Site Loader

Содержание

Измерение силы тока и напряжения. Измерение мощности.

Измерение силы тока и напряжения.

Амперметр

Из свойств последовательного соединения:

  1. Подсоединяется последовательно к измеряемому участку.
  2. Чем меньше собственное сопротивление амперметра, тем меньшую погрешность он вносит.

Расширение пределов измерения амперметра. Из свойств параллельного соединения: для изменения пределов измерения в n раз параллельно подсоединяют резистор (шунт).

I = nIa, где I — ток, который необходимо измерить, а Ia — максимальный ток, на который расчитан амперметр.

I = Ia + Iш  ;    Т.к. Ua = U

ш  ,   то  IaRa = (I — Ia)Rш

Следовательно: 

 

Вольтметр.

 Из свойств параллельного соединения:

  1. Подсоединяется параллельно к измеряемому участку.
  2. Чем больше собственное сопротивление вольтметра, тем меньшую погрешность он вносит.

Из свойств последовательного соединения: для изменения пределов измерения в nраз последовательно подсоединяют резистор (дополнительное сопротивление).

U=nUv, где 

U — напряжение, которое необходимо измерить, Uv — максимальное напряжение, на которое рассчитан вольтметр.

U= Uv + Uд ;  Т.к.  Iv = Iд,   то: 

Следовательно: 

Измерение мощности.

1.     Косвенный метод измерения

Использование амперметра  и известного сопротивления:

 

2.Прямой метод

Измерение ваттметром (шкала проградуирована в ваттах)

Использование амперметра и вольтметра:

 

Амперметр. Измерение силы тока

Амперметр — это прибор для измерения силы тока в цепи.

Поскольку сила тока проходит через всю цепь, то амперметр подключается к цепи так, что через него проходит ток. Таким образом, на шкале амперметра отображается сила тока в амперах, и при этом амперметр не влияет на ток.

Как и на любом приборе, на шкале амперметра отмечено самое большое число. Это значит, что это максимальное значение силы тока, на которое рассчитан данный прибор. Если сила тока в цепи превышает это значение, то амперметр к ней подключать нельзя, иначе можно испортить прибор.

Существует последовательное, параллельное и смешанное подключение, о которых подробнее мы поговорим немного позже. Последовательное подключение — это такое подключение, при котором конец одного проводника соединён с началом другого. При таком подключении, сила тока во всей цепи одинакова, поскольку через любое поперечное сечение проходит одинаковый заряд за одну секунду. Именно

поэтому амперметр подключают к цепи последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.

У амперметра есть две клеммы, у одной из которых стоит знак «+». Эту клемму нужно обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса. Сила тока — очень важная характеристика электрической цепи. Именно ей характеризуется степень опасности для человека. Даже 100 мА приводит к серьёзным повреждениям, при поражении человеческого тела.

Упражнения.

Задача 1. Через лампочку проходит 300 мА. Если включить в цепь два амперметра: до и после лампочки, то насколько будут различны их показания?

Амперметр подключается к цепи последовательно, а при таком подключении, сила тока на всех участках цепи одинакова, поэтому и тот и другой амперметр покажет 300 мА.

Задача 2. На рисунке показана электрическая цепь, в которую включены два амперметра. Определите максимальное значение на шкале второго амперметра.

Поскольку первый амперметр показывает, что ток в цепи составляет два ампера, то такое же показание будет и на втором амперметре. Но, для первого амперметра два ампера — это максимальное значение, а на втором амперметре стрелка стоит ровно посередине. Значит, два ампера — это половина максимального значения. Поэтому максимальное значение для второго амперметра будет составлять четыре ампера.

Задача 3. К электрической цепи подключили амперметр и лампочку, так, как показано на рисунке. Каковы будут показания амперметра, если через лампочку проходит ток 80 мА?

Точно ответить на этот вопрос нельзя, потому что на рисунке амперметр подключен к цепи неправильно, а, значит, его показания тоже будут неверны.

| Измерение силы тока. расширение пределов измерения

Воздействие магнитного поля на вихревые токи пропорциональ­но произведению мгновенных значений тока и напряжения, т. е. пропорционально мощности, следовательно, на диск воздействует вращающий момент, пропорциональный мощности:

где Квр — постоянный коэффициент.

Диск счетчика при своем вращении проходит между полюсами постоянного тормозного магнита 5 и пересекает его магнитные линии. В результате этого постоянный магнит также индуктирует в диске вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля постоян­ного магнита и вихревых токов создает необходимое торможение Диска, пропорциональное скорости его вращения.

§ 72. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ

АМПЕРМЕТРА

Для измерения силы тока в электрических цепях служат ампер­метры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор проходит весь ток, протекающий в цепи.

При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают. По этой причине амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи. Пусть в электрическую цепь включен источ­ник электрической энергии, напряжение которого U = 10 в. Сопро­тивление потребителя rп=20 ом. В этой цепи, согласно закону Ома, ток

Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует из­мерить ток, имеет сопротивление

 rа=30 ом. Тогда при включении прибора в цепь в ней установится ток

Таким образом, если включить в цепь прибор с большим сопротив­лением, то нарушится ее электрический режим и сила тока будет измерена с ошибкой на 0,3 а.

Этот пример подтверждает, что желательно измерять силу тока в цепи таким прибором, у которого собственное сопротивление наи­меньшее. Присоединять амперметр к полюсам источника тока без нагрузки нельзя. Это объясняется тем, что по обмотке амперметра, имеющей малое сопротивление, в данном случае пройдет большой ток и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке. По обмотке и отдельным элемен­там электроизмерительных приборов некоторых систем во избежа­ние возможности их порчи нельзя пропустить сколько-нибудь зна­чительный ток. В частности, это относится к спиральным пружинам и  подвижной  катушке  магнитоэлектрического прибора.

Если такой измерительный прибор нужно при­способить для измерения значительной силы то­ка — расширить пределы измерения амперметра, та он снабжается шунтом.

Шунт — это относительно малое, но точно из­вестное сопротивление (rш), присоединяемое параллельно измерительному механизму. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 84. При таком включении шунта из n частей тока, протекающего в цепи, через прибор прохо­дит лишь одна его часть, а через шунт — остальные n-1 частей.

Это происходит потому, что сопротивление шунта меньше сопротивления амперметра n — 1 раз. Число n показыва­ет, во сколько раз нужно увеличить предел измерения амперметра. Таким образом, шунт служит для расширения пределов измерения прибора.

Пусть амперметр позволяет измерять силу тока Iа = 5 а, а в данном случае необходимо этим прибором измерить силу тока I=30 а. Значит,  нужно увеличить  предел  измерения  прибора  в

 раз.  Сопротивление  шунта,  который  надо  присоединить параллельно амперметру, чтобы обеспечить такое расшире­ние предела измерения, можно определить по формуле:

Если сопротивление амперметра rа = 0,15 ом, то  сопротивление шунта

После присоединения шунта к прибору каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем ука­зана на ней. В нашем случае, если стрелка прибора с шунтом установится на делении 5, это значит, что в цепи протекает ток  I=5xn = = 5×6= 30 а.

Шунт должен иметь четыре зажима, это необходимо для устра­нения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготовляют из манганина — сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.

§ 73. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ

ВОЛЬТМЕТРА

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольт­метры и микровольтметры различных систем. Эти приборы включа­ют параллельно нагрузке, а потому сопротивление их должно быть как можно больше. В связи с этим уменьшается достоверность про изведенного измерения.

Для расширения пределов измерения вольт­метра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления (rд). Схема включения вольт­метра с добавочным сопротивлением приведена на рис. 85.

При такой схеме из n частей напряжения, подлежащего измерению, на обмотку прибора приходится  лишь  одна  часть,  а  остальные n-1 частей – на добавочное сопротивление.  Это происходит пото­му, что сопротивление rд берется больше сопротивления вольтметра в n —1 раз, а при последовательном соединении напряжение  рас­пределяется пропорционально величине сопротивления.

Добавочное сопротивление

Общее измеренное напряжение равно сумме падения напряжения на этих сопротивлениях.

Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измере­ния вольтметра.

Пусть имеющийся у нас вольтметр позволяет измерять напря­жение Uв  = 30 в, а необходимо измерить этим прибором напряже­ние U=120 в. Значит, нужно расширить  предел его измерения

Добавочное сопротивление, которое надо присоединить последо­вательно к вольтметру, можно определить по формуле

Если сопротивление вольтметра rв = 3000 ом, то для расширения предела измерения прибора в 4 раза необходимо, чтобы добавочное сопротивление

После присоединения к вольтметру добавочного сопротивления каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указано на ней. Например, в нашем случае, если стрелка прибора установится на цифре 30, то это будет озна­чать, что напряжение

Добавочные сопротивления изготовляют чаще всего из манга­нина или константана. Оба эти материала имеют большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивле­ния.

Шунты и добавочные сопротивления могут быть установлены внутри корпуса прибора или подключаться к его зажимам на время измерений.

8.6 Особенности измерения силы токов

8.6 Особенности измерения силы токов

Существует ряд методов измерения силы токов в электрических цепях:

кроме прямых измерений, широко используются косвенные измерения.

Прямое измерение силы тока. В этом случае амперметр включают последовательно в разрыв электрической цепи (рис. 8.18, а), в которой производится измерение силы тока.

 

Включение в исследуемую цепь амперметра искажает результат изме­рения. В частности, наличие в схеме рис. 8.18, а амперметра с внутрен­ним сопротивлением Ra приведет к тому, что вместо силы тока Ix = U /R, который протекал в этой цепи без амперметра, после его включения по­течет ток:

I1 = U/ R + Ra

Абсолютная погрешность измерения △I  = Ix – I1 будет тем больше, чем  выше внутреннее сопротивление амперметра Ra .

Измерение силы тока косвенным методом с помо­щью электронных вольтметров. Поскольку между напряжени­ем и током в электрической цепи имеется линейная связь (согласно зако­ну Ома), то ток может быть измерен косвенным методом с помощью схемы, показанной на рис. 8.18, б. При этом, измерив вольтметром напряжение на сопротивлении эталонного резистора Rэ  силу тока находим по формуле:

                 Ix = Uэ / Rэ

где Uэ — напряжение, измеренное вольтметром; Ix  — ток, подлежащий опре- делению; Rэ  — активное эталонное сопротивление известного номинала.

Однако при измерении малых токов подобная методика может оказать неприемлемой. В этом случае в измерительных приборах применяется cxeма входного усилительного каскада с достаточно малым входным сопротивлением.Одним из вариантов такого каскада может служить преобразователь тока в напряжение.

Особенности измерений малых токов и напряжений. Рассмотренные способы измерения напряжения или токов малых уровней основаны, главным образом, на применении усилителей. Для усиления малых сигналов требуется иметь усилитель с большим коэффициентом усиления. Современный уровень развития электронной техники позволяет  успешно решить эту задачу. Поэтому не коэффициент усиления, а внутренние шумы источника и усилителя исследуемого сигнала опреде­ляют предельно достижимый порог чувствительности при измерении малых уровней сигналов.

Как измерить силу тока мультиметром: постоянного и переменного тока

Для проведения расчетов и подбора необходимых элементов электрической цепи часто требуется измерить силу тока в ней. Сделать это можно с помощью расчетов, но наиболее простой способ — это использование специальных приборов.

Чем можно измерить силу тока

Чтобы определить мощность потребления и силу тока, требуется электрический измерительный прибор, который может измерять эти параметры с учетом особенностей переменного и постоянного тока. Типов таких устройств существует всего два:

Стационарные амперметры
  • Амперметр — специальное устройство для измерения исключительно силы тока в цепи. Амперметр включается в тестируемую цепь последовательно с потребителями электрического тока. На шкале прибора, помимо основных значений, в амперах используются также миллиамперы. На ампераж нужно обращать особое внимание. Существуют электронные и механические варианты устройства.
Обычный амперметр
  • Мультиметр — это электронное измерительное устройство, которое помогает мерить различные параметры цепи (сопротивление, напряжение, разомкнутая цепь, пригодность для аккумулятора, включая и силу тока).
Мультиметр

Что такое мультиметр?

Мультиметр — это универсальное комбинированное измерительное устройство, которое объединяет функции нескольких измерительных устройств, то есть измеряет практически все показатели цепи. Самый маленький набор функций мультиметра — это измеритель напряжения, силы заряда и сопротивления. Однако современные производители не останавливаются на достигнутом, а вместо этого добавляют ряд функций, таких как емкостное измерение конденсаторов, частоты тока, проверку диодов (измерение падения напряжения на pn-переходе), звуковых датчиков, измерений температуры и измерения определенных параметров транзистора, встроенный генератор низких частот и многое другое.

