополнительных (расчетных и сервисных) функций растет. Более того, с точки зрения своих возможностей эти приборы становятся все ближе. Осциллограф может иметь встроенный мультиметр, а мультиметр – возможность отображения измеряемого сигнала. Конечно, пока рано говорить о неком новом мультиметроосциллографе (или осцилломультиметре, если вам угодно). До этого еще далеко. Но с дальнейшим развитием элементной базы, особенно цифровых сигнальных процессоров, их появление станет неизбежным. А пока эти приборы будут по отдельности рассмотрены ниже.

Мультиме́тр (от англ. multimeter, те́стер — от англ. test — испытание, аво́метр — от АмперВольтОмметр) — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Читайте также:  Помещения с повышенной опасностью: классификация объектов по рискам поражения электрическим током

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 %, несмотря на портативное исполнение.

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд — с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999, при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).

Количество разрядов не определяет точность прибора. Точность измерений зависит от точности АЦП, от точности, термо- и временной стабильности применённых радиоэлементов, от качества защиты от внешних наводок, от качества проведённой калибровки.

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора, набора добавочных резисторов для измерения напряжения и набора шунтов для измерения тока. Измерение сопротивления производится с использованием встроенного или от внешнего источника. В аналоговом мультиметре результаты измерений наблюдается по движению стрелки (как на часах) по измерительной шкале, на которой подписаны значения: напряжение, ток, сопротивление. Популярность аналоговых мультиметров объясняется их доступностью и ценой, а основным недостатком является некоторая погрешность в результатах измерений. Для более точной подстройки в аналоговых мультиметрах имеется специальный построечный резистор, манипулируя которым можно добиться немного большей точности. Тем не менее, в случаях когда желательны более точные измерения, лучшим будет использование цифрового мультиметра.
Главный отличием цифрового от аналогового является то, что результаты измерения отображаются на специальном экране (в старых моделях на светодиодах, в новых на жидкокристаллическом дисплее). К тому же цифровые мультиметры обладают более высокой точностью и отличаются простотой использования, так как не приходится разбираться во всех тонкостях градуирования измерительной шкалы, как в стрелочных вариантах.

Вопросы для самопроверки

1. Какой прибор называется мультиметром?

2. Разновидности муьтиметров

3. Характеристики аналогового мальтиметра

4. Характеристики цифрового мультиметра

Раздел 3 Исследование формы сигналов

Универсальные измерительные приборы: обзор

Существует большое число измерительных приборов, используемых для выполнения строго определенных работ: обслуживания телефонных и вычислительных сетей, тестирования кабельных линий, измерения параметров питающей сети. Каждый из них идеально подходит для выполнения специфического набора измерений, но не более того. Поэтому ремонт или наладка различных устройств невозможны без обычных измерительных приборов: мультиметров, осциллографов, универсальных и специальных генераторов, частотомеров, измерителей RLC, логических анализаторов.

Сегодня большинство из этих приборов выпускается в настольной, переносной и носимой модификациях. Поэтому такой прибор всегда можно подобрать в соответствии с любыми предполагаемыми условиями работы: от лабораторных до полевых, с питанием от сети переменного тока, бортовой сети или батарей. А принципиальные отличия приборов различного исполнения касаются, пожалуй, всего двух моментов: класса точности и возможности интеграции в измерительные комплексы. Обычно носимые модификации имеют и точность похуже, и набор сервисных функций попроще, но для рассматриваемой области применения их чаще всего оказывается достаточно, да и внедрение цифровой обработки сигналов меняет эту ситуацию.

