Site Loader
Измерение напряжения: 3 используемых прибора, примеры

Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.

Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.

Содержание

Используемые приборы

В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы. 

В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:

  • Вольтметры;
  • Мультиметры
  • Осциллографы.

Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.

Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.

Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими  параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.

Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При  этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.

Измерение напряжения в сети

Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.

Схема измерения напряженияРис. 1. Схема измерения напряжения

Если говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.

Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.

С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.

Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.

Постоянного тока

Измерение постоянного напряженияРис. 2. Измерение напряжения постоянного тока

Для цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:

  1. Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
  2. Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
  3. Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Приложите щупы мультиметра  сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.

На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений. Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.

Переменного тока

Измерение переменного напряжения
Рис. 3. Измерение переменного напряжения

В цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».

В остальном процесс измерения идентичен:

  1. Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как  V со значком «~» или аббревиатурой AC.
  2. Установите ручкой деление на нужный предел по принципу ближайшего большего потенциала относительно измеряемого номинала. 
  3. Выполните подключение щупов к соответствующим выводам: черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Подключите измерительный прибор к нужному устройству, заметьте, что полярность щупов здесь значения не имеет.

На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.

Реальные примеры измерения напряжения

Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.

Пример измерения напряжения на батарейкеРис. 4. Пример измерения напряжения на батарейке

Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.

При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.

Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.

Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.

Видео по теме

как оценить качество / Статьи и обзоры / Элек.ру

Для того, чтобы понять, насколько качественное напряжение поступает к нам в розетку, необходимы две вещи — знать стандарты качества и знать, как измерить эти стандарты. В статье я подробно расскажу, что такое качество напряжения и как измерить его характеристики. Это будет не теоретическая википедийная статья, а материал, максимально приближенный к реальной жизни.

Посмотрим, что мы можем измерить и посмотреть реально в питающей сети. Я приведу официальные стандарты качества и покажу, что в сети может происходить на самом деле.

Как и зачем оценивать качество напряжения в сети?

Действительно, зачем? Ведь достаточно нажать кнопку на пульте телевизора или воткнуть зарядное устройство айфона в розетку и пользоваться благами электрификации всей страны!

Но бывают моменты, когда что-то идет не так: крокодил не ловится, айфон не заряжается, кондиционер вместо прохлады выдает натужное гудение, а телевизор после щелчка не подает признаков жизни.

Тут собрались люди знающие, которые понимают, что значения основных параметров электрической сети — напряжения и частоты — можно узнать в первую очередь посредством мультиметра. Но что делать, если нужно посмотреть, что делается в розетке в течение суток? А что если нужно отследить скачок напряжения, который по времени гораздо короче интервала измерения мультиметра? Причем может быть так, что время появления этого артефакта неизвестно.

Обычно при любых проблемах с напряжением ставят стабилизаторы, но они помогают далеко не всегда. Ведь стабилизатор устраняет следствие, но не причину проблемы. А если происходит скачкообразное кратковременное изменение напряжения, то стабилизатор не только не поможет, но и усугубит положение.

И чтобы понять, что делать в том или ином случае — проверить качество контактов на вводе или поставить стабилизатор, — нужен анализатор качества электроэнергии (Power Quality Analyzer).

Анализатор качества электроэнергии дает полную картину того, что происходит в розетке.

Я использую в своей работе анализатор качества электрической энергии HIOKI 3197, фото которого будут приведены в статье.

Без анализатора качества часто вообще непонятно, что происходит в сети: какие помехи, импульсные перенапряжения и провалы, коэффициент мощности cos и так далее. Приходится действовать наугад, используя свой опыт и эксперименты. А с японцем HIOKI из Нагано все ясно-понятно. Для того, чтобы составить полную картину того, что творится в сети, прибор имеет клещи для измерения тока и зажимы для измерения напряжения, а также зажим для подключения к нейтрали. Итого — 7 точек подключения.

Анализатор качества электроэнергииАнализатор качества электроэнергии

Реальный случай, когда без анализатора качества не обойтись. Контроллер в технологической линии периодически зависал и выдавал ошибки. Когда все перелопатили, а причину не нашли, на помощь пришел анализатор качества электроэнергии. После непродолжительного наблюдения напряжения 220 В, поступающего на питание контроллера, выяснилось, что причина в плохом контакте внутри сетевого фильтра.

Напряжение в электросети

Это самый важный параметр, определяющий в основном качество и характеристики всей энергосистемы.

Старый ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» гласит, что действующее (или среднеквадратическое, что для синуса одинаково) фазное напряжение в питающей сети должно составлять 220±10 %=198…242 В.

Однако новый ГОСТ 29322-2014 «Напряжения стандартные» «повысил» напряжение до 230 В±10 % =207…253 В. При этом разрешено действие напряжения 220 В. Линейные напряжения (между фазами) будут соответственно 380 и 400 В.

Получается, что если напряжение в розетке «плавает» от 198 до 253 В, то это укладывается в норму.