Мультиметр может быть:

  • Аналоговый. В этом типе приборов присутствует индикатор, который имеет несколько шкал (по одной на каждый вид измерения). Аналоговые тестеры имеют ряд недостатков, в первую очередь — это большие ошибки и погрешности в измерении. В конструкцию многих моделей включен специальный подстраиваемый резистор, который при правильной настройке несколько улучшает работу прибора, повышая точность выдаваемых результатов. Но все же сейчас большее распространение получили цифровые модели.
  • Цифровой. Единственная внешняя разница между цифровым устройством и аналоговым устройством — это экран, который численно представляет измеренные параметры. Старые модели оснащены дисплеем из светодиодов, более новые варианты оснащены жидкокристаллическим экраном. Недостатком этих устройств является то, что они имеют высокую стоимость: их цена в несколько раз превышает стоимость аналогового тестера.
Подключение различных мультиметровых приборов в цепь

Требования для измерения силы тока

Чтобы померить силу заряда в розетке, нужно обязательно следить за выполнением некоторых требований:

  • Важным условием для измерения силы тока является включение резисторов или обычных ламп в цепь ограничения сопротивления. Этот элемент защитит прибор от нагрева и возгорания из-за слишком большой нагрузки.
  • Если текущая сила в цепи не отображается на индикаторе, выбранное предельное значение является неправильным и должно быть уменьшено на одну позицию. (Так надо продолжать до тех пор, пока на экране не появится истинное значение). Требуется быстрое измерение — время контакта с кабелем составляет менее одной или двух секунд. Это особенно актуально для аккумуляторов с низким энергопотреблением.

Важно! Предел выбирается с учетом наибольших возможных отклонений полученных измерений от ожидаемого результата.

Приборы для измерения силы тока должны также соответствовать утвержденным стандартам ГОСТа:

  • показывающие устройства должны иметь точность в пределах от 1 до 2,5,
  • приборы на подстанциях допускаются 4 класса точности,

Класс по точности приборов, установленных на трансформаторах указаны в таблице:

Класс прибораКласс измерительных трансформаторовКласс шунта и добавочного сопротивления
4,03,0
2,51,0 (3,0)0,5
1,50,5 (1,0)0,5
1,00,50,5
0,50,20,2

Как проверить силу тока

Измерение силы постоянного и переменного тока не имеет кардинальных отличий, но все же данные операции имеют свои тонкости.

Наглядная схема подключения амперметра

Постоянный ток

Измерение постоянного тока выполняется в несколько несложных этапов:

  1. На мультиметре требуется изменить положение красного щупа. Если неизвестно даже приблизительное значение силы в цепи, то из соображений безопасности и сохранности прибора придется выбрать наибольшее значение.
  2. Регулятор нужно поставить в положение из сектора «А», выбрав самый подходящий предел значений.
  3. Последовательно подключить мультиметр к цепи, где должно быть измерено текущее значение.
  4. Далее необходимо включить питание и наблюдать за появлением числовых значений на цифровом табло.

Как проверить переменный ток мультиметром

В случае, когда должна измеряться сила переменного электричества, требуется поставить регулятор в соответствующее положение, также предварительно выбрав предел. Далее процесс измерения ничем не отличается от нахождения силы постоянного заряда.

Измерение силы переменного тока

Меры безопасности

Процесс измерения тока с помощью мультиметра несложен. При его прохождении требуется соблюдение определенных норм безопасности:

  • Перед непосредственным проведением измерительных работ необходимо обесточить цепь.
  • Также периодически нужно проводить проверку изоляции кабеля — иногда он может повредить сам себя при длительном использовании и привести к значительному увеличению вероятности поражения электрическим током.
  • Использовать при проведении любых ремонтных, монтажных и измерительных работах только резиновые перчатки, которые обладают изоляционными свойствами.
  • В помещениях с высоким уровнем влажности воздуха запрещается проведение измерительных работ. Дело в том, что влага обладает высокой электропроводностью, и риск удара током возрастает. При ударе током незамедлительно нужно сообщить об этом в скорую помощь или экстренную службу.
  • Проводить работы с электричеством лучше вдвоем.
  • После завершения всех работ можно обратно включить питание.

Замер силы тока проводится амперметром или мультиметром. При использовании последнего важно правильно выбрать режим работы и предел, которого может достигнуть ток в цепи. Оба эти прибора боятся высокого напряжения.

Сила тока. Единицы силы тока. Амперметр. Измерение силы тока

997. Выразите в амперах силу тока, равную: 200 мА; 15 мкА; 8 кА.

998. Укажите ошибку на схеме рисунка 98.

Амперметр включается в цепь последовательно.

999. Через нить электрической лампочки за 2 с проходит заряд 0,4 Кл. Какова сила тока в лампочке?

1000. Сила тока в проволоке равна 40 мкА. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проволоки за 20 мин? Запишите ответ в кулонах, милликулонах, микрокулонах.

1001. Какой заряд пройдет через поперечное сечение электрической цепи водонагревателя в течение 3 мин работы при силе тока 5 А?

1002. Сколько электронов проходит через поперечное сечение электрической цепи электроутюга за 1 мс работы при силе тока 3,2 А?

1003. Какой заряд проходит через поперечное сечение спирали электроплитки за пять минут работы, если сила тока в цепи равна 1,2 А?

1004. Электрическая лампочка работает семь минут при силе тока в цепи 0,5 А. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали электролампочки за это время?

1005. Скорость направленного движения электронов проводимости в проводниках относительно невысока — несколько миллиметров в секунду. Однако электролампа зажигается одновременно с поворотом выключателя. Почему?
Потому что электромагнитное поле, которое заставляет двигаться электроны, распространяются мгновенно вдоль всего проводника.

1006. В современном телевизоре импульс тока от одного узла к другому должен передаваться за время, равное 10-9 с. Можно ли эти узлы соединить проводником длиной 60 см? Какой длины следует взять проводник для такого соединения?

1007. Один раз амперметр включили в цепь так, как показано на рисунке 99, а. Он показал 0,1 А. Другой раз его включили в ту же цепь так, как показано на рисунке 99, б. Что покажет амперметр во втором случае?

Тоже самое ( 0.1 А)

Сила тока измерение компенсационным методо

    Принцип компенсационного метода измерения э. д. с. гальванических элементов. Электродвижущая сила гальванического элемента может быть измерена компенсационным методом. Непосредственное измерение э. д. с. с помощью чувствительного вольтметра имеет существенные недостатки. Действительно, если обозначим через внутреннее сопротивление элемента, через —сопротивление вольтметра, через Е—истинную электродвижущую силу элемента и через /—силу тока в цепи, то согласно закону Ома  [c.288]
    Для измерения электродвижущих сил пользуются компенсационным методом, преимущество которого состоит в том, что он позволяет измерять э. д. с. элемента, когда в цепи отсутствует ток ( = 0). На рис. 40 приведена принципиальная схема компенсационной у ста и ов к и. [c.153]

    Электродвижущая сила любого гальванического элемента может быть измерена либо включением в цепь чувствительного вольтметра, либо компенсационным методом. В первом случае через цепь обязательно протекает электрический ток, во втором — э.д.с. измеряется при отсутствии тока. В практике методом непосредственного измерения э.д.с. не пользуются. И вот почему. [c.245]

    Прибор состоит из следующих основных узлов потенциометра постоянного тока типа ПП класса 0,2, предназначенного для непосредственных измерений компенсационным методом электродвижущих сил и напряжений [c.84]

    При реакциях осаждений и комплексообразования индикаторным электродом служит электрод, потенциал которого является функцией активности ионов, участвующих в реакциях осаждения или комплексообразования. Например, серебряный электрод используется для определения серебра, а также ионов, дающих с ионами Ад+ малорастворимые соли или прочные комплексные соединения. В качестве электродов сравнения используют каломельный или хлоридсеребряный электрод. Последний, если это допустимо, погружают непосредственно в исследуемый раствор или соединяют при помощи электролитического ключа с титруемым раствором. Измерение возникающей э. д. с. можно проводить по компенсационному и некомпенсационному методам (измерение потенциала электрода, измерение силы тока). [c.314]

    Разница между э. д. с. и напряжением обусловлена омическим падением напряжения внутри элемента при прохождении тока и другими эффектами. Поэтому измерение э. д. с. обычно проводят компенсационным методом, при котором сила тока, протекающего через элемент, близка к нулю. Для этого к элементу подводят э. д. с. с противоположным знаком от внешнего источника тока, значение которой можно регулировать тем или иным способом. В измерительную цепь включаются также гальванометр для регистрации тока и вольтметр для измерения напряжения. В момент, когда выходное напряжение внешнего источника тока равно э. д. с. гальванического элемента (момент компенсации э. д. с.), сила тока в цепи равна нулю (стрелка гальванометра не отклоняется). Измеренное в этот момент вольтметром напряжение на клеммах гальванического элемента равно его э. д. с. Более простой и менее точный метод измерения э.д. с. заключается в прямом измерении напряжения на клеммах гальванического элемента вольтметром, имеющим высокое омическое сопротивление (высокоомный вольтметр). Вследствие высокого омического сопротивления вольтметра мала сила тока, протекающего через элемент, поэтому невелика разница между э. д. с. и напряжением элемента.  [c.189]


    Измерители тока. Для измерения поляризационных токов пользуются микроамперметрами. Измерители тока включают последовательно в цепь их внутреннее сопротивление небольшое и мало сказывается на общей силе тока. Очень чувствительным и точным методом определения величины силы тока в какой-либо замкнутой цепи является измерение падения напряжения ( ) через прецизионное постоянное известное сопротивление (/ ), включенное последовательно в цепь. Величину V = Я измеряют компенсационным методом с помощью потенциометра. Зная R и V, можно вычислить г с большой точностью. [c.55]

    Сопротивления. Для измерения силы тока в цепи компенсационным методом пользуются набором высокопрецизионных сопротивлений. [c.55]

    Важнейшее место в экспериментальной электрохимии занимает измерение электродвижущих сил. Для измере- > ния э. д. с. электрохимических систем обычно пользуются компенсационным методом, принцип которого состоит в уравновешивании определяемой э. д. с. элемента равным по величине падением напряжения 1г на реохорде или в потенциометре, питаемом от внешнего источника тока (рис. 25). Компенсирующее падение напряжения обычно создается с помощью хорошо заряженного аккумулятора. При этом сопротивление любого отрезка проволоки реохорда пропорционально его длине, а общее сопротивление проволоки равно Кн. В простейшем случае изучаемый гальванический элемент X включается навстречу аккумулятору А (плюс против плюса, минус против минуса). Перемещением движка по реохорду подбирают такое положение его, при котором э.д.с. эле- [c.173]

    При измерении э. д. с. гальванических элементов необходимо, чтобы химическая реакция в гальваническом элементе протекала обратимо, что возможно при небольшом значении силы протекающего тока. Этому требованию удовлетворяет компенсационный метод измерения э. д. с. (метод Поггендорфа), в котором при приближении к компенсации через гальванический элемент проходят токи с силой не более 10 А. [c.554]

    Измерение ЭДС. Для измерения равновесной (обратимой) ЭДС электрохимического элемента необходимо, чтобы процесс совершался бесконечно медленно, т. е. чтобы элемент работал при бесконечно малой силе тока. Это условие выполняется в компенсационном методе измерения, который основан на том, что элемент включается против внешней разности потенциалов, и последняя подбирается так, чтобы ток в цепи отсутствовал. В этом случае внешняя разность потенциалов равна ЭДС изучаемого элемента. Пользуясь компенсационным методом (методом Поггендорфа), можно непосредственно измерить значение равновесной ЭДС элемента. [c.242]

    ЭДС гальванического элемента представляет собой равновесную величину. Поэтому измерение ЭДС необходимо проводить без нарушения электродных равновесий. В равновесном состоянии через поверхность соприкосновения фаз электродов суммарный ток равен нулю. Следовательно, при измерении ЭДС необходимо обеспечить отсутствие тока через гальванический элемент. Этого можно добиться путем компенсации ЭДС противоположно направленным падением напряжения (компенсационный метод). Достоверные результаты получают также с помощью некомпенсационного метода, если сила тока ничтожно мала. [c.268]

    Наиболее точным методом измерения электродвижущих сил (э. д. с.) является компенсационный метод, основанный на том, что падение напряжения, обусловленное исследуемым элементом на проводнике с переменным сопротивлением, компенсируется направленной противоположно электродвижущей силой источника тока с известным напряжением. В момент компенсации (равенства обеих э. д. с.) в проводнике не проходит ток. [c.377]

    Термоэлектродвижущую силу обычно измеряют стрелочным вольтметром хорошего класса точности, по возможности с очень высоким внутренним сопротивлением. Благодаря высокому внутреннему сопротивлению сила тока будет весьма мала и падение напряжения в термопаре и подводящих проводах пренебрежимо мало. При очень точных работах измерения проводят компенсационным методом. [c.51]

    Кроме того, эти потери можно свести к минимуму, применяя компенсационный метод , при котором потери тепла компенсируются электрическим нагревом термопары. Термопара поглощает тепло от пламени, если ее температура ниже температуры пламени, и отдает тепло пламени, если она нагрета до более высокой температуры. Это приводит к отклонению измеренной температуры, определяемой по кривой тепло—сила тока, и полученной при градуировке термопары (обычно в вакууме). Точка пересечения двух кривых (полученных при нагреве термопары в вакууме и пламени) соответствует отсутствию конвективного теплообмена между термопарой и газом, что возможно только при равенстве их температур. Этот принцип может быть применен как к термометрам сопротивления, так и к термопарам. Основное затруднение заключается в создании идентичности условий лучистого теплообмена проволочки с окружающими телами при градуировке и в пламени. Различие этих условий, естественно возникающее в процессе экспериментов, приводит к погрешностям определения температуры газа, часто весьма существенным. [c.38]