Область применения измерительных комплексов с компьютерным управлением ограничена, как правило, научными экспериментами и различными серийными испытаниями. Именно там важное значение имеет автоматизация процесса сбора и обработки результатов измерений. В зависимости от класса прибора взаимодействие с компьютером осуществляется через разные интерфейсы, чаще всего RS-232 или GPIB. Первого вполне достаточно для вывода результатов на принтер или компьютер. Второй позволяет объединять приборы в сложные измерительные комплексы с возможностью полного управления ими. Обычно для этих целей используется стандартный набор команд (Standard Commands for Programmable Instruments, SCPI) или более широкий нестандартный набор, поддерживаемый только производителем. Кроме того, приборы могут иметь модели в виде модулей, интегрируемых в систему на уровне компьютерной шины (например, ISA или PCI). Такие возможности нужны редко, например для автоматизации процесса регулировки при крупносерийном производстве.

Кроме упомянутых, знать которые нелишне, но иметь дело с которыми приходится нечасто, мы хотели бы остановиться на трех важных моментах, на которые стоит обратить внимание при выборе конкретного прибора. Первый – это защита входов. Уж слишком велик риск выхода прибора из строя из-за неправильного подключения во время работы. Второй момент – простота управления. Гораздо проще использовать прибор, у которого управление реализовано по принципу “одна кнопка – одна функция”, чем прибор с меню. Третий – комплект поставки. Если прибор поставляется без необходимых аксессуаров (шнуров, щупов, зажимов, аттенюаторов, делителей, футляра или защитного чехла и т. п.), то его использование становится проблематичным.

МУЛЬТИМЕТРЫ И ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Мультиметр и осциллографы – одни из самых распространенных приборов. С каждым днем число интегрированных в них основных (предназначенных для измерения различных физических величин) и дополнительных (расчетных и сервисных) функций растет. Более того, с точки зрения своих возможностей эти приборы становятся все ближе. Осциллограф может иметь встроенный мультиметр, а мультиметр – возможность отображения измеряемого сигнала. Конечно, пока рано говорить о неком новом мультиметроосциллографе (или осцилломультиметре, если вам угодно). До этого еще далеко. Но с дальнейшим развитием элементной базы, особенно цифровых сигнальных процессоров, их появление станет неизбежным. А пока эти приборы будут по отдельности рассмотрены ниже. К сожалению, из-за ограниченности объема рубрики, о большинстве прочих будет приведена лишь краткая информация.

ТОКОВЫЕ КЛЕЩИ

Сами по себе токовые клещи никаких измерений не выполняют, они лишь преобразуют одну величину в другую. Для измерения тока обычным амперметром его (или шунт) требуется включить в разрыв цепи, что не только неудобно, но и не всегда возможно. Токовые клещи позволяют измерять силу тока бесконтактным способом – достаточно охватить ими провод. Широкая гамма этих приспособлений отличается типом датчика (трансформатор тока и/или датчик Холла), видом измеряемого тока (соответственно, переменный и/или постоянный и композитный), величиной измеряемого тока (от 100 мА до 2000 А), рабочим диапазоном частот (обычно 40 Гц – 1 кГц, реже от 0 до 100 кГц), максимальным диаметром охватываемого провода. Чаще всего токовые клещи встраиваются в мультиметр, но могут выполняться и в виде отдельного приспособления для измерений в труднодоступных местах.

Кроме измерения тока клещи могут использоваться для бесконтактного измерения частоты и мощности в цепях переменного (однофазных или трехфазных) и постоянного тока.

ИЗМЕРИТЕЛИ RLC

Конечно, мультиметры могут измерять те же параметры, что и измерители RLC, но в узком диапазоне и с невысокой точностью. Поэтому в некоторых случаях без специализированных приборов не обойтись. Кроме оценки значений сопротивления, индуктивности, емкости, тангенса угла диэлектрических потерь и добротности при разных напряжениях и на нескольких рабочих частотах измерители RLC могут, например, вычислять усредненное по нескольким измерениям значение и сортировать элементы по допуску.