Рассмотрим трехфазную систему питания. Пример того, что может происходить на вводе в электрошкаф, виден на экране анализатора качества электроэнергии HIOKI 3197.

Фазные напряжения в трехфазной сетиФазные напряжения в трехфазной сети

На графиках видно, что уровень фазного напряжения колеблется около среднего уровня 238–240 В за время измерения 2 минуты. Судя по одинаковым провалам на всех фазах, за это время несколько раз включалась относительно мощная трехфазная нагрузка.

График напряжения, приведенный выше, может записываться в память прибора несколько дней. Таким образом, можно проанализировать, как меняется напряжение в течение суток, и подобрать стабилизатор. Либо вообще его не ставить, а отремонтировать электропроводку или предъявить претензии энергоснабжающей организации.

Кроме того (что очень важно!), можно зафиксировать и посмотреть все артефакты на напряжении. Например, скачки и провалы напряжения (последствия плохих контактов или помех), моменты пуска мощных приводов и т. д. Пороги событий устанавливаются в настройках. Пример экрана, на котором отображены события:

События и деталировка на экране анализатора качества электроэнергииСобытия и деталировка на экране анализатора качества электроэнергии

Ток в электросети

Когда-то в детстве отец мне купил мой первый тестер ТЛ-4М. Я мерил все подряд, пока мою голову не посетила «гениальная» идея — измерить ток в розетке. В итоге — выбило пробки, в тестере сгорел шунт, а я понял — ток измеряется всегда только через нагрузку. С тех пор средства измерения тока сильно шагнули вперед, и для этого используются только токовые клещи (трансформаторный метод), шунты практически не применяются.

Ток, точнее, его значение, форма и составляющие, значительно зависит от нагрузки. Например, вот как выглядит форма напряжения и тока при работе диммера:

Напряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммерНапряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммер

Естественно, присутствуют гармоники тока и напряжения. Гармоники говорят о том, как отличаются формы напряжения и тока от синусоидальной.

Гармоники напряжения и токаГармоники напряжения и тока

Гармоники напряжения и тока можно увидеть в графическом виде, как на скрине выше, так и в виде таблицы — с 1-й до 50-й гармоники. И для однофазной, и для трехфазной сети.

Частота

Все знают, что частота питающего напряжения у нас в розетке равна 50 Гц. Это означает, что 50 раз в секунду все повторяется. Иначе говоря, длительность периода напряжения равна 20 мс. Если точнее, то согласно ГОСТ 29322-2014 частота напряжения должна быть 50±0,2 Гц. То есть от 49,8 до 50,2 Гц.

Пожалуй, частота — единственный параметр, на который ничего не влияет. И ее стабильность зависит только от работы электростанции. Вот как график частоты выглядит на экране анализатора качества электроэнергии:

Частота питающей сетиЧастота питающей сети

Из графика видно, что частота отклоняется не более чем на 0,03 Гц от номинала, что с большим запасом укладывается в ГОСТ.

Заключение

HIOKI умеет гораздо больше, чем изложено в этой короткой статье. Например, служить в качестве эталонного электросчетчика и строить график потребляемой мощности, измерять коэффициент мощности cos и коэффициент реактивной мощности tg. Применение прибора обосновано при проведении энергоаудита и при выявлении сложных неисправностей оборудования.

Источник: Александр Ярошенко, автор блога SamElectric.ru. Опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» №3 2020

Метод измерения действующего значения напряжения с применением МК / Хабр
    В данном посте речь пойдет об одном из вариантов измерения действующего значения напряжения и частоты сети на 8-ми битном микроконтроллере PIC18. При желании, можно метод перенести на любой другой МК, вплоть до всеми любимых ARDUINO (если они поддерживают реализацию прерываний по таймеру с частотой 5-10 кГц).
    Также, рассматриваемый метод позволяет измерять частоту сетевого напряжения без использования внешних дополнительных средств, таких как компараторы. Но, при этом приходится жертвовать либо временными ресурсами МК, либо точностью измерения частоты.
    Почему важно измерять действующее значение, а не какое либо другое, например, средневыпрямленное? Большинство “китайских” электронных вольтметров измеряют сетевое напряжение по средневыпрямленному значению. Методика измерения следующая: за период сетевого напряжения делается выборка из N значений амплитуды напряжения, результаты суммируются (без знака), делятся на N (усредняются), после чего полученный результат умножается на коэффициент

    Указанный коэффициент определяет зависимость действующего значения синусоидального (!) сигнала от средневыпрямленного.
    Такая методика измерения проста, не требует много ресурсов микроконтроллера (как временных, так и ресурсов памяти). Основным недостатком такой методики измерения является большая ошибка измерения на несинусоидальных сигналах.
    Как все знают, изменение сигнала сетевого напряжения подчиняется синусоидальному закону (вследствие применения синхронных генераторов на электростанции), с частотой изменения сигнала 50 Гц (60 Гц). Однако, на практике вследствие влияния сторонних факторов (в основном подключение к сети мощных нелинейных нагрузок), а также применения инверторов с квазисинусоидальным выходным напряжением (см. рисунок), синусоида напряжения либо значительно искажается, либо заменятся прямоугольными импульсами. В таких случаях указанный выше метод измерения даст очень большую погрешность (например, в квазисинусоидальных инверторах выходное напряжение, измеренное “китайским» вольтметром может быть равно 180-200В, в то время как действующее напряжение будет равно 220В ).