    Направление тока определяется соотношением потенциалов двух электродов. Разность потенциалов или электродвижущая сила Е — мера движущей силы реакции. Есл э. д. с. обратимого элемента сбалансирована извне эквивалентной и противоположно направленной э. д. с., то никаких химических изменений в элементе происходить не будет. Однако, если внешнюю э.д.с. затем уменьшить на очень малую величину, от элемента будет течь небольшой ток и пойдет реакция. Если, наоборот, приложенную извне э. д. с. увеличить на очень малую величину, ток начинает течь в противоположном направлении и химическая реакция будет обращена. Измерение э. д. с. гальванического элемента компенсационным методом, когда э. д. с., взятая от потенциометра, сбалансирована почти точно э. д. с. самого элемента, максимально приближается к условиям термодинамической обратимости, поэтому к таким системам могут быть приложимы принципы термодинамического равновесия. [c.12]

    Чтобы предупредить возникновение поляризации элемента, измерять его э. д. с. следует в тот момент, когда сила тока в системе равна нулю. Такому условию отвечает компенсационный метод измерения э. д. с., который может быть осуществлен с помощью различных приборов, а именно а) реохорда и нормального кадмиевого элемента б) двух движковых реостатов и вольтметра в) двух магазинов сопротивлений и нормального кадмиевого элемента, г) потенциометра. [c.30]

    При записи интегральных полярограмм с сопротивления поляризующее напряжение, плавно изменяющееся в пределах одного вольта. Запись полярограммы начинается с любого заранее заданного напряжения в диапазоне от +0,5 до —2 в. Установка этого напряжения производится переключателями BJ, В2). Измерение силы тока ячейки производится компенсационным методом путем сравнения падения напряжения на одном из сопротивлений с падением напряжения на компенсационном сопротивлении Да. При изменении тока ячейки между точками вид появляется разность напряжений, которая подается на усилитель переменного тока. Усиленный сигнал управляет следящим двигателем (на схеме не показан), перемещающим дви- [c.23]

    Для получения высококачественных полярограмм необходимо обеспечить такие условия, при которых линейность изменения напряжения на ячейке не нарушалась бы при возможных колебаниях силы тока. Решение этой задачи может быть выполнено путем введения компенсации дополнительных падений напряжения на сопротивлениях измерительной цепи и ячейки. В частности, в рассмотренной выше схеме прибора ПЭ-ЗГ2 применен компенсационный метод измерения, обеспечивающий независимость напряжения на ячейке от величины последовательно с ней включенных сопротивлений Для устранения влияния сопротивления раствора в измерительную схему тем или иным способом вводится дополнительное напряжение, равное по величине, но противоположное по знаку падению напряжения в растворе [Л. 10—12]. [c.25]

    Наиболее простым и распространенным методом измерения электродных потенциалов является компенсационный метод. Измерения этим методом не представляют затруднений по указанному выше режиму. При необходимости фиксировать начальные относительно быстрые изменения потенциалов обычную методику приходится усложнять [254]. Компенсационный метод характерен тем, что измерение электродвижущих сил элементов может быть произведено в условиях, когда ток через них не проходит [255, 256]. Его принцип состоит в том, что электродвижущая сила элемента, одним электродом которого является металл [c.153]

    Сущность компенсационного метода измерения состоит в уравновешивании (компенсации) неизвестной электродвижущей силы термопары равной ей разностью потенциалов постороннего источника тока, но противоположной по знаку. Такие приборы называются потенциометрами, или компенса- 1 4 торами. [c.133]

    На рис. 35 показана схема измерения термоэлектродвижущей силы термопар компенсационным методом. Ток строго определенной величины от источника тока Б обтекает цепь, состоящую из последовательно включенных манганиновых сопротивлений — нэ. — рИ -/ доб- Сопротивление Яр, называемое реохордом, изготовляют из однородной манганиновой проволоки [c.133]

    Ток в цепи устанавливают (нормализуют) компенсационным методом при помощи источника с эталонной электродвижущей силой. В качестве такого источника служит нормальный элемент НЭ. Ключ д замыкают с контактом 2 при этом нормальный элемент включается в цепь, состоящую из постоянного сопротивления 7 эИ нуль-гальванометра ЯЯ. Если стрелка нуль-гальванометра показывает отсутствие тока, то разность потенциалов батареи между точками Л и 3 равна электродвижущей силе нормального элемента. При наличии тока в цепи гальванометра движок реостата Яб передвигают до тех пор, пока стрелка нуль-прибора ЯЯ не покажет отсутствие тока. Величину сопротивления / Н9 подбирают такой, чтобы при расчетном токе / в цепи потенциометра разность потенциалов между точками 3 и Л равнялась электродвижущей силе нормального элемента. После установления нормальной величины тока в цепи батареи можно приступить к измерению термоэлектродвижущей силы термопары ключ К замыкают с контактом 1 при этом нуль-прибор подключается к рабочей цепи потенциометра, а нормальный элемент отключается и далее в работе схемы потенциометра, при измерении э. д. с. термопары, участия не принимает. [c.134]

    Измерение электродвижущей силы элемент. С известной степенью точности э. д. с. элемента можно непосредственно измерить вольтметром, имеющим большое внутреннее сопротивление. Сила тока, проходящего через цепь, в этом случае мала, и внутренними потерями в элементе можно пренебречь. При необходимости более точного измерения следует пользоваться компенсационным методом. [c.31]

    Наиболее точным и целесообразным методом измерения является так называемый компенсационный метод, с помощью которого электродвижущие силы элементов могут быть измерены в условиях, когда ток через них не проходит. [c.197]

    Указанные недостатки компенсационного метода заставляют нередко прибегать к измерению э. д. с. при помощи ламповогО электрометра, представляющего собой ламповый вольтметр постоянного тока. Измеряемая э. д. с. подается на вход лампы, вызывая изменение потенциала сетки и, следовательно, силы анодного тока. Чувствительный гальванометр, регистрирующий это изменение, позволяет прочесть величину поданной э. д. с. Высокое входное сопротивление лампового электрометра, достигающее величины 10 °—10 ом, обеспечивает протекание весьма малого тока в элементе. Оно же позволяет измерять э. д. с. элементов с высоким внутренним сопротивлением. Применение лампового электрометра удобно потому, что позволяет непосредственно по шкале прибора прочесть величину э. д. с., не прибегая к компенсации. Однако точность отсчета при этом, конечно, меньше, чем достигаемая при помощи обычного потенциометра. [c.236]

    Большим преимуществом метода компенсации является то, что сопротивление подводящих проводов термометра не оказывает никакого влияния на результат измерения сопротивления чувствительного элемента. В самом деле, в тот момент, когда гальванометр (нуль-индикатор компенсационной схемы) не показывает отклонения, сила тока в потенциометрических подводящих проводах равна нулю. Таким образом, напряжение, измеряемое потенциометром, строго равно напряжению на концах чувствительного элемента термометра. [c.95]

    Указанных недостатков лишены косвенные методы определения чисел переноса, основанные на измерении электродвижущих сил различных гальванических ячеек, в которых в качестве электролитов используются образцы исследуемых твердых тел. Обычно э. д. с. измеряется компенсационным методом, когда ток через ячейку не проходит и, следовательно, состояние образцов наиболее близко к равновесному. Несомненными достоинствами методов, основанных на измерении э. д. с., являются высокая точность и воспроизводимость измерений и простота экспериментального оформления. [c.207]

    Усилители постоянного или переменного тока, охваченные глубокой (практически близкой к 100%) отрицательной обратной связью, целесообразно выделить в отдельную группу в силу присущих им специфических особенностей. Такие усилители сочетают в себе положительные- свойства компенсационных методов измерения поэтому в качестве регистрирующего прибора можно применять магнито-электрические приборы с непосредственным отсчетом. [c.130]

    Ячейку питают пониженным напряжением (10—20 мв) промышленной частоты. Последовательно с ячейкой включают сопротивление ограничивающее ток, протекающий через раствор, и эталонное сопротивление по падению напряжения на котором определяют силу тока, протекающего через раствор. Измерение осуществляют компенсационным методом. При помощи переключателя П к компенсатору подключают либо напряжение, [c.242]

    Мерой давления служит величина тока, необходимая для поддерживания пороговой температуры свечения нити. Силу тока целесообразно измерять компенсационным методом, так как при этом можно исключить ток холостого хода и перенести нулевую точку прибора в требуемую область измерений. [c.398]

    Наибольшей точности можно достичь, применяя компенсационный метод измерения напряжения. Он заключается в сравнении измеряемой разности потенциалов с падением напряжения на эталонном сопротивлении. Величина последнего должна быть точно известна. Компенсационным методом можно измерять не только напряжение, но и силу тока и сопротивление. [c.120]

    Измерение электродвижущих сил. Нормальный элемент. При работе гальванического элемента его э. д. с. не сохраняет строго постоянного значения вследствие изменения концентрации растворов и других причин. Поэтому точные измерения 3. д. с. должны производиться при минимальном прохождении тока. Этому отвечает компенсационный метод измерения э. д. с. (метод Поггендор-фа), дающий возможность определить э. д. с. элемента путем измерения разности потенциалов в условиях обратимой работы элемента. Принципиальная схема установки для компенсационного измерения э. д. с. показана на рис. 152. [c.435]

    Метод поляризационных кривых. Для уяснения этого метода разберем простейший случай разряда водородного иона на платиновом катоде в растворе серной кислоты. Будем постепенно увеличивать напряжение злектролизующего тока на электродах, замечая при этом изменения потенциала на катоде, а также силу тока, проходящего через раствор серной кислоты. Измерения напряжения и силы тока ведут с помощью милливольтметра и миллиамперметра, а определение потенциала катода — компенсационным способом. На абсциссе откладывают величины потенциала е, а на ординате — соответствующие силы тока I. Кривая на рис. 94 показывает, что вначале, при постепенном увеличении силы тока, величина е растет довольно быстро и кривая проходит вблизи абсциссы и лишь по достижении некоторого предела дает определенный перегиб, резко поднимаясь вверх. Потенциал электрода, соответствующий началу подъема силы тока, называют потенциалом разряда. Очевидно, что такой резкий подъем силы тока возможен только тогда, когда приложенное внешнее напряжение хотя бы на небольшую величину превышает электродвижущую силу гальванической пары, образующейся в результате электролиза. В рассматриваемом случае такой парой будет платиновый катод, насыщенный водородом, т. е. [c.263]

    Степень поляризации зависит от характера анодных и катодных участков, состава коррозио1шой среды и плотности коррозионного тока. Чем бо,1ьше наклон поляризационных кривых, тем сильнее поляризуется электрод и тем сильнее тормозится анодный или катодный процесс. Для снятия поляризационных кривых могут быть использованы разные схемы установок. Схема любой установки для снятия поляризационных кривых гальваностатическим способом подобна схеме для измерения электродных потенциалов компенсационным методом и отличается от нее по существу только тем, что она предусматривает подвод постоянного тока к исследуемому электроду и измерение его величины, т. е. включает источник постоянного тока, приборы для измерения силы тока и регулирования его величины и вспомогательный поляризующий электрод. Схема установки для снятия поляризационных кривых приведена на рис. 222. [c.342]

    Потенциометр постоянного тока высокоомный ППТВ-1. Потенциометр ППТВ-1 (рис. 29) представляет собой лабораторный переносный прибор, служащий для измерения электродвижущих сил и напряжений постоянного тока компенсационным методом. При этом измеряемая э. д. с. уравновешивается падением напряжения на группе точных сопротивлений, по которым протекает ток строго определенной величиньг. Прибор дает возможность также измерять сопротивления и силу тока при наличии образцовых катушек сопротивления. [c.46]

    Электродвижущую силу гальванических элемент тов измеряют компенсационным методом. Схема ус- тановки для измерения электродвижущей силы компенсационным методом дана на рис. 50. Источник постоянного тока, обычно электрический аккумулятор, подключают к концам реохорда ab. Элемент, эдс которого измеряется, подключают к реохорду в точке а и через гальванометр к подвижному контакту с. Аккумулятор и исследуемый элемент включают таким образом, чтобы их токи протекали навстречу друг другу, т. е. их электродвижущие силы Егкк и компенсируются. Перемещая подвижной контакт с реохорда ab находят такое его положение, при котором гальванометр покажет отсутствие тока. Это оз- начает, что падение потенциала на участке ас точно равно электродвижущей силе исследуемого элемен-. та. Тогда можно записать следующее отношение ExI aKK — ас[аЬ. [c.139]