ГЕНЕРАТОРЫ

Этот вид приборов используется гораздо реже и, в основном, при отладке и испытаниях различных устройств. Генераторы делятся на низкочастотные, высокочастотные и функциональные. Первые формируют синусоидальный сигнал или меандр с частотой от нескольких герц до сотен килогерц, вторые – с частотами до сотен мегагерц с возможностью модулирования сигнала по заданному закону внешним или внутренним сигналом. Функциональные генераторы формируют сигналы сложной формы (синус, прямоугольник, треугольник, пила, трапеция) в диапазоне частот до десятков мегагерц с заданной скважностью, а также цифровые сигналы с уровнями ТТЛ и КМОП. Некоторые модели могут работать как генераторы качающейся частоты (по заданному закону) или формировать простейший амплитудно- или частотно-модулированный сигнал.

ЧАСТОТОМЕРЫ

Частотомеры также используются нечасто. По большей части функции встроенного в мультиметр частотомера оказывается достаточно. Но в тех случаях, когда нужен точный результат или внешнее управление, без специального прибора не обойтись. Такие частотомеры могут измерять частоту, период и скважность периодических сигналов, определять длительность интервалов, осуществлять эталонный отсчет времени. Сложные модели предусматривают возможность вычислительной обработки результатов совокупности измерений и несколько каналов для реализации сложных алгоритмов запуска счета, обработки сигналов с разными параметрами или выполнения относительных измерений.

ЛОГИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ

Обычный осциллограф позволяет исследовать простые цифровые и аналоговые цепи. Но даже четырехканальный осциллограф не позволит проанализировать ситуацию в сложных цифровых схемах, когда сигналы требуется фиксировать одновременно на большом количестве шин. В таких случаях применяются логические анализаторы. По сути, это многоканальные (16, 32 или 64) осциллографы с единой для всех каналов системой синхронизации, входы которых рассчитаны на цифровые сигналы с заданными уровнями логических нуля и единицы. Кроме выполнения всех функций обычного осциллографа эти приборы, например, позволяют производить логические операции с входными сигналами каналов или преобразовывать сигналы в шестнадцатеричные цифры.

АНАЛИЗАТОРЫ СИГНАТУРЫ

Измеритель вольт-амперных характеристик (ВАХ) – достаточно редкий прибор. У большинства инженеров он ассоциируется с лабораторными работами по физике полупроводников. Однако с его помощью можно тестировать любые компоненты, не выпаивая их из плат и не подавая на плату питание. Чтобы снять ВАХ, т. е., по сути, аналоговую сигнатуру, входы прибора достаточно подключить к тестируемым выводам компонента и подать небольшое напряжение. Каждый вид компонентов имеет известный и характерный именно для него тип ВАХ. А раз так, то снятие ВАХ позволяет протестировать дискретный компонент или ИМС (точнее, внутреннюю цепь, подключенную к ее определенному выводу) и, если значение ВАХ отличается от нормы, сделать вывод о его неисправности. С помощью этого прибора неисправные компоненты можно отыскать, не только не имея схемы, но и не представляя принципов работы устройства. Анализаторы аналоговой сигнатуры становятся все более популярными, и эту функцию стали встраивать даже в мультиметры с графическим дисплеем. Недостаток же данного метода заключается в невозможности тестирования внутренних цепей ИМС, однако большинство неисправностей приходится на их внешние цепи.

Цифровые сигнатурные анализаторы лишены этого недостатка, они записывают импульсные последовательности в заданной точке и преобразуют их для удобства сравнения в шестнадцатеричные числа. Эти приборы встречаются еще реже, так как их применение невозможно без знания правильной сигнатуры и условий ее получения и, следовательно, ограничено крупносерийным производством.

Читайте также:  Как работает 3-фазное реле напряжения: от чего защищает трёхфазный прибор, модели

К сожалению, мало купить подходящий прибор, его нужно периодически поверять. Но чаще всего, этот вопрос пока остается без внимания. Поверка стоит сегодня весьма дорого, да и мест, где ее могут выполнить качественно, осталось немного. Поэтому многие предпочитают экономить на этой статье расходов. В итоге в большинстве организаций приборы не поверялись с начала перестройки или с момента их приобретения. Надежды на имеющиеся эталоны и калибраторы необоснованны – их тоже нужно поверять.

