Інформація про новину
  • Переглядів: 290
  • Дата: 18-02-2022, 23:44
18-02-2022, 23:44

9.2.7. Універсальні електронні мультиметри

Категорія: Електротехніка та електроніка





Попередня сторінка:  9.2.6. Електровимірювальні прилади. Цифр...
Наступна сторінка:   10.1. Провідники, ізолятори та напівпров...

Зміст

9.2.7.1. Аналогові мультиметри

9.2.7.2. Цифрові мультиметри

9.2.7.3. Вимірювачі потужності

9.2.7.4. Цифрові ватметри

9.2.7.5. Електродинамічні і феродинамічні ватметри

9.2.7.6. Лічильники електричної енергії 

 

9.2.7.1. Аналогові мультиметри

В аналоговому мультиметрі застосовується стандартна вимірювальна шкала з покажчиком.

Значення напруги, струму або опору відлічуються від позиції вказівника на вимірювальній шкалі.

Визначення показів аналогового мультиметра проводиться за шкалою зі стрілочним покажчиком.

Аналогові мультиметри все ще широко використовуються, оскільки вони недорогі і надійні в роботі.

їхнім основним недоліком є те, що вони мають меншу точність і більший розкид при вимірах.

У більшості випадків похибка аналогового мультиметра становить менше 2 % від меж вимірювання за шкалою приладу, що цілком прийнятно в більшості практичних застосувань. Однак у багатьох випадках бажані більш точні вимірювання.

 

9.2.7.2. Цифрові мультиметри

Цифровий мультиметр подібний до аналогового тим, що він також є універсальним вимірювальним приладом, здатним вимірювати напругу, струм і опір.

Основною відмінністю є те, що результати вимірювань виводяться на пристрій десяткової цифрової індикації.

У більшості цифрових мультиметрів є рідкокристалічний індикатор (дисплей). Індикація в більш старих цифрових мультиметрах здійснюється з використанням індикаторів на світловипромінювальних діодах. У деяких стендових великих мультиметрах все ще використовуються світлодіодні індикатори.

На додаток до переваг, пов'язаних із використанням десяткових дисплеїв, цифрові мультиметри забезпечують більшу точність вимірювань.

Хороший цифровий мультиметр забезпечує точність вимірювань від 0,5 % до 1 % від фактичного значення.

Такі точні вимірювання переважають при тестуванні електронних схем, оскільки вони дають найкращу інформацію про їхній стан.

Цифрові мультиметри мають також більш високу роздільну здатність вимірювальної системи, що забезпечує високоточні вимірювання з великим числом десяткових розрядів.

На цифрових мультиметрах меж вимірювань зазвичай більше, до того ж часто додані додаткові функції, такі як звукове «продзвонювання» діодів, перевірка переходів транзисторів, частотомір, вимірювання ємності конденсаторів. Для того, щоб мультиметр не вийшов із ладу при вимірюванні напруги або струму, особливо якщо їхнє значення невідоме, перемикач бажано встановити на максимально можливу межу вимірювань, і тільки якщо покази при цьому будуть занадто малі, для одержання більш точного результату, можна перемикати мультиметр на межу нижче поточного.

 

9.2.7.3. Вимірювачі потужності

Вимірювання потужності в діапазоні звукових і високих частот має обмежене значення, оскільки на частотах до декількох десятків мегагерц часто зручніше вимірювати напруги і струми, а потужність визначати розрахунковим шляхом.

На частотах понад 100 МГц, внаслідок хвильового характеру процесів, значення напруги і струмів втрачають однозначність, і результати вимірювань починають залежати від місця підключення приладу.

На постійному струмі, а також у діапазоні низьких, середніх і високих частот використовують непрямі методи вимірювання потужності.

Для вимірювання потужності постійного і змінного однофазного струму використовують електродинамічні ватметри (рис. 9.8).

Такий ватметр, що включений у ланцюг змінного струму, вимірює активну потужність і має рівномірну шкалу.

Непрямий метод використовують від низьких частот до 500 МГц. Вимірювання проводять за допомогою амперметра та вольтметра (див. рис. 9.9).

Таким методом можна користуватись при змінних значеннях струму і напруги через неможливість одночасного відліку по двох приладах.

Недоліком такого методу є необхідність обчислення потужності після кожного вимірювання.

Активна (поглинається електричним ланцюгом) потужність однофазного змінного струму:

де б/, / - діючі значення напруги і струму; φ - зсув фази між ними. Якщо навантаження в ланцюзі чисто активне

то потужність змін

ного струму:

Електричну потужність змінного струму можна виміряти за допомогою ватметрів. Сучасні ватметри на частоти до 1 МГц будуються на основі інтегральних помножувачів із використанням термоперетворювачів.

За рівнем вимірюваних електричних потужностей усі ватметри поділяються на:

а) малої потужності (до 10 мВт);

б) середньої потужності (від 10 мВт до 10 Вт);

в) великої потужності (понад 10 Вт).