    Потенциометры. Потенциометрическая усхановка состоит из индикаторного электрода и элёктрода сравнения, погруженных в анализируемый раствор. Потенциал индикаторного электрода финд такой гальванической ячейки измеряют относительно стандартного электрода фст- Если в цепи отсутствует ток, поляризующий электроды, разность потенциалов Аф зависит только от изменения потенциала финд и отличается от него на постоянную величину фс . В практике используют два способа измерения разности потенциалов двух электродов компенсационный и некомпенсационный. Наиболее распространенный и надежный способ измерения э. д. с. потенциометрической ячейки — компенсационный метод. Он основан-на компенсации двух противоположно направленных электродвижущих сил. На электроды ячейки налагают э. д. с внешнего источника постоянного тока, противоположно направленную э. д.,с. гальванической ячейки. При установившейся компенсации в цепи нет тока, э. д. с. ячейки и э. д. с. источника равны. В некомпенсационном методе э.д.с. гальванического элемента измеряют непосредственно гальванометром, последовательно с которым включают большое сопротивление и источник постоянного тока. Такая схема позволяет наблюдать изменение э.д.с. гальванического элемента по изменению силы тока в цепи. [c.121]

    При компенсационном методе измерения потенциалов не исключена возможность поляризации элемента или электрода и получения по этой причине искаженного значения потенциала. В процессе последовательного приближения к точке компенсации мы неизбежно замыкаем измеряемый элемент на чарть сопротивления потенциометра, при этом через измеряемый элемент протекает ток, который его поляризует. По этой причине для измерения электродвижущих сил гальванических элементов употребляются потенциометры с большим внутренним сопротивлением — 10 2 и выше на 1 тУ. Помимо этого, имеется вероятность поляризации элемента даже при достижении компенсации. Момент достижения компенсации устанавливается по отсутствию отклонения нульинструмента. Если в схеме при измерении взят нульинстру-мент с чувстительностью 1-10 А/деление, то тока силой в 10 А мы уже не обнаружим и будем считать, что достигнута полная компенсация. Рассмотрим, какая поляризация может возникнуть в результате протекания тока силою в 10 А. Возьмем элемент с одним практически не поляризующимся электродом (таковым при достаточных размерах [c.214]

    Полярограф предназначен для автоматической записи кривых сила тока — приложенное напряжение . Все полярогра-фы имеют самостоятельный хорошо стабилизированный источник постоянного напряжения, которое подается на реохорд. При движении контакта реохорда разность потенциалов, равномерно возрастающая или убывающая, подается на электрохимическую ячейку. Принимая во внимание, что небольшие изменения потенциала, приложенного к индикаторному электроду, резко влияют на характер и скорость электрохимического процесса, точному измерению потенциалов в полярографии уделяют большое внимание. Для этого обычно используется трехэлектродная ячейка, и потенциал индикаторного электрода имеряется по компенсационному нуль-методу с применением потенциометрического моста. Метод отличается высокой точностью, но недостатком его является длительность измерений и громоздкость установки. [c.161]

    Точнее всего емкость поверхности раздела металл — раствор можно определить по данным переменпоточных измерений импеданса компенсационным методом моста или измерений угла сдвига фаз. Сначала электрод поляризуется током постоянной силы или при постоянном потенциале до установления стационарного состоя- [c.413]

    Принцип компенсационного метода определения электродвижущей силы цепи. Так как не существует надежного и простого способа измерения потенциала отдельного электрода, то всегда его измеряют по отношению к другому стандартному электроду (стандартный полуэле-мент). При соединении обоих электродов создается цепь или элемент, э.д.с. которого можно измерить. Если концы цепи присоединить к гувствительному вольтметру, то нельзя ожидать точных результатов, так как через систему потечет ток от элемента. Этот ток вызовет химические реакции на обоих электродах и, вследствие возникающей поляризации, э.д.с. цепи будет меняться во время измерения. Поэтому обычно применяемым методом является метод Поггендорфа — Дю Буа Реймонда, в котором измеряемая э.д.с. компенсируется известной электродвижущей силой, направленной обратно. Когда неизвестная э.д.с. компенсирована, в цепи отсутствует ток, что можно установить каким-нибудь нулевым инструментом, подобным гальванометру. [c.104]

    Компенсационным методом можно измерять не только напряжение, но также силу тока и сопротивление. На рис. IV.3 приведена схема измерения силы тока. В цепь измеряемого тока включают эталонное сонротивленпе Падение напряжения на сонротивлении измеряют потенциометром и силу тока определяют по формуле [c.121]

    Ячейку питают пониженным напряженпем (10—20 мв) промышленной частоты. Последовательно с ячейкой включают сопротивление ограничивающее ток, протекаюший через ра -«вор, и эталонное сопротивление по паденпю напряжения на котором определяют силу тока, протекающего через раствор. Измерение осуществляют компенсационным методом. При помощи переключателя П к компенсатору подключают либо напряжение, падающее на эталонном сопротивлении i э, либо напряжение, падающее ва ячейке. [c.207]

    В последнее время получили распространение электронные самопишущие полярографы, изготовляемые, как правило, на базе самопишущих электронных потенциометров. Продвижение бумажной ленты синхронизировано в них с движением реохорда, задающего напряжение на ячейку силу поляризационного тока измеряют по падению напряжения на эталонном сопротивлении. Измерение напряжения производят компенсационным методом с помощью само-уравновешивающегося моста самопиш5 щего потенциометра. [c.298]


Измерение тока | Dewesoft

Теперь некоторые текущие измерения будут проводиться с помощью оборудования DEWESoft. Измерения будут проводиться на двух лампочках, чтобы определить текущее потребление классической лампочки 40 Вт и энергосберегающей лампочки мощностью 11 Вт. В этом измерении будут использоваться два подхода: первый — это прямое измерение напряжения с использованием шунтирующего резистора, а второй — с использованием токовых клещей.

Перед началом измерения необходимо произвести некоторые вычисления.Эти расчеты позволят определить, какой усилитель SIRIUS и диапазон усилителя необходимо использовать, а также тип токовых клещей.

Когда обе лампочки включаются одновременно, заявленная мощность будет 51 Вт, а среднеквадратичное значение сети составляет 230 В, это переменные, которые нам нужны для расчета. Ниже приведен расчет.

\ [P_1 = 40 Вт \] \ [P_2 = 11 Вт \] \ [P = P_1 + P_2 \] \ [I = \ frac {P} {V} = \ frac {51 Вт} {230 В} \ около 0.22 A \]

После того, как были сделаны грубые вычисления, текущее среднеквадратичное значение будет примерно 0,22 А. Но мы должны учитывать, что максимальное значение синусоидального сигнала в 2 раза больше среднеквадратичного значения, но поскольку энергосберегающая лампочка не использует ток в форме синусоиды, у нас должен быть некоторый запас в наших диапазонах измерений из-за более высокого коэффициента амплитуды энергосберегающей лампы. С учетом этого был выбран диапазон 10 А для токовых клещей и шунта адаптера DSI SHUNT на 5 А.Шунт имеет сопротивление 0,01 Ом, что означает, что ток 1 А вызовет падение напряжения на шунте на 10 мВ. Эта информация необходима для настройки измерительного канала, на котором будет измеряться падение напряжения на шунте. Адаптеры Dewesoft DSI уже снабжены информацией о настройке канала (интегрированный TEDS), поэтому программное обеспечение может автоматически настроить настройку канала. Это всего лишь одна вещь меньше, о которой следует помнить, когда для измерений используются адаптеры Dewesoft DSI.

Теперь можно начинать измерение.Для этого измерения будут использоваться два разных усилителя Sirius, модуль LV и модуль ACC. Ниже на изображении показано, как выглядит измерительная установка, когда все компоненты подключены. Токовые клещи напрямую подключаются к модулю LV, а DSI SHUNT 5A напрямую подключается к модулю ACC.

Изображение 27: Оборудование для демонстрационных измерений

Как показано на рисунке, провода должны быть разделены для установки шунта. Будьте осторожны при этом, так как это может быть опасно из-за напряжения сети.Далее выполняется конфигурация канала 1 (шунтирующий канал). Рекомендуется переименовать канал, чтобы иметь четкое представление о том, какие компоненты подключены к каким каналам (для этого просто щелкните в месте, где указано имя канала, и введите выбранное имя), в этом примере имя шунтирующего тока было выбрано для Название канала.

Во-вторых, физическая величина будет установлена ​​на ток, единица измерения — А (Ампер) устанавливается автоматически программным обеспечением Dewesoft X. После изменения этих настроек рекомендуется откалибровать датчик.В этом примере будет выбрана двухточечная калибровка, так как уже известно, что 1 В будет равно 10 А. Эти два значения просто вводятся в предусмотренное место в правом нижнем углу экрана. Если параметры были установлены правильно и включена классическая лампочка мощностью 40 Вт, синусоида от тока будет отображаться в нижнем левом углу экрана настройки на осциллографе. См. Изображение на следующей странице.

Изображение 28: Настройка канала для шунтирующего тока

Для канала 8, к которому подключены токовые клещи, настройки будут немного отличаться от настройки шунта (канал 1), которая была сделана ранее, в основном это связано с тем, что токовые клещи подключаются к высоковольтной части прибора Sirius.Токовые клещи настроены на диапазон 10 А, что означает, что они дают выход 1 мВ / 1 мА (коэффициент масштабирования равен 1). Это означает, что выходное напряжение более 10 В невозможно, поэтому этот усилитель будет настроен на диапазон 50 В, чтобы гарантировать, что разрешение будет достаточным для измерения. Физическая величина должна быть снова установлена ​​на ток, и единица измерения снова автоматически переключится на ампер (A).

На изображении ниже показано, как будет выглядеть комбинированная форма волны энергосберегающей лампочки и классической лампочки при одновременном включении.Форма волны изменяется из-за несинусоидальной формы волны и высокого коэффициента амплитуды энергосберегающей лампочки.

Изображение 29: Настройка канала для токовых клещей

При переключении на экран режима измерения можно увидеть фазовый сдвиг токовых клещей по сравнению с шунтирующим резистором, как показано на изображении ниже. На первый взгляд фазовый сдвиг не кажется слишком большим (он составляет около 10 °), но в таких приложениях, как измерение мощности, фазовый сдвиг является критическим компонентом для получения правильных результатов измерений.

Это означает, что фазовый сдвиг 10 °, который присутствует в измерении в данный момент, может иметь значительное влияние на результаты измерения, особенно при выполнении подробного анализа мощности (особенно для реактивной и полной мощности). Опять же, этот фазовый сдвиг тока можно скомпенсировать с помощью редактора датчиков, как было объяснено ранее.

Изображение 30: Фазовый сдвиг между токовыми клещами и шунтирующим резистором

Отображение среднеквадратичного значения переменного тока

Существует два возможных способа отображения среднеквадратичного значения переменного тока в модуле питания

Базовый статистический метод

Чтобы увидеть Среднеквадратичное значение текущего сигнала, добавьте базовую статистику и математическую функцию .Выберите математический символ на главной панели инструментов, который откроет математический модуль, в котором есть четыре варианта, добавьте математику, которая имеет набор предопределенных математических функций, из которых можно выбрать. Затем есть модуль формул, в котором пользователь может ввести любую математическую формулу, какую только можно вообразить. Следующее поле — это фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), из которого можно выбрать набор фильтров. Наконец, основное поле статистики — это окно настройки, как показано ниже. Выберите входной канал (текущий сигнал), в данном случае I1 и RMS в качестве выходного канала.Его можно выбрать для отображения одного значения для каждого измерения или для отображения новых значений для каждого определенного блока. (Для получения дополнительной информации о функциях основного инструмента статистики нажмите F1 на клавиатуре, когда основной инструмент статистики открыт, и он автоматически откроет веб-страницу с полезной информацией и советами).

Изображение 41: Настройка базовой статистики

Использование регистратора

Второй вариант, который доступен для отображения среднеквадратичного значения сигнала, — это сделать это непосредственно на экране измерения с помощью записывающего устройства.Как видно на изображении ниже, есть две области: одна отображает реальное значение переменного тока, а другая — среднеквадратичное значение. (Совет: в параметрах записывающего устройства есть четыре параметра, одна из которых — Унифицированные свойства, это выбрано по умолчанию и означает, что когда выбрано реальное значение, это будет иметь место для обоих записывающих устройств, когда выбор отменен, один регистратор может отображать реальное значение, и один регистратор может отображать среднеквадратичное значение, как показано на изображении ниже). Чтобы отобразить значение RMS, перейдите к параметрам оси Y и выберите Тип отображения, в раскрывающемся списке выберите RMS (внизу слева от изображения).

Изображение 42: Отображение среднеквадратичного значения регистратора

Основы измерения тока: Часть 1

Примечание редактора: в этой серии из трех частей рассматриваются недооцененные нюансы измерения тока. В части 1 (здесь) будет обсуждаться общая настройка, выбор и реализация резистора для измерения тока. Во второй части будут обсуждаться связанные схемы, такие как критически важный аналоговый входной каскад (AFE) и инструментальный усилитель. В части 3 обсуждается использование воронкообразных усилителей для усиления измерений тока в приложениях, где нагрузка приводится в действие более высокими напряжениями.