Приборы для измерения напряжения и тока

Приборы для измерения напряжения и тока можно классифицировать по различным признакам:

  • — по типу отсчетного устройства (аналоговые и цифровые);
  • — по методу измерения (непосредственной оценки (прямого действия) и сравнения с мерой);
  • — по значению измеряемого напряжения (пиковых значений, сред- невыпрямленных значений, среднеквадратических значений);
  • — по виду входа (с открытым или закрытым).

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество электромеханических и электронных приборов для измерения напряжений и токов. Рассмотрим принципы их построения.

Электромеханические вольтметры и амперметры

Электромеханические вольтметры и амперметры относятся к аналоговым приборам прямого действия, в которых электрическая измеряемая величина непосредственно преобразуется в показание отсчетного устройства.

В простейшем случае электромеханические вольтметры и амперметры представляют собой измерительный механизм с отсчетным устройством (см. гл. 1), снабженный входными зажимами для подключения к объекту измерения.

Обобщенную структурную схему электромеханического вольтметра (амперметра) можно представить в виде последовательно соединенных входной измерительной цепи и измерительного механизма с отсчетным устройством. Заметим, что сочетание измерительного механизма и отсчетного устройства принято называть измерителем.

Входная измерительная цепь (входное устройство) содержит, как правило, один или несколько измерительных преобразователей, с помощью которых измеряемая величина Xпреобразуется в величину Y, удобную для воздействия на измерительный механизм.

Наиболее часто в электромеханических приборах используют масштабные и нормирующие измерительные преобразователи, а также преобразователи значений величин (см. гл. 1).

Для измерения напряжений и токов могут применяться практически большинство известных типов измерительных механизмов (ИМ).

Для измерения постоянных напряжений в широком диапазоне значений (от долей милливольт до сотен вольт) используют электромеханические вольтметры с магнитоэлектрическим измерительным механизмом (МЭИМ). Эти приборы имеют сравнительно высокий класс точности (до 0,05), однако их входное сопротивление не превышает десятков тысяч ом, что может приводить к значительным систематическим погрешностям. Систематические погрешности вольтметров с МЭИМ имеют также и температурный характер вследствие зависимости сопротивления рамки прибора от температуры окружающей среды.

Реже для измерения постоянных напряжений используют электромеханические вольтметры с электростатическим ИМ (ЭСИМ), электромагнитным ИМ (ЭМИМ) и электродинамическим ИМ (ЭДИМ).

Вольтметры с ЭСИМ обычно используют для измерения больших напряжений (киловольтметры), а вольтметры с ЭДИМ применяют в качестве образцовых приборов при проверке измерительных приборов более низкого класса точности.

Для измерения постоянных токов в широком диапазоне значений (10 _7 . 50 А) наиболее широко, также как при измерении постоянных напряжений, используют электромеханические приборы (амперметры) с МЭИМ. Для этих приборов также характерна температурная систематическая погрешность (особенно при использовании шунтов), так как в этом случае из-за различных значений температурных коэффициентов материала рамки и шунта происходит перераспределение протекающих через них токов. Для измерения постоянных токов используют также амперметры с ЭМИМ и ЭДИМ.

Измерение переменных напряжений проводят вольтметрами с ЭМИМ, ЭДИМ, ФДИМ, ЭСИМ, термоэлектрическими приборами, а также выпрямительными вольтметрами, т.е. вольтметрами, имеющими измерительный механизм магнитоэлектрической системы и выпрямитель (преобразователь), включенный на входе ИМ.

Переменные токи измеряют термоэлектрическими и выпрямительными амперметрами, а также амперметрами, имеющими электромагнитные и электродинамические ИМ. Малые переменные токи измеряют обычно выпрямительными амперметрами. Наиболее широкий диапазон измеряемых переменных токов обеспечивают выпрямительные амперметры, они чаще используются для измерения малых токов. Наиболее широкий частотный диапазон измеряемых токов обеспечивают амперметры термоэлектрической системы.