Велике практичне значення має вимірювання потужності на надвисоких частотах (НВЧ). У цьому діапазоні використовуються методи перетворення електромагнітної енергії в інші види, наприклад у теплову, і подальше вимірювання потужності перетвореної енергії.

 

9.2.7.4. Цифрові ватметри

Основним елементом схеми цифрового ватметра є мікропроцесор (див. рис. 9.10).

Підсилювач постійного струму підсилює вихідну напругу термоелектричного приймального перетворювача до значення, що забезпечує стійку роботу блока аналого-цифрового перетворювача.

Напруга, пропорційна вимірюваній потужності, перетворюється в інтервал часу, який заповнюється імпульсами опорної частоти.

Число імпульсів, пропорційне вимірюваній потужності, відображається на цифровому дисплеї або може вводитися в спеціалізований пристрій обробки вимірювальної інформації.

Мікропроцесор містить елементи автоматичного керування режимами роботи та дистанційного перемикання меж вимірювання.

Калібратор потужності змінного струму використовується для самокалі-брування ватметра. Калібратор потужності постійного струму застосовується для калібрування цифрового ватметра, що працює з перетворювачами на середніх і великих рівнях потужності.

Усі вузли ватметра живляться від вбудованого джерела живлення.

Прийомний перетворювач складається з відрізка коаксіальної лінії (або хвилеводу) зі стандартним високоякісним роз'ємом поглинаючого елемента, термоелектричного модуля та зразка порівняння.

Поглинаючий елемент являє собою тонкоплівковий резистор на теплопровідній (берилієвій) кераміці. Центральним провідником коаксіального тракту є тонкостінна трубка з нержавіючої сталі, що виключає тепловий вплив навколишнього середовища на поглинаючий елемент. Для зменшення втрат на НВЧ трубка покривається міддю і сріблом. Поглинаючий елемент завдяки щільній посадці має електричний контакт з нейтральним провідником, інший його кінець впаяний в узгоджувальний мідний екран із срібним покриттям. В узгоджувальному екрані передбачено ступеневу зміну діаметра, що забезпечує узгодження поглинаючого елемента з трактом у всьому діапазоні частот.

Термоелектричний модуль являє собою диск з отвором, який розташований так, що гарячий спай має тепловий контакт із зовнішньою поверхнею уз годжу вального екрана в місці пайки поглинаючого елемента, а холодний спай - порівняння зі зразком. До виводів термоелектричного модуля припаюються проводи з'єднувального кабелю. Для захисту модуля від випадкових зовнішніх теплових впливів використовуються внутрішній і зовнішній екрани. На зовнішньому екрані закріплені ребра, що утворюють разом з екраном радіатор. Застосування радіатора дозволяє збільшити потужність розсіювання перетворювача.

У цифровому ватметрі, завдяки застосуванню мікропроцесора, здійснюється автоматичний вибір меж вимірювання, автоматична установка нуля і самокалібрування, крім того, передбачається вихід інформації на канал загального користування при його включенні до складу вимірювальної системи.

 

9.2.7.5. Електродинамічні і феродинамічні ватметри

Електродинамічні прилади мають дві котушки. Нерухому котушку виконують із двох частин, між якими проходить вісь. На осі укріплена рухома котушка. Протидіючий момент створюється двома пружинами. Через них здійснюють і приєднання рухомої котушки до ланцюга.

Прилади електродинамічної системи застосовують для вимірювань у ланцюгах змінного і постійного струмів, оскільки напрямок обертального моменту не змінюється при зміні напрямку обох струмів.

Залежно від способу взаємного включення котушок електродинамічний прилад може бути використаний як амперметр, вольтметр, ватметр або фазометр.

При використанні електродинамічного приладу як амперметра на струми вище 0,5 А котушки не можна включати послідовно через труднощі підведення великих струмів до рухомої котушки, оскільки приєднання рухомої котушки до ланцюга здійснюють через спіральні пружини, що створюють протидіючий момент.

Завдяки різним конструктивним прийомам (форми котушок, їхнє розташування) можна отримати лінійну шкалу для електродинамічного амперметра починаючи з 20 % від верхньої межі вимірювання.

Збіги за фазою змінних струмів в обмотках рухомої і нерухомої котушок досягаються включенням послідовно з котушками елементів із активним і індуктивним опорами.

При використанні електродинамічного приладу як вольтметра обидві обмотки приладу включають послідовно одну за одною і з додатковим резистором.

При використанні електродинамічного приладу як ватметра обмотку нерухомої котушки включають у ланцюг послідовно, а обмотку рухомої котушки, з'єднану послідовно з додатковим резистором, - паралельно до затискачів приймача.

Напрямок відхилення рухомої системи приладу залежить від взаємного напрямку струмів в обох обмотках. Тому для правильного включення обмоток їх затискачі маркують. У так званих генераторних затискачів обмоток (затискачів, до яких слід приєднувати дроти з боку джерела живлення) ставлять знак «*» (зірочка). На електричних схемах ці затискачі обмоток позначають точками.