Основы измерения силы тока

Текущий поток — один из наиболее распространенных параметров, используемых для оценки, контроля и диагностики операционной эффективности электронных систем. Поскольку это настолько распространенное измерение, дизайнеры часто попадают в затруднительное положение, если недооценивают нюансы точного измерения тока.

Наиболее распространенным чувствительным элементом, используемым для определения протекания тока, является прецизионный резистор с низким сопротивлением, устанавливаемый на пути тока. Этот резистор, обычно называемый шунтом, создает на нем напряжение, пропорциональное току, проходящему через него.Поскольку шунтирующий резистор не должен существенно влиять на ток, он часто бывает довольно небольшим, порядка миллиомов или долей миллиом (мОм). В результате напряжение, развиваемое на шунтирующем резисторе, также довольно мало и часто требует усиления перед преобразованием с помощью АЦП.

Таким образом, общая конфигурация сигнальной цепи для контроля тока включает аналоговый интерфейс для усиления напряжения, возникающего на шунтирующем резисторе, АЦП для преобразования усиленного напряжения в цифровое представление и системный контроллер (рисунок 1).

Рис. 1. Самый простой способ измерить ток — это использовать токовый шунтирующий резистор (крайний слева), на котором создается напряжение, пропорциональное протекающему через него току. AFE усиливает низкое напряжение на шунтирующем резисторе, чтобы использовать весь диапазон измерения АЦП. (Источник изображения: Texas Instruments)

AFE, обычно реализуемый с операционным усилителем или специальным усилителем считывания тока, преобразует небольшое дифференциальное напряжение, возникающее на шунтирующем резисторе, в большее выходное напряжение, которое использует большую часть полного диапазона измерения АЦП.АЦП, который может быть автономным устройством или встроенным блоком в микроконтроллере или системой на кристалле (SoC), оцифровывает сигнал напряжения и передает полученную информацию процессору управления. Системный контроллер использует оцифрованные измерения текущего потока для оптимизации работы системы или для реализации протоколов безопасности, чтобы предотвратить повреждение системы, если текущий поток превышает предварительно установленный предел.

Как компонент датчика в цепи, используемый для преобразования тока в напряжение, физические характеристики резистора (сопротивление, допуск, мощность, тепловой коэффициент и термо-ЭДС) влияют на точность.Следовательно, выбор подходящего шунтирующего резистора имеет решающее значение для оптимизации измерения тока.

Значение сопротивления шунта и соответствующее напряжение, возникающее на шунтирующем резисторе, нарушают работу системы. Например, шунтирующий резистор со слишком большим сопротивлением может снизить доступное напряжение для управления нагрузкой и вызвать ненужные потери.

Например, при измерении тока, подаваемого на обмотку двигателя, пониженное напряжение уменьшает электрическую мощность, доступную для двигателя, влияя на его эффективность и / или крутящий момент.Кроме того, большие токи, протекающие через шунтирующий резистор (десятки или сотни ампер), заставят резистор рассеивать значительное количество энергии в виде отработанного тепла, делая измерения менее точными и менее эффективными. По этим причинам сопротивление шунта должно быть как можно меньше.

Подбор шунтирующего резистора для измерения тока

Тот факт, что шунтирующие резисторы рассеивают мощность в результате протекающего через них тока нагрузки, требует, чтобы они имели очень низкие значения сопротивления.Кроме того, для стабильности измерения резисторы считывания тока также должны иметь очень низкий температурный коэффициент сопротивления (TCR). Низкое значение TCR приведет к высокой точности измерения с низкой температурной зависимостью.

Термическая ЭДС резистора считывания тока — еще одна важная характеристика. Токовые шунтирующие резисторы должны работать в широком диапазоне токов. Когда ток низкий, например, в аккумуляторной батарее в спящем или ждущем режиме, термоэдс шунта добавляет измеряемое напряжение ошибки к напряжению, генерируемому током, протекающим через резистор.Это напряжение ошибки должно быть значительно ниже минимального ожидаемого напряжения, генерируемого током, представляющим интерес, протекающим через шунтирующий резистор, что минимизирует ошибку измерения.

Шунтирующие резисторы для датчиков тока доступны с двумя или четырьмя выводами. Шунтирующий резистор с двумя выводами проще всего понять, потому что он работает так же, как любой двухполюсный резистор. При пропускании тока через двухконтактный шунтирующий резистор на его выводах возникает напряжение, пропорциональное току, проходящему через него.

Примеры двухполюсных шунтирующих резисторов включают серию шунтирующих резисторов Bourns CSS2 и шунтирующих резисторов Vishay WSLP. Серия Bourns CSS2 включает шунтирующие резисторы с номинальной мощностью от 2 до 15 Вт, сопротивлением от 0,2 до 5 мОм и максимальным номинальным током от 140 до 273 ампер. Типичное устройство этой серии, CSS2H-2512R-L500F, поставляется в корпусе 2512 для поверхностного монтажа, имеет сопротивление 0,5 мОм и номинальную мощность 6 Вт.

Семейство шунтирующих резисторов WSLP Vishay включает устройства в нескольких стилях корпусов для поверхностного монтажа, занимающих площадь от 0603 до 2512 с номинальной мощностью 0.От 4 до 3 Вт, сопротивление от 0,5 мОм до 0,1 Ом и допуск по сопротивлению 0,5 или 1%. Типичным токовым шунтирующим резистором Vishay является WSLP1206R0150FEA, который поставляется в корпусе 1206 с сопротивлением 15 мОм, допуском 1% и номинальной мощностью 1 Вт.

Обратите внимание, что эти токовые шунтирующие резисторы для поверхностного монтажа (SMT) имеют небольшие размеры и занимают очень мало места на плате, но, поскольку они могут рассеивать значительное количество тепла, их следует размещать вдали от термочувствительных компонентов.

Три сопротивления в одном шунтирующем резисторе

Несмотря на внешность, токовые шунтирующие резисторы не так просты, как кажется. В частности, сопротивление шунтирующего резистора фактически состоит из трех сопротивлений (рисунок 2). Во-первых, сопротивление самого шунтирующего резистора. Затем идут сопротивления выводов шунтирующего резистора и выводы на печатной плате, подключенные к шунтирующему резистору. Обычно эти сопротивления выводов незначительны, но токовые шунтирующие резисторы обычно имеют очень низкие значения.При сильноточных измерениях даже небольшое сопротивление выводов приводит к ошибкам измерения, поскольку они не входят в спецификации сопротивления шунтирующего резистора, указанные производителем.

Рисунок 2: Двухконтактный токовый шунтирующий резистор имеет три последовательных сопротивления: сопротивление фактического шунтирующего резистора, сопротивление двух выводов резистора и сопротивление выводов или дорожек на плате компьютера, подключенных к резистору ( не показано). Сопротивление выводов может вызвать ошибку измерения при сильноточных измерениях.(Источник изображения: Bourns)

Один из способов избежать ошибок измерения, вызванных посторонними сопротивлениями проводов, — это создать соединение Кельвина, проложив отдельные сенсорные трассы к двухполюсному шунтирующему резистору (рис. 3).

Рис. 3. Подключение по Кельвину к двухконтактному резистору, чувствительному к току, снижает ошибку измерения, вызванную сопротивлением проводов резистора и печатной платы. Примеры изображений двухполюсных токовых шунтирующих резисторов показаны справа.(Источник изображения: Bourns)

В этой конфигурации большие дорожки печатной платы проводят ток на входе и выходе токового шунтирующего резистора. Следы гораздо меньшего размера, которые не находятся в основном потоке тока, но расположены как можно ближе к резистивному элементу шунтирующего резистора, снимают напряжение на шунтирующем резисторе и передают это напряжение на AFE. Разделение токоведущих клемм от измерительных клемм определяет соединение по Кельвину.

Получившееся схематическое изображение соединения Кельвина с использованием двухполюсного шунтирующего резистора показано на рисунке 4.

Рис. 4. Использование соединения Кельвина с двухполюсным шунтирующим резистором выводит линии измерения напряжения из основного пути тока, что приводит к более точному измерению напряжения на шунтирующем резисторе. (Источник изображения: Bourns)

Очень слабый ток проходит через два измерительных сопротивления, показанных на рисунке 4, потому что они подключены к входам с высоким импедансом усилителя или АЦП, что делает их сопротивление гораздо менее критичным, чем значения сопротивления проводов, по которым проходят большие токи и из шунтирующего резистора.Следовательно, падение напряжения на измерительных сопротивлениях довольно мало и не является существенным источником ошибок для измерения тока.

Два терминала или четыре?

Как видно на схеме компоновки печатной платы на Рисунке 3, невозможно полностью исключить сопротивление выводов в двухполюсном шунтирующем резисторе даже при использовании соединения Кельвина. Должен быть некоторый допуск на компоновку контактных площадок, чтобы учесть ошибку позиционирования, когда шунтирующий резистор помещается и припаян к печатной плате.

Кроме того, TCR медных дорожек печатной платы (3900 ppm / C) намного выше, чем TCR резистивного элемента шунтирующего резистора (часто менее 50 ppm / C). Эти параметрические различия приводят к тому, что изменение сопротивления на дорожках печатной платы намного выше, чем изменение сопротивления резистора считывания тока, что делает температурную зависимость измерительной схемы высокой.

При использовании двухполюсного шунтирующего резистора с подключением по Кельвину уровень точности может быть недостаточным для многих приложений измерения тока, где задействованы очень высокие токи.Для таких приложений производители предлагают шунтирующие резисторы с четырьмя выводами, которые реализуют соединение Кельвина внутри резистора. Включив его, производитель может полностью контролировать все допуски и температурные коэффициенты, относящиеся к соединению Кельвина (рис. 5).

Рис. 5. Четырехконтактный шунтирующий резистор реализует высокоточное соединение Кельвина с датчиками, расположенными очень близко к шунтирующему резистору. Пример изображения четырехполюсного токового шунтирующего резистора появляется справа.(Источник изображения: Bourns)

Четырехполюсный токоизмерительный резистор, использующий соединение Кельвина, имеет отдельные выводы для протекания большого тока через резистор и для измерения напряжения, что помогает повысить точность измерения. Кроме того, использование четырехконтактного шунтирующего резистора со встроенным соединением Кельвина снижает эффекты TCR, обеспечивая улучшенную температурную стабильность по сравнению с двухконтактным шунтирующим резистором, использующим схему печатной платы для реализации соединения Кельвина.

Компания

Bourns предлагает несколько четырехконтактных шунтирующих резисторов в серии устройств поверхностного монтажа CSS4 (рис. 6).

Рис. 6. Шунтирующие резисторы Bourns CSS4 для поверхностного монтажа используют четырехконтактное соединение Кельвина для максимальной точности измерения тока. (Источник изображения: Bourns)

Типичные члены серии Bourns CSS4 включают шунтирующие резисторы CSS4J-4026K-2L00F 1%, 5 Вт, 0,5 мОм и 1%, 4 Вт, 2 мОм. Оба этих устройства имеют низкий TCR, низкую термо-ЭДС и площадь основания менее 10 мм на 7 мм.

Заключение

Первым шагом в измерении тока является преобразование электрического тока в более легко измеряемый параметр напряжения. Шунтирующие резисторы тока — недорогие компоненты, которые решают эту задачу. Однако, как показано, номинал шунтирующего резистора должен быть низким, чтобы минимизировать его влияние на схему и минимизировать рассеивание мощности в самом резисторе.

Другие важные параметры токовых шунтирующих резисторов включают TCR и термо-ЭДС, которые могут существенно повлиять на точность измерения тока.

Наконец, чтобы максимизировать точность измерения, критически важно не допускать попадания сильного тока, протекающего через резистор считывания тока, за пределы тракта считывания, либо с помощью специальной компоновки печатной схемы, которая создает соединение Кельвина для двухполюсного резистора считывания тока, или с помощью четырехконтактного резистора считывания тока.

Поскольку низкое значение сопротивления означает, что напряжение, развиваемое на резисторе считывания тока, будет небольшим, во второй части этой серии статей будут рассмотрены соображения по разработке AFE, который усиливает низкое напряжение в большее, что упрощает его использование. измеряется АЦП.

Артикул:

  1. Пини, А. (2018). Эффективно выбирайте и применяйте усилители считывания тока, чтобы лучше управлять мощностью. Библиотека статей Digi-Key .

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Шесть методов измерения тока — Hioki USA

HIOKI — один из немногих производителей в мире, который разрабатывает и производит собственные датчики тока для сопряжения с анализаторами мощности, измерителями мощности и осциллографами.Еще более примечательно то, что наша текущая линейка датчиков состоит из продуктов, которые работают на 6 различных принципах измерения тока, каждый со своими преимуществами и областями применения. Шесть методов измерения тока:

1. Датчик тока (ТТ)
2. Элемент Холла
3. Катушка Роговского
4. ТТ с использованием метода нулевого потока
5. Элемент Холла с использованием метода нулевого потока
6. Магнитный затвор с использованием метода нулевого потока

Принципы измерения датчика тока

Принципы измерения: датчики тока CT

Датчики тока CT используют принцип преобразования измеряемого тока во вторичный ток, который пропорционально коэффициенту оборотов.