У большинства электромеханических приборов входное сопротивление невелико (килоомы), поэтому они пригодны для измерения напряжения только в низкоомных цепях. В цепях с высокоомными нагрузками (мегаомы) эти приборы (за исключением электростатических) использовать нельзя, так как при их включении шунтируется нагрузка и тем самым изменяется электрический режим цепи. Кроме того, типовыми недостатками для аналоговых электромеханических приборов являются малый диапазон частот, в котором они дают достоверные показания, большие входные емкости и индуктивности, зависимость входного сопротивления от частоты.

На практике широкое распространение получили универсальные электромеханические приборы для измерения постоянных и переменных напряжений и токов, а также сопротивлений постоянному току — авометры (мультиметры). Они представляют собой сочетание добавочных резисторов или шунтов, преобразователей значений измеряемых переменных токов и напряжений (полупроводниковых выпрямителей) и ИМ магнитоэлектрической системы с отсчетным устройством.

Вариант схемы авометра при измерении напряжения постоянного тока показан на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Упрощенная схема авометра в режиме измерения постоянного напряжения

Переключателем осуществляется изменение диапазона измерений, однако входное сопротивление вольтметра, отсчитанное в [Ом/В], при изменении диапазона обычно остается постоянным за счет подбора резисторов.

Например, если Л, = 15 МОм, Я2 = 4 МОм, /?, = 800 кОм, /?4= 150кОм,Л5 = 48 кОм, а диапазоны соответственно 1000,250,50, 10, 2,5 В, то при сопротивлении обмотки прибора 2 кОм входное сопротивление прибора в любом положении переключателя диапазонов будет равно 20 кОм/В.

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.

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.

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 измерять силу 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.

Читайте также:  Как измерить силу тока мультиметром: настройка измерительного прибора, правила подключения при замере ампеража

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.

Выбираем мультиметр

Если вы сталкиваетесь по работе или дома с ремонтом бытовой, автомобильной, промышленной и прочей электроники, занимаетесь электропроводкой и пр., то для поиска неисправностей вам необходим универсальный измерительный прибор – мультиметр. Он способен измерять все основные электрические параметры – вольты, амперы, омы, выполнять прозвонку цепей и p-n переходов, замерять емкости и коэффициент усиления транзисторов. Для многих прикладных задач вполне достаточно такого прибора, чтобы сделать заключение об исправности/неисправности и найти поломку.

Разновидности мультиметров

Все мультиметры принято делить на стрелочные и электронные. По внешнему виду они отличаются способом отображения результатов измерений. Первые оснащаются стрелочным индикатором, на котором имеется множество шкал для разных замеров: своя шкала для измерения сопротивлений, разных пределов напряжений, токов и пр.

Электронный мультиметр оснащается цифровым жидкокристаллическим экраном, на котором обычными арабскими цифрами отображаются измеренные значения. В работе он однозначно удобнее стрелочного. У стрелочного прибора велика вероятность неправильного считывания данных в зависимости от угла зрения или неточной калибровки шкалы. В электронных этот момент исключен, так как вам не требуется сопоставлять положение стрелки со шкалой – на экране отображается измеренное значение. Кроме того, электронные мультиметры «прощают» пользователю некоторые ошибки во время работы. В зависимости от сложности прибора, в электронных приборах допускается неправильный выбор полюсов измерительных щупов, неверная установка пределов измерения и пр.

В основном в магазинах продаются электронные мультиметры, так как аналоговые капризнее и неудобнее в эксплуатации. Они, в свою очередь, подразделяются на:

  • мультиметры, используемые для измерения большинства электрических величин;
  • клещи, в основном применяемые для измерения токов бесконтактным способом, а также других электрических характеристик;
  • детекторы, позволяющие определять места, где проходит скрытая проводка;
  • компактные тестеры для оперативного контроля электрических цепей.