При куті зсуву фаз > 90° (що можливо в деяких випадках вимірювань) cos φ від'ємний і, отже, відхилення стрілки приладу також має бути від'ємним. Щоб мати можливість виміряти такі негативні потужності, у ватметрах встановлюють перемикач для зміни напрямку струму в обмотці рухомої котушки.

Положення перемикача позначено знаками плюс і мінус. Електродинамічні прилади мають спеціальний екран, який захищає їх від впливу зовнішніх магнітних полів.

 

9.2.7.6. Лічильники електричної енергії

Для вимірювання витрат постійного струму застосовують електромагнітні лічильники.

В основному вони використовуються в електричному транспорті. Для обліку споживання реактивної і активної електричної енергії змінного струму застосовують індукційні прилади (однофазні і трифазні).

Лічильний механізм реєструє обсяг електроенергії, що пропорційний кількості обертів обертової частини пристрою.

В індукційних лічильниках при роботі навантаження крутиться алюмінієвий диск і обертає лічильний механізм.

Він рухається під дією вихрових струмів, створюваних магнітним полем спеціальної котушки лічильного приладу.

У приладі обліку, заснованому на електроніці, змінна напруга впливає на електронні компоненти, які створюють імпульси, що враховуються лічильним пристроєм.

Прилади обліку електричної енергії класифікують за:

а) типом конструкції;

б) видом вимірюваних величин;

в) способом підключення.

За типом конструкції поділяють на:

а) індукційні;

б) електронні;

в) гібридні.

Індукційний (також званий електромеханічним) являє собою прилад (рис. 9.11, 9.12), у якому нерухомі котушки створюють магнітне поле, яке приводить удію рухомий елемент із струмопровідного матеріалу.

Як правило, це алюмінієвий диск, що обертається струмами, індукованими котушками.

Кількість обертів диска прямо пропорційна обсягу витраченої енергії.

Індукційні прилади обліку поступово витісняються електронними аналогами через властиві їм деякі недоліки:

а) висока похибка обліку;

б) низька функціональність;

в) неможливість автоматичного зняття показань на відстані;

г) однотарифність;

д) незручності в експлуатації.

Рис. 9.11. Схема будови лічильника електричної енергії:

1 - обмотка струму; 2 - обмотка напруги; 3 - черв'ячний механізм; 4 - лічильний механізм; 5 - алюмінієвий диск; б - магніт для гальмування диска

Рис. 9.12. Зовнішній вигляд індукційного лічильника (без кришки)

Електронний або статичний прилад обліку характеризується електронною схемою, яка створює лічильні імпульси, що враховуються лічильним пристроєм (механічним - для холодного клімату і електронним - для нормальних умов експлуатації).

Перевагами електронного типу є багатотарифність, більший термін пові-рочного інтервалу (до 16 років) і дистанційне зняття показань.

Гібридні лічильники використовуються рідко. Вони являють собою комбінацію з індукційних і електронних.

За видом вимірюваних величин поділяють на:

а) однофазні;

б) трифазні.

Однофазні вимірюють побутове споживання (50 Гц і 220 В), трифазні - в основному промислове (380 В 50 Гц).

Усі сучасні трифазні лічильники можуть вимірювати й однофазне споживання.

Для високовольтних мереж існує спеціальний різновид трифазних приладів обліку на 100 В, які приєднують через вимірювальний трансформатор.

За способом приєднання поділяють на пристрої:

а) прямого включення у вимірюваний ланцюг;

б) непрямого (трансформаторного) приєднання (включають у ланцюг через вимірювальні трансформатори).

Також існують двотарифні лічильники електроенергії, так звані лічильники день/ніч. Вони дають змогу в нічний час доби істотно знизити витрати на електроенергію.

Із найважливіших характеристик електролічильників необхідно виділити клас точності (від 0,5 до 3,0), робочу напругу і струм (220-380 В і 5-20 А) і передавальне число (кількість обертів диска дорівнює одиниці вимірюваної величини). На українському ринку найбільшого поширення набули електролічильники Меркурій, Альфа та ін.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Опишіть сутність та значення електричних вимірювань.

2. Наведіть основні одиниці електричних та магнітних величин у міжнародній системі одиниць.

3. Дайте пояснення похідних та кратних одиниць.

4. Опишіть основні методи електричних вимірювань.

5. Схарактеризуйте похибки вимірювальних приладів.

6. Наведіть класифікацію електровимірювальних приладів.

7. Схарактеризуйте прилади магнітоелектричної системи.

8. Схарактеризуйте прилади електромагнітної системи.

9. У чому полягає процес вимірювання напруги, струмів та потужності?

10. Як можна розширити межі вимірювання приладів безпосередньої оцінки?

 

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020

 




Попередня сторінка:  9.2.6. Електровимірювальні прилади. Цифр...
Наступна сторінка:   10.1. Провідники, ізолятори та напівпров...



^