Принцип измерения:

  • Переменный ток, который пропорционален отношению витков, течет во вторичной обмотке, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ, создаваемый в магнитопроводе переменным током, протекающим в измеряемый проводник (первичная сторона цепи).
  • Этот вторичный ток течет к шунтирующему резистору, создавая напряжение на его выводах. Это напряжение является выходным сигналом измерительной схемы, которое пропорционально току, протекающему в измеряемом проводе.

Характеристики по сравнению с другими методами измерения тока:

  • Метод ТТ может измерять только переменный ток. (Он не может измерять постоянный ток.) ​​
  • Датчик тока ТТ стоит недорого.
  • Метод CT используется в основном с частотами промышленной сети 50/60 Гц.
  • Метод CT используется в таких приборах, как токоизмерительные клещи, используемые, среди прочего, для управления экономией энергии в зданиях.
  • Поскольку работа датчика зависит от компенсации магнитного потока (тип работы с отрицательной обратной связью), он обычно характеризуется хорошей линейностью.

Соответствующие датчики тока Hioki (номера моделей):

9675, 9657-10, 9661-01, 9695-03, 9695-02, 9694, 9669, 9661, 9660, 9132-50, 9018-50, 9010-50, 9650, 9651 и т. Д.

* Более подробные характеристики см. На страницах отдельных продуктов.

Принципы измерения: датчики тока элемента Холла

Датчик тока элемента Холла использует принцип преобразования магнитного поля, создаваемого вокруг измеряемого тока, в напряжение с помощью эффекта Холла.

Принцип измерения:

  • Когда магнитный поток Φ, создаваемый внутри магнитопровода током, протекающим в измеряемом проводнике (первичная сторона цепи), проходит через вставленный элемент Холла в зазор в магнитопроводе эффект Холла приводит к возникновению напряжения Холла, которое изменяется пропорционально магнитному потоку.
  • Поскольку это напряжение Холла невелико, оно должно усиливаться усилителем для создания выходного сигнала.
  • Этот выходной сигнал пропорционален току, протекающему в измеряемом проводнике.

Характеристики по сравнению с другими методами измерения тока

  • Метод элемента Холла позволяет измерять как постоянный, так и переменный ток (до нескольких килогерц).
  • Датчики тока с элементом Холла недороги.
  • Из-за влияния линейности элемента Холла и характеристик B-H магнитного сердечника датчики с элементом Холла обычно не обладают хорошей точностью.
  • Из-за характеристик элемента Холла работа датчика подвержена дрейфу, вызванному факторами, включая температуру и изменения во времени, что делает устройства плохо подходящими для долговременных измерений.
  • Поскольку магнитный сердечник действует как нагрузка, датчики Холла нельзя использовать в высокочастотном диапазоне.

Соответствующие датчики тока Hioki (номера моделей):

CT7636, CT7631, CT7642, CT7731, CT7736, CT7742 и т. Д.

* Указанные выше продукты отличаются улучшенным дрейфом и точностью.

* Более подробные характеристики см. На страницах отдельных продуктов.

Принцип измерения: датчики тока пояса Роговского

Датчики тока пояса Роговского выполняют измерения путем преобразования напряжения, которое индуцируется в катушке с воздушным сердечником магнитным полем переменного тока, создаваемым вокруг измеряемого тока.

Принцип измерения:

  • Напряжение индуцируется в катушке с воздушным сердечником путем связывания магнитного поля, создаваемого переменным током, протекающим в измеряемом проводнике (первичная сторона цепи), и воздухом. сердечник катушки.
  • Поскольку это индуцированное напряжение становится значением дифференциала по времени (di / dt) для измеряемого тока, его можно пропустить через интегратор для создания выходного сигнала, пропорционального измеряемому току.

Характеристики по сравнению с другими методами измерения тока:

  • Поскольку магнитный сердечник отсутствует, датчики тока с поясом Роговского могут измерять большие токи, не испытывая магнитного насыщения.
  • Нет нагрева, насыщения или гистерезиса, вызванных магнитными потерями.
  • Поскольку датчиком служит катушка с воздушным сердечником, датчик может быть тонким и гибким.
  • Датчики тока с поясом Роговского имеют низкое сопротивление.
  • Датчик тока с помощью пояса Роговского может измерять только переменный ток. Он не может измерять постоянный ток.
  • Поскольку на точность измерения влияют площадь поперечного сечения и длина катушки с воздушным сердечником, датчики тока в форме пояса Роговского чувствительны к влиянию положения проводника и внешнего шума, что делает их плохо подходящими для высокоточных измерений.
  • Конструкция датчиков тока с поясом Роговского без сердечника затрудняет измерение ими малых токов до 10 А или меньше.

Соответствующие датчики тока Hioki (номера моделей):

CT7046, CT7045, CT7044, CT9667-01, CT9667-02, CT9667-03 и т. Д.

* Указанные выше продукты отличаются повышенной шумостойкостью.

* Более подробные характеристики см. На страницах отдельных продуктов.

Принципы измерения: Измерение тока нулевого потока переменного тока (тип обнаружения обмотки) Определение тока

Измерение тока нулевого потока переменного тока (тип обнаружения обмотки) улучшает низкочастотные характеристики метода ТТ.

Принцип измерения:

  • Вторичный ток, который пропорционален отношению витков обмотки обратной связи на вторичной стороне цепи, течет, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ, создаваемый внутри магнитопровода посредством Переменный ток, протекающий в измеряемом проводнике (первичная сторона цепи).
  • В низкочастотной области магнитный поток нельзя полностью компенсировать, и часть остается.
  • Остающийся магнитный поток обнаруживается обмоткой обнаружения, и через цепь усилителя протекает вторичный ток, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ.
  • Этот вторичный ток течет к шунтирующему резистору, создавая напряжение на его выводах.
  • Это напряжение на выходе измерительной схемы, которое пропорционально току, протекающему в измеряемом проводе.

Характеристики по сравнению с другими методами измерения тока:

  • Поскольку работа датчика зависит от компенсации магнитного потока в магнитопроводе (тип работы с отрицательной обратной связью), датчики нулевого потока переменного тока имеют отличную линейность и не зависят от характеристик BH магнитного сердечника.
  • Датчики нулевого потока переменного тока хорошо подходят для измерения мощности, поскольку они характеризуются небольшой фазовой ошибкой даже на низких частотах.
  • Датчики нулевого потока переменного тока имеют низкий вводимый импеданс, поскольку они характеризуются низкими рабочими уровнями магнитного потока.
  • Поскольку датчики нулевого потока переменного тока работают как датчики трансформатора тока в высокочастотной области, они могут работать в широком диапазоне частот.

Соответствующие датчики тока (модели):

9272-10 и т. Д.

* Более подробные характеристики см. На страницах отдельных продуктов.

Принципы измерения: Датчики переменного / постоянного тока с нулевым потоком (тип обнаружения элемента Холла) датчики тока

Датчики тока с нулевым потоком переменного / постоянного тока (тип обнаружения элемента Холла) могут измерять постоянный ток, потому что они сочетают метод компьютерной томографии с элементом Холла.

Принцип измерения:

  • Вторичный ток, который пропорционален соотношению витков в обмотке обратной связи на вторичной стороне цепи, течет так, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ, создаваемый в магнитопроводе за счет Переменный ток, протекающий в измеряемом проводнике (первичная сторона цепи).
  • В низкочастотной области, начиная с постоянного тока, магнитный поток не может быть полностью нейтрализован, и часть остается.
  • Магнит
  • Поскольку обнаружение осуществляется обмоткой, датчики нулевого потока переменного тока могут измерять только переменный ток. Они не могут измерять постоянный ток.
  • Остающийся поток IC обнаруживается элементом Холла, а вторичный ток протекает через цепь усилителя, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ.
  • Этот вторичный ток течет к шунтирующему резистору, создавая напряжение на его выводах.
  • Это напряжение на выходе измерительной схемы, которое пропорционально току, протекающему в измеряемом проводе.

Характеристики по сравнению с другими методами измерения тока:

  • Этот тип датчика переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком обеспечивает превосходную линейность и поддерживает высокую точность вплоть до токов низкого уровня.
  • Этот тип датчика переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком также обеспечивает высокое отношение сигнал / шум в широком диапазоне частот.
  • Этот тип измерения переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком имеет низкий вводимый импеданс, поскольку он характеризуется низкими уровнями рабочего магнитного потока.
  • Поскольку этот тип измерения переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком работает как трансформатор тока в высокочастотной области, он может работать в широком диапазоне частот.
  • Поскольку обнаружение выполняется элементом Холла, этот тип датчика переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком может обнаруживать магнетизм, создаваемый постоянным током, и может измерять постоянный ток.

Соответствующие датчики тока Hioki (номера моделей):

3273-50, 3274, 3275, 3276, CT6700, CT6701 и т. Д.

* Более подробные характеристики см. На страницах отдельных продуктов.

Принципы измерения: Датчики тока с нулевым потоком переменного / постоянного тока (тип обнаружения магнитного затвора)

Датчики тока переменного / постоянного тока с нулевым потоком (тип обнаружения магнитного затвора) могут измерять постоянный ток, так как они объединяют трансформатор тока метод с магнитным затвором (FG) элементом.

Принцип измерения:

  • Вторичный ток, который пропорционален соотношению витков в обмотке обратной связи на вторичной стороне цепи, течет так, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ, создаваемый в магнитопроводе за счет Переменный ток, протекающий в измеряемом проводнике (первичная сторона цепи).
  • В низкочастотной области, начиная с постоянного тока, магнитный поток не может быть полностью нейтрализован, и часть остается.
  • Остающийся магнитный поток обнаруживается элементом FG, а вторичный ток протекает через цепь усилителя, чтобы нейтрализовать магнитный поток Φ.
  • Этот вторичный ток течет к шунтирующему резистору, создавая напряжение на его выводах.
  • Это напряжение на выходе измерительной схемы, которое пропорционально току, протекающему в измеряемом проводе.

Характеристики по сравнению с другими методами измерения тока:

  • Этот тип измерения переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком обеспечивает превосходную линейность и поддерживает высокую точность вплоть до токов низкого уровня.
  • Этот тип датчика переменного / постоянного тока с нулевым магнитным потоком имеет низкий вводной импеданс, поскольку он характеризуется низкими рабочими уровнями магнитного потока.
  • Поскольку элемент FG, который определяет постоянный ток, имеет чрезвычайно малое смещение в широком диапазоне температур по причинам, связанным с его принципом работы, датчик может обеспечивать высокую точность и стабильность.

Соответствующие датчики тока Hioki (номер модели):

CT6841, CT6843, CT6844, CT6845, CT6846, CT6862, CT6863, CT6865, 9709 и т. Д.

* Более подробные характеристики см. На страницах отдельных продуктов.

Измерение сильноточного тока с помощью датчика тока Allegro

Измерение сильных токов с помощью ИС датчика тока Allegro и ферромагнитного сердечника: влияние вихревых токов

Янник Вуйллермет,
Allegro MicroSystems Europe Ltd

Скачать PDF версию

Введение

Методика измерения тока шины с окружающим ферромагнитным сердечником общеизвестна.Для измерения сильных токов, превышающих 200 А, Allegro рекомендует использовать линейную ИС семейства A136x, такую ​​как A1367, в сочетании с магнитным сердечником (Рисунок 1). В этом документе основное внимание уделяется влиянию переменного тока (AC) на измерение тока. Входные переменные токи имеют тенденцию создавать вихревые токи в магнитопроводе. Эти вихревые токи изменяют измеряемое магнитное поле и, как следствие, снижают точность измерения тока.

Для получения более подробной информации о конструкции сердечника см. «Руководство по проектированию концентратора для сильноточных датчиков с ИС датчика Холла Allegro» [1], доступное на веб-сайте Allegro.
Обратите внимание, что все результаты в этом документе получены в результате электромагнитного моделирования, выполненного в программном обеспечении Ansys Maxwell.

Рисунок 1: Типовая сильноточная сенсорная система с магнитным сердечником
и Allegro A1367

Принцип измерения

В идеале магнитное поле H в воздушном зазоре идеально пропорционально входному току I в шине или токопроводящем проводе. Таким образом, достаточно измерить это магнитное поле с помощью датчика линейного магнитного поля и охарактеризовать коэффициент между входным током и магнитным полем, чтобы измерить этот входной ток.Этот коэффициент, S C , называется коэффициентом связи или чувствительностью сердечника. Однако этот коэффициент связи является постоянным только в ограниченном диапазоне тока и частоты. Любое изменение этого коэффициента приводит к ошибке измерения входного тока. Типичные требования к точности находятся в диапазоне нескольких процентов от измеренного тока.

Основы вихретокового контроля

Вихревые токи являются прямым следствием закона Ленца, который гласит, что направление и величина тока, индуцируемого в проводнике изменяющимся магнитным полем, таковы, что он создает магнитное поле
, которое противодействует вызвавшему его изменению.В датчике переменного тока с использованием ферромагнитного сердечника вихревые токи индуцируются внутри сердечника как реакция на изменение тангенциального магнитного поля. На рис. 2 показано поперечное сечение YZ, схематически представляющее вихревые токи в массивной сердцевине.