Выбор мультиметра по характеристикам

Для начала стоит посмотреть, что умеет измерять мультиметр. Обычно такой прибор измеряет:

  • напряжение в нескольких диапазонах (пределах), начиная от мВ и заканчивая сотнями вольт;
  • ток – также в нескольких диапазонах;
  • постоянное и переменное напряжение, а также постоянный и переменный ток;
  • сопротивление – в нескольких пределах, обычно от единиц Ом до МОм;
  • выполняет прозвонку цепей с подачей звукового сигнала;
  • позволяет оценить коэффициент усиления транзистора.

Хорошо, если мультиметр выполняет оценку работоспособности p-n переходов (позволяет прозванивать диоды и транзисторы и делать оценку их исправности), а также оценивать значения емкости и индуктивности. Эти функции увеличивают стоимость прибора, но значительно расширяют спектр его использования. При этом необходимо отметить, что измерение емкости и индуктивности в универсальных мультиметрах выполняется с высокой погрешностью и пригодно только для оценочных измерений. Если вам требуется точно измерять эти электрические параметры – необходимо использовать специализированные приборы.

Смотрим на погрешность

Любое измерение – в том числе и электрических величин выполняется с погрешностью. Она является такой же характеристикой прибора, как и его пределы измерений. Понятно, что чем точнее прибор измеряет, тем дороже он стоит, так как для достижения высокой точности требуется устанавливать элементы с точными характеристиками. Мультиметры обеспечивают погрешность измерений с точностью от 0,025 до 3%. При этом погрешность измерений в разных пределах и для различных величин также различается и указывается в инструкции по эксплуатации и паспорте на прибор.

Для бытового использования, когда вам требуется выполнить такие операции как:

  • замерить напряжение аккумулятора, батарейки или сетевого напряжения;
  • выполнить прозвонку проводки или цепей;
  • другие несложные электрические измерения,

вполне достаточно мультиметров с погрешностью 2-3%.

Для точных измерений, когда мультиметр используется для ремонта электронной техники, такая погрешность оказывается велика. Есть правило, что измерительный прибор следует выбирать так, чтобы его погрешность была в три раза меньше пределов изменений контролируемой величины. Например, вам требуется измерить напряжение 3,3 В плюс-минус 0,1 В. В этом случае нужно использовать мультиметр, измеряющий напряжение с погрешностью 1 % или лучше, так как пределы изменения контролируемого параметра – 3%.

Диапазоны измерения

Следующий важный момент – измерительные диапазоны. Они показывают в каких пределах, для измерения каких величин можно использовать прибор. Причем обращать внимание нужно как на верхний предел измерения, так и на нижний. Особенно важно точно соблюдать требования по верхнему пределу измерений. Если указано, что прибор не может измерять напряжение величиной более 500 В, не стоит забиться с ним в старый телевизор для замера параметров на электродах кинескопа. Это небезопасно как для прибора, так и для вас. Прибор в лучшем случае уйдет в ограничение, если у него есть встроенная защита, а в худшем – сгорит.

Аналогичное справедливо и для измерения токов и других параметров. Обратите внимание на то, что для цепей постоянного и переменного тока пределы измерений бывают разными. Не стоит использовать мультиметр и для измерения величин, которые находятся ниже его предела. Если прибор, например, не способен замерить точно миллиомы или милливольты, то не стоит и пытаться, так как мультиметр будет что-то показывать, но верить его показаниям за установленными производителем пределами измерений нельзя.

Диапазон измерений электрических величин обычно разбивается производителями на несколько пределов, например, от 1 до 10 В, от 10 до 100 В и от 100 до 500 В и т.д. Это делается из-за того, что обеспечить необходимую погрешность измерений во всем диапазоне невозможно. Поэтому при переключении пределов производится выбор измерительной схемы, обеспечивающей нужную точность в указанном диапазоне. Современные мультиметры нередко «прощают» владельцам ошибки при выборе пределов измерений, автоматически выбирая нужный и сообщая об этом индикацией на экране. Но не стоит путать измерение разных электрических величин – особенно напряжения и тока, так как это приведет к плачевным результатам из-за короткого замыкания. если включить режим амперметра вместо вольтметра.