Эти вихревые токи создают индуцированное магнитное поле Heddy, противоположное возбуждающему магнитному полю H exc . Это измеряется на уровне датчика как пониженная чувствительность сердечника, S C , или, иначе говоря,
, как ошибка измерения тока.

Рисунок 2: Схематическое изображение вихревых токов
в массивном магнитопроводе

Чтобы уменьшить вихревые токи, необходимо отрезать токопроводящие дорожки в сердечнике. Это достигается за счет использования ламинированного сердечника с тонкими листами. Эти листы должны быть электрически изолированы друг от друга.

Ламинирование может быть выполнено в направлении Y путем прокатки или в направлении Z путем укладки листов (рис. 3). Вихревые токи продолжают течь, но с меньшей величиной.

Рисунок 3: Ламинированный сердечник и соответствующие вихревые токи
: свернутые (слева) и пакетные (справа)

Типичное применение с использованием линейного датчика Allegro A1367LKT IC

Здесь рассматривается типичное сильноточное приложение с использованием ИС линейного датчика Allegro A1367LKT.Максимальный пиковый ток в этом приложении составляет 600 А. Геометрия показана на рисунке 4. Длина сердечника по оси Z составляет 6 мм. Сердечник изготовлен из ферромагнитного материала, такого как кремнистая сталь с ориентированными зернами, с типичными магнитными характеристиками, показанными на рисунке 5. Начальная относительная проницаемость составляет 10000, а магнитная поляризация при насыщении составляет 1,8 Тл. Обратите внимание, что для простоты магнитный гистерезис не учитывается. . Удельное электрическое сопротивление сердечника составляет 45 мкОм / см.

Рисунок 4: Конструкция сердечника Рисунок 5: Магнитные характеристики сердечника
Чувствительность сердечника постоянного тока, S C , оценивается от 0 до 600 А.На рисунке 6 показано ожидаемое измеренное поле в месте расположения пластины Холла A1367 и ожидаемая чувствительность активной зоны. Как и ожидалось, магнитная чувствительность сердечника остается постоянной до максимального тока. Чувствительность ядра составляет около 2,36 Г / А. В биполярном режиме A1367 использует диапазон выходного напряжения ± 2 В. Следовательно, чувствительность ИС составляет ~ 1,4 мВ / Г, и рекомендуемым вариантом детали A1367 будет A1367-LKTTN-2B-T. На рис. 7 показано намагничивание сердечника при максимальном постоянном токе; намагниченность
не достигает насыщения.
Рисунок 6: Магнитные характеристики сердечника постоянного тока
Рисунок 7: Намагничивание сердечника при 600 А постоянного тока, в теслах

Теперь на шину подается синусоидальный ток с пиковым значением 600 А.

Оцениваются три ядра:

  • Навалом
  • Ламинированная листами толщиной 0,375 мм в направлении Z
  • Ламинированная листами толщиной 0,250 мм в направлении Z

На рисунке 8 показано ослабление чувствительности магнитного сердечника δ по частоте.Затухание в процентах на частоте f определяется как:

S C_f — магнитная чувствительность сердечника на частоте f . S C_DC — магнитная чувствительность сердечника при постоянном токе и 10 А. В массивном сердечнике чувствительность уменьшается очень быстро в зависимости от частоты: при 100 Гц это уже значительно (> 5%). Иначе говоря, массивный сердечник подходит только для измерений, близких к постоянному току.

Ламинированные сердечники могут использоваться на частотах до нескольких кГц, в зависимости от требуемой точности.Как и ожидалось, более тонкие листы улучшают характеристики переменного тока.

На рисунке 9 показан фазовый сдвиг между входным током и магнитным полем, измеренным в воздушном зазоре. Рисунок 9 показывает, что магнитное поле, измеренное ИС, отстает от переменного тока
, протекающего по шине. В многослойном сердечнике это запаздывание может достигать нескольких электрических градусов для частоты тока выше нескольких кГц.

Как прямое следствие, шаг входного тока может быть измерен со значительной задержкой из-за высокого содержания гармоник.Обратите внимание, что затухание и запаздывание связаны только с физикой вихревых токов
. Идеальный датчик магнитного поля с бесконечной полосой пропускания также обнаружит эти эффекты.

Зависимость затухания от входного тока представлена ​​на рисунке 10 для многослойного сердечника толщиной 0,375 мм. На этом сюжете просматривается очень интересное явление. На низкой частоте затухание
постоянно по току, тогда как затухание падает примерно на 300 А на частоте 5 кГц. Это можно объяснить ранним насыщением сердечника, вызванным вихревыми токами.Ниже 300 A,
затухание происходит только из-за вихревого тока в концентраторе, который работает в линейной области на рисунке 5. При 300 A вихревые токи локально создают сильное магнитное поле, которое насыщает сердечник
. Следовательно, магнитная чувствительность сердечника снижается уже при 300 А, в то время как сердечник обычно насыщается при более чем 600 А постоянного тока. Это ясно видно при сравнении намагниченности
сердечника на фиг. 7 и фиг. 11. Обратите внимание, что «шум», видимый на отображении намагниченности сердечника на фиг. 11, не является реальным, а вызван сеткой моделирования.

На рисунке 12 представлена ​​плотность величины вихревого тока внутри сечения многослойного сердечника толщиной 0,375 мм при 5 кГц и 600 А.

Рисунок 8: Зависимость ослабления чувствительности сердечника
от частоты при 600 А переменного тока

Рисунок 9: Фазовый сдвиг в зависимости от частоты при переменном токе 600 А

Рисунок 10: Зависимость ослабления чувствительности сердечника от тока,
многослойный сердечник с листом толщиной 0,375 мм

Рисунок 11: Намагничивание сердечника при 600 А, 5 кГц, в теслах,
многослойный сердечник с 0.Лист толщиной 375 мм

Рисунок 12: Плотность величины вихревых токов внутри сердечника с листами толщиной 0,375 мм, при 5 кГц и 600 А, поперечное сечение YZ

Выводы

Анализ показывает:

  • Вихревые токи вызывают ошибку измерения тока из-за измененной чувствительности сердечника и фазового сдвига между входным током и генерируемым магнитным полем.
  • Вихревые токи уменьшаются за счет ламинирования сердечника: чем тоньше лист, тем лучше поведение по частоте.
  • Объемные магнитные сердечники предназначены только для измерений постоянного или очень медленного переменного тока, примерно менее 10 Гц.
  • Ламинированные магнитопроводы рекомендуются для измерений переменного тока на частоте до нескольких кГц, с листами в несколько сотен мкм и требуемой точностью около нескольких
    процента.
  • Для данного приложения наихудшая ошибка измерения возникает при максимальной частоте приложения и максимальном токе приложения.

Инженеры Allegro могут помочь клиентам разработать лучший магнитный сердечник для их применения в зависимости от силы тока и диапазона частот.Обратитесь за помощью в местный технический центр
Allegro Microsystems.

[1] «Руководство по проектированию концентратора для сильноточных датчиков с ИС датчика Холла Allegro»,
https://www.allegromicro.com/en/insights-and-innovations/technical-documents/hall -эффект-датчик-ic-публикации / датчик-концентратор тока.

AN296162

Измерение электрического тока — Airel

Электрические токи, накапливаемые на внешних электродах, очень малы, в диапазоне 1–3 фА на электрод в диапазоне кластерных ионов и еще меньше в диапазоне промежуточных ионов (Hõrrak 2001).

NAIS использует интегрирующие электрометрические усилители, в которых потоки электрического заряда собираются на высококачественных электрических конденсаторах (рис. 1). Выходные напряжения усилителей пропорциональны собранному электрическому заряду, а изменение напряжения пропорционально входящему заряду, то есть току аэрозоля (Рисунок 2).

Рисунок 1: Схема интегрирующего усилителя Рисунок 2: Принцип интегрирующего усилителя

Интегрирующий принцип измерения обеспечивает наилучшее возможное отношение сигнал / шум при измерениях электрического тока.Кроме того, сигнал собирается непрерывно, практически без перерывов — ни один сигнал не пропадает независимо от частоты измерения.

Напряжение с выходов усилителя считывается от 10 до 15 раз в секунду. Этот необработанный сигнал проходит через несколько этапов обработки сигнала, прежде чем вычисляется средний сигнал за период времени и выводится распределение частиц (рис. 3). При измерении высоких концентраций 1-секундные средние спектры имеют достаточно низкое отношение сигнал / шум, чтобы быть полезными.

Рисунок 3: Блок-схема обработки сигналов NAIS

Коррекция смещения

Сначала значения электрического тока корректируются с учетом токов смещения, периодически измеряемых в рабочем режиме смещения. Также предполагаемые уровни шума связаны с записями, и все дальнейшие шаги всегда будут учитывать и обрабатывать сигнал и шум вместе. Коррекция смещения и оценки шума важны для обработки данных.

Сигнал смещения оценивается с использованием линейной регрессии по текущим измерениям из предыдущего и следующего циклов измерения смещения (рисунок 4).Это означает, что окончательный результат измерения будет доступен после завершения следующего цикла измерения смещения. Оценки шума вычисляются из разницы между оценкой регрессии и фактическими сигналами смещения.

Рисунок 4: Оценки смещения вычитаются из необработанного сигнала измерения. Результаты измерения считаются предварительными до тех пор, пока не будет завершено последующее измерение смещения. После этого рассчитывается окончательная текущая оценка смещения, записи обновляются и сохраняются.

Удаление выбросов

Часто в сигнале электрического тока возникают короткие всплески, которые не могут быть результатом фактического измерения аэрозоля.Скорее всего, их причина — случайный распад радиоактивных частиц, осевших на электродах. Частота всплесков увеличивается по мере того, как на электродах собирается больше грязи.

Используется простой алгоритм обнаружения выбросов, чтобы отбросить измерения ложного сигнала. Пока инструмент не слишком грязный, шипы можно надежно обнаружить. Количество отброшенных выборок указывается параметром измерения «Dropped outlier samples» для записей среднего блока. Каждая капля относится только к одному электрометру.

Фильтрация

Высокая скорость измерения позволяет использовать оптимальную обработку сигнала (фильтр ARMA). Сигнал электрического тока проходит через согласованный цифровой фильтр, чтобы уменьшить распространение шума. Это повышает эффективность усреднения в случае коротких периодов, например, от 1 до 10 секунд (Eller 2008)

Сброс электрометра

Накопленный на конденсаторах заряд необходимо время от времени очищать. В NAIS электрометры автоматически сбрасываются, когда выходной сигнал достигает верхнего или нижнего предела интегратора (обычно ниже -4 В или выше +4 В).Сигнал от этого электрометра игнорируется на время сброса и стабилизации, что занимает около десяти секунд.

При низких концентрациях сброс может происходить примерно раз в день для каждого электрометра, что практически не влияет на измерения.

Эллер, Меэлис. 2008. «Обработка сигналов в аэрозольных быстрых измерениях». Магистерская работа, Эстония: Тартуский университет.

Хыррак, У. 2001. «Спектр подвижности ионов воздуха в сельской местности». Кандидатская диссертация, Тартуский университет.

© ООО «Айрел»

резисторов — высокоточное измерение постоянного тока

Что мне показалось любопытным, так это то, что точность измерения напряжения составляет 0,05%, а для резисторов — чертовски сложно выйти за пределы 1%. Не имеет смысла.

На самом деле все довольно просто;)

Резисторы

с достаточно высоким номиналом могут изготавливаться по пленочной технологии (тонкой или толстой), что очень дешево. Вот почему ваш средний резистор для микросхемы SMD почти ничего не стоит.Детали со сквозным отверстием немного дороже, но ненамного. Высокая точность по низким ценам достигается за счет лазерной резки . Впечатляет, если учесть, насколько дешевы эти вещи на самом деле.

Для низких значений сопротивления все усложняется, требуются более толстые пленки, усложняется обрезка, а в сценарии с высокой плотностью тока вырезанная лазером форма концентрирует ток в небольшой части пленки, что снижает нагрузку на импульсную мощность. Если резистор намотан на проволоку, то его нельзя подрезать лазером.Как правило, для резисторов с малыми номиналами доступны менее дешевые / точные варианты изготовления.

Кроме того, начинает иметь значение сопротивление всего, что находится между резистивным элементом и печатной платой (например, заглушки, выводы и т. Д.). И это обычно металл, который неточен и имеет очень плохой температурный коэффициент сопротивления. Например, если вы покупаете резистор с выводами на 0,02 Ом, его значение будет зависеть от того, какова длина выводов после пайки.

Итак, вы говорите:

Четыре силовых резистора на 1 Ом и допуск всего 5% вдвое дороже и как минимум на порядок менее точны.

Вот, например, не дорого. Теперь, очевидно, он имеет огромную температуру +/- 300ppm / ° C, что означает, что при номинальной нагрузке 5 Вт при повышении температуры на 200 ° C в соответствии с таблицей данных, только tempco вызовет дрейф +/- 6%, а это значит, что точность будет отстой.

Таким образом, вы выбрали бы резистор 1%. У него намного лучшая температура (50 ppm / K). К тому же это дорого, так как это больше нишевый продукт.