Дисплей, эргономика прибора и щупы

Обязательно обратите внимание на удобство использования мультиметра. Экран должен быть ярким и информативным. В зависимости от типа и цены прибора, результаты измерения демонстрируются с точностью до сотых и тысячных долей после запятой. Но при этом следует понимать, что смысл в возможности демонстрации точных значений есть только тогда, когда мультиметр обладает низкой погрешностью измерений.

Посмотрите на переключатель режимов работы. Он должен быть удобным, четко переключаться и при этом быть хорошо закрепленным. Если это не так, то со временем переключатель разболтается и выбирать нужный режим станет неудобно и сложно.

Посмотрите на входы для подключения измерительных щупов. Они должны обеспечивать надежный контакт с щупом, но при этом исключать возможный контакт человека с токопроводящими цепями в месте соединения. Это, во-первых, обеспечивает безопасность, а во-вторых, исключает влияние на измеряемые параметры. Сам мультиметр должен быть эргономичным и удобно помещаться на столе или в руке, чтобы замеры выполнялись точно и быстро.

Обязательно следует оценить качество щупов. Они должны плотно входить в предназначенные для них разъемы на приборе, контакты не должны люфтить и болтаться, обеспечивая постоянный и надежный контакт. Провода щупов должны быть прочными и надежными, выдерживать изгибы, а изоляция – не перетираться. Электроды на концах щупов, с помощью которых выполняются измерения, должны быть острыми и удобными для того, чтобы добраться в труднодоступное место.

Дополнительные функции

Кроме измерения электрических величин, мультиметры оснащаются дополнительными функциями. Очень полезно, например, наличие функции прозвонки. Вы присоединяете электроды к двум отрезкам цепи. Если контакт есть, раздается звуковой сигнал, а на экране обычно одновременно демонстрируется сопротивление цепи. Режим используется для проверки целостности электрических цепей в приборах, проводке и пр. Стоит отметить, что это один из наиболее часто используемых режимов работы мультиметра. Вместо него можно использовать режим измерения сопротивления, но прозвонка удобна тем, что при ее использовании выдается звуковой сигнал и не надо отвлекаться на экран.

Нередко в устройства включается режим проверки коэффициента усиления транзисторов. Результат получается с высокой погрешностью, но этого достаточно для того, чтобы проверить исправность транзистора, для чего эта функция и нужна. В некоторых устройствах есть функция проверки исправности p-n перехода. Его можно прозвонить омметром – оценивая величину омического сопротивления в прямом и обратном направлении, а можно, подавая небольшое напряжение. В этом случае, при прямом включении падение напряжения на p-n переходе составляет 0,4-0,6 В. Такая функция удобна тем, что позволяет делать оценку исправности переходов, не выпаивая элементы из плат, что с помощью омметра не всегда возможно. Конечно, эта функция, является оценочной, но в поиске неисправностей здорово помогает.

Полезно наличие измерения значений емкостей и индуктивностей. Универсальные мультиметры выполняют эти измерения не очень точно, но для оценки исправности и проверки деталей этого часто бывает достаточно. Кроме того, дополнительно производитель может встроить в прибор термометр. С его помощью можно, например, замерить температуруэлементов схемы и оценить – не перегреваются ли силовые элементы в источники питания и пр.

Питание мультиметров обычно осуществляется от батареек. Также используются аккумуляторы. Количество и тип зависит от прибора. Обычно используются элементы питания типа АА или ААА.

По цене мультиметры делятся на:

  • недорогие бытовые приборы, стоимостью до 1000 рублей. Такие мультиметры способны выполнять измерения большинства электрических величин;
  • приборы среднего класса, стоимостьюот 1000 до 10000 рублей. Могут не только измерять напряжение, ток и сопротивление, но и емкости, индуктивности. Ряд приборов измеряют частоту, оснащаются функцией запоминания результатов измерений и пр.;
  • приборы профессионального класса, стоимостьюот 10000 рублей. Используются профессионалами для энергетических, а также точных электрических и радиотехнических измерений.

Добавить комментарий