Если вы хотите 0,1%, у вас проблемы, потому что 0.1% от 1 Ом составляет 1 мОм, и это означает, что заглушки и выводы имеют значение. Таким образом, вы остановились на этом роскошном продукте, который, очевидно, имеет 4 терминала и корпус TO-220, поэтому его можно поддерживать в прохладе с помощью большого радиатора.

Это в основном спрос и предложение. Токовые резисторы используются довольно часто, но в сценариях, не требующих высокой точности, например, в источниках питания, зарядных устройствах и т. Д. Таким образом, вы можете получить маломощные токочувствительные резисторы, такие как 10-100 мОм в формате SMD, по низким ценам. Но версия с высокой точностью заинтересует немногих клиентов.По этой причине у вас возникают проблемы с приобретением дешевых мощных высокоточных резисторов: люди выбирают силовой резистор, когда он становится горячим. Если жарко, у вас проблемы с темпко. Следовательно, делать нужно как у всех:

Если ваша потребность в точности связана с необходимостью измерения от 0 до 3 А при сохранении хорошей точности, близкой к нулю, вам нужно больше диапазонов, как в мультиметре. Для малых токов используйте шунтирующий резистор большего номинала.

  • Используйте более низкое значение сопротивления (меньше нагрева), например резистор 0R1.

Для этого требуется усилитель с нижним смещением (или калибровка). Вероятно, это ваш лучший вариант.

  • Используйте 4-проводное определение (устраняет неточности из-за сопротивления клеммы / провода)

Для этого требуются резисторы SMD или очень специальные сквозные резисторы, но это обязательно, если вам нужна точность на резисторе 0R1. Вот некоторые материалы для чтения. ссылка ссылка (вторая довольно интересная!)

  • Требуется меньшая точность при использовании калибровки (но резистор все еще может нагреваться, поэтому вам все равно понадобится низкая температура).

Кроме того, если вам нужен резистор, который: очень точный, с низким дрейфом, высокой рассеиваемой мощностью и т. Д … возьмите 100 тонкопленочных SMD-резисторов 1% и припаяйте их на двухсторонней плате, которую вы делаете для этой цели, используя один из дешевых китайских магазинов печатных плат за 10 долларов. Разместите доску вертикально, чтобы она охлаждалась воздухом за счет конвекции. Большая площадь поверхности творит чудеса с рассеиванием. Однако правильный макет — это необходимость.

Полное руководство по измерению тока

Что мы подразумеваем под «токами»?

Люди давно пытались измерить токи.Все началось с измерения скорости лодки в воде. Отсюда и появилось понятие «узлы». Более высокий уровень изощренности в измерениях тока стал возможен только с первым использованием гребных винтов под водой около ста лет назад. В настоящее время наука значительно продвинулась вперед: электронные датчики, использующие акустику, значительно упрощают исследователям измерение потоков в самых разных местах, от небольших ручьев до глубин океана.

Течения в малых ручьях

Изучая водотоки, ученые и гидрологи заинтересованы в измерении переноса или расхода воды — количества воды, проходящей через данную территорию.Расход зависит от количества осадков, таяния льда, рельефа местности и т. Д. И колеблется с течением времени. Другим аспектом является исследование и мониторинг среды обитания рыб, особенно в ручьях, в которых течет слишком быстро вода или в которых слишком мало воды для выживания рыб. Здесь необходимо проанализировать режим течения, чтобы создать подходящую среду обитания для растений и рыб. Для измерения этих малых токов необходимы небольшие инструменты.

Течения в озерах

Озера варьируются от небольших водоемов, глубиной всего в метр или около того, до больших, глубиной в сотни метров.Хотя в озерах действительно возникают течения из-за притока и оттока рек и температурных воздействий, они, как правило, не очень сильные. Однако озера очень быстро реагируют на изменения погоды, и они функционируют как большие лаборатории, чтобы дать нам лучшее понимание структуры потока и процессов перемешивания.

Течения на реках

Более крупные реки оживляют местность. Их можно использовать для транспорта, для рыбалки и в качестве источника пресной воды, если они достаточно чистые. Но их сложно контролировать.Течение может быть сильным даже в обычных условиях, но намного быстрее во время наводнения — возможно, достигая более 3 метров в секунду. На такой скорости они могут подобрать что угодно на своем пути, создавая опасность для жизни. Измерение этих речных течений помогает снизить риски для людей и речного транспорта, а также позволяет составлять планы защиты больших городских территорий от наводнений.

Измерение речных течений помогает снизить риски для людей и речного транспорта.

Прибрежные течения

Ученые моделируют реки и побережья, используя масштабные модели в лабораториях, чтобы понять окружающую среду и спроектировать порты и защитные сооружения.

Прибрежные течения могут быть сильными и опасными. В основном они движутся приливами, а это значит, что их поведение предсказуемо. Приливные течения иногда называют приливными потоками (как определено в Руководстве по гидрографическим исследованиям Великобритании). Прибрежные эстуарии будут заполнены во время приливов и опустошаются во время отливов. Вся эта вода должна проходить через множество узких входов в устье реки, где течения могут достигать скорости нескольких метров в секунду. Из-за эффектов трения приливные течения не всегда совпадают по фазе с уровнем прилива.Это означает, что силу и время течения необходимо измерить, и их нельзя просто предсказать по таблицам приливов и отливов.

Прибрежные течения создают проблемы для навигации судов, поэтому информация о течениях в реальном времени помогает капитанам безопасно маневрировать в порту. Прибрежные течения также приносят свежий материал в устье во время наводнения, а затем удаляют мусор и мусор во время отливов.

Состав прибрежных течений не всегда очевиден. Соленая морская вода тяжелее пресной воды из местных рек.Там, где они встречаются в устье, они текут отдельно, при этом более тяжелая морская вода течет вверх по течению во время наводнения, ниже более легкой речной воды, которая продолжает течь вниз по течению к морю. По этой причине вам нужно быть осторожным, если вы планируете нырять!

Вы также должны позаботиться о пляже. Волны приносят воду к пляжу, но вода также должна отступать обратно в основную часть моря. Обычно эта вода уходит в ту или другую сторону, создавая так называемое отрывное течение.Они могут быть сильными и опасными, и их нелегко обнаружить, если вы не знаете, что искать.

Самые мощные и крупномасштабные течения — это течения в океане, такие как течения, наблюдаемые в океане у побережья штата Мэн и Новой Шотландии

Океанские течения

Самые сильные и масштабные течения — океанические. Видео NASA «Perpetual Ocean» обязательно к просмотру тем, кто хочет лучше понять океанические течения.

Эти течения также уходят глубоко в море и помогают формировать так называемую «глобальную конвейерную ленту», которая представляет собой структуру сильных течений по всему миру.Проще говоря, глубокие течения в холодной северной части Атлантического океана вокруг Гренландии и Арктики текут на юг, поднимаясь по мере нагревания в Индийском и Тихом океанах, а затем меняют направление и возвращаются в Атлантический океан. Там они идут на север, остывают и снова тонут, возвращаясь в арктический регион.

Океанские течения помогают формировать так называемую «глобальную конвейерную ленту», которая представляет собой структуру сильных течений по всему миру (называемую глобальной термохалинной циркуляцией).

Как измеряются токи?

Расходы воды можно измерить множеством различных способов, в зависимости от того, насколько точными вы должны быть и насколько вы заинтересованы в изменениях во времени и по глубине.Раньше люди бросали в воду лист или что-то еще, что плавает, и отслеживали, сколько времени нужно, чтобы преодолеть определенное расстояние. Позже были использованы механические гребные винты, которые повысили точность и позволили проводить измерения на больших глубинах. Эта технология доминировала почти 100 лет, пока электроника не сделала доступными другие методы измерения. Примерно с 1970 года и примерно через 20 лет стали распространены альтернативные методы, такие как электромагнитные измерители тока и акустические системы измерения времени прохождения.Эти технологии быстрее реагировали на изменения течения и дали нам прямое представление о статистической природе потока воды.

В настоящее время гребные винты все еще используются для измерений в реках, но все другие течения обычно измеряются приборами, основанными на принципе акустического Доплера.

Как работают инструменты, использующие принцип Доплера?

В воде для наблюдений гораздо чаще используется звук или подводная акустика, а не свет.Это потому, что под водой свет распространяется только на короткие расстояния.


Органический и неорганический материал, взвешенный в водяных блоках и рассеивающий свет, делает его эффективным только на очень коротких расстояниях — обычно всего несколько метров, даже в «чистой» океанской воде. С другой стороны, звук может распространяться на большие расстояния в воде с минимальными потерями сигнала, что делает его отличным выбором в качестве несущего сигнала для подводных наблюдений.

Акустические устройства Доплера используют звуковые волны и эффект Доплера для измерения колебаний скорости под водой и могут делать это несколько раз в секунду.Токи можно измерять не только вблизи самого прибора, но и на некотором расстоянии, а также одновременно во многих точках по пути.

Это делает акустические доплеровские устройства мощными инструментами для измерения токов не только в очень мелком масштабе в ручьях и в лаборатории, но также в больших масштабах в больших реках, прибрежных морях и глубоких океанах.

Что нужно для качественного измерения токов?

Все инструменты должны быть прочными и надежными, чтобы выдерживать дорогу к месту измерения и суровые условия эксплуатации на месте.Стоимость проведения таких измерений значительна, поэтому вы действительно не хотите, чтобы все вложения пошли насмарку из-за отказа датчика измерения тока.

Размер имеет значение — когда используются датчики меньшего размера, другие элементы установки, такие как монтажные конструкции или океанографические причалы, также должны быть меньше. Это, конечно же, облегчает переноску инструмента.

Энергопотребление инструментов должно быть низким, поскольку они часто используют батарею или солнечную панель для питания, например, в удаленных местах или там, где они являются частью установки с океанографическим буем.Низкое энергопотребление означает, что можно использовать блок питания меньшего размера, который легче встроить в оборудование.

Дизайн имеет значение — поскольку затраты на развертывание высоки, вы захотите использовать наилучшую возможную комбинацию аксессуаров, включая монтажные рамы, кабели и батареи.

Когда вы прибываете на место для развертывания инструмента, времени обычно мало. Поэтому важно, чтобы прибор и соответствующее программное обеспечение легко настраивались. Работа должна быть стабильной, а состояние прибора должно четко отображаться на экране вашего компьютера.

Поскольку проведение измерений — дорогостоящий бизнес, независимо от оборудования, имеет смысл использовать наилучший инструмент для выполняемой работы. Правильный выбор инструмента с доступом к широкому выбору акустических частот, звуко-механической конструкции и другим особым функциям делает развертывание простым и быстрым и обеспечивает более эффективное использование ограниченного заряда батареи.

Выбор подходящего оборудования для измерения силы тока

Для измерения тока доступен широкий спектр инструментов в зависимости от среды, в которой они будут использоваться.

Как мы установили, инструменты должны быть прочными и надежными, простыми в использовании, иметь низкое энергопотребление, быть компактными и быть лучшим инструментом для работы.

Для исследований в потоках и в лаборатории вам понадобится небольшой прибор, который может измерять быстрые изменения токов, используя небольшой измерительный объем. Велосиметры Nortek — Vectrino и Vectrino Profiler — подходят для этих очень маленьких масштабов. Если у вас более крупный масштаб или вы хотите иметь более надежную версию, более крупный Vector — хороший выбор.

У Velocimeters один акустический передатчик и несколько акустических приемников. Эти инструменты могут измерять мелкомасштабные потоки с частотой обновления до 200 Гц в некоторых версиях.

Когда объекты становятся немного больше в озерах и устьях рек, Vector — хороший выбор для научных исследований. С внутренней памятью и внутренними или внешними батареями он может работать автономно в течение нескольких месяцев. Vector предоставит вам очень надежные данные в небольшом объеме измерений (т.е.е. объем воды, по которому мы усредняем) с высокой частотой обновления.

Измеритель тока Aquadopp с одной измерительной ячейкой также часто используется для изучения крупномасштабных потоков, а также в научных или эксплуатационных целях. Aquadopp имеет небольшие размеры и может длительное время работать от внутренней батареи. Легко устанавливается на конструкцию или на буй; он недорогой и очень прочный.

Чуть более крупный брат Aquadopp — это Aquadopp Profiler. Он имеет много общих функций с Aquadopp, но также измеряет токи в профиле, используя диапазон измерительных ячеек, которые начинаются рядом с прибором и могут простираться до 10 м для высокочастотной версии или до 80 м для высокочастотной версии. низкочастотная версия.

Для прибрежных измерений лучше всего использовать Vector, Aquadopp или Aquadopp Profiler. Если вы смотрите на волны, тогда вам подойдет AWAC: он устанавливается под поверхностью моря и не только измеряет профиль течения, как Aquadopp Profiler, но также измеряет поверхностные волны.

В океане вы также можете использовать глубоководные версии Aquadopp, Aquadopp Profiler и Vector. Специальные титановые корпуса гарантируют, что инструменты выдержат высокое давление воды.Внутренняя электроника адаптирована к среде со слабыми обратными сигналами.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.