    Например, напряжение у меня дома

    Почему важно измерять именно действующее значение напряжения (тока)? Потому что именно действующие (еще называют его эффективными) значения напряжения и тока определяют работу электрической системы (грубо говоря, электронагреватель выделяет тепло в прямой зависимости от действующих значений напряжения и тока сети).
    Действующее значение измеряемой периодической величины рассчитывается по формуле

    Или после дискретизации получим

    Т.е. нам нужно делать выборку ряда значений за период сетевого напряжения, просуммировать значения квадратов точек выборки, поделить на количество точек за период (при определении количества точек выборки не забываем про теорему Котельникова-Шеннона), и взять квадратный корень из полученного результата.
    Вроде бы ничего сложного, если бы не но:
      1)  Каждый период точки выборки набираются заново, что увеличивает погрешность измерения;
      2)  В реальной сети, около нуля напряжения, могут встречаться как “нулевые полки”, так и повторные переходы через ноль напряжения, что значительно внесет погрешность в измерение.
    С первым пунктом будем бороться измерением измерением суммы квадратов точек выборки за каждый полупериод, после чего суммируя n-ую сумму квадратов с (n+1)-й и откидывая (n-1)-ую.
    Со вторым пунктом будем бороться введением зон нечувствительности по напряжению (введем границы напряжения перехода через ноль с положительной и отрицательной сторон) обычно 5-10 В в обе стороны, а также зон нечувствительности по частоте (ограничим допустимую частоту сигнала напряжения).

    Таким образом, мы получим рассчитанное значение действующего значения сетевого напряжения за период на каждом полупериоде сетевого напряжения.

    Частота напряжения вычисляется по формуле:

где Fд — частота дискретизации (для удобства и увеличения точности измерения частоты выбрана равной 10 кГц (период выборки — 100 мкс)).
    Теперь рассмотрим структурную схему измерительной части (в реальной схеме следует добавить фильтрующие и защитные элементы).

Внимание! В данном методе измерения не реализована гальваническая развязка микроконтроллера от сети.     Гальваноразвязка реализуется на стороне цифрового интерфейса передачи данных от микроконтроллера.
    На входе установлен дифференциальный операционный усилитель с делителем напряжения, опертым на половину опорного напряжения (2,048 В). Поскольку, для уменьшения размеров лучше применять маломощные резисторы, устанавливаем их минимум 3 шт. равными по сопротивлению — чтобы увеличить суммарное пробивное напряжения резисторов. При этом нужно подсчитать мощность потерь при максимальном входном напряжении (P=U^2/R) — чтобы не превышала допустимой мощности резисторов. Плечи дифференциального усилителя тоже делаем равными. Тогда, напряжение в точке 1 рассчитывается по формуле:

А напряжение в точке 1 будет иметь вид:

    Также, половина опорного напряжения подается на один из каналов АЦП. Это позволяет в постоянном режиме (например, один раз за период) определять положение уровня нуля измеряемого напряжения.
Т.е. мы обошлись операционным усилителем с однополярным питанием, и наш входной сигнал в точке 1 изменяется от 0 до Uоп. Такой способ дает достаточно точные результаты, по сравнению, например, с выпрямлением напряжения с помощью диодов.
    Расчет делителя и коэффициента АЦП сводится к следующему:

где A и В — замеры АЦП (за вычетом измеренного значения нуля сигнала — AN1) для текущего и предыдущего полупериодов; N1, N2 — число замеров для текущего и предыдущего полупериодов; Nadс — разрядность АЦП; U’оп — опорное напряжение за вычетом зон нелинейности (нечувствительности) операционного усилителя (обычно 0,6 В).
    Расчет делителя удобно проводить считая сигнал постоянным, приведенным к амплитуде синусоидального, а не синусоидальным. Тогда действующее значение сигнала равно амплитудному и равно значению каждого замера.
Например, нужно рассчитать делитель для измерения максимального значения 420В переменного тока:

Сопротивление Ra выбирается в диапазоне от 500 кОм до 1500 кОм. По выбранному сопротивлению Ra рассчитывается Rb.
    В итоге, алгоритм расчета действующего значения напряжения и частоты примет вид:

При этом часть затратных расчетов (деление, извлечение корня) можно перенести из прерывания в основную программу.

    При расчете действующих значений на 8-ми битном МК целесообразно пользоваться целочисленными методами (с использованием масштабных коэффициентов) не прибегая к расчетам с плавающей запятой, а также упрощать по возможности арифметические операции (деление, изъятие квадратного корня и проч.). Это значительно экономит ресурсы МК.

Энергомер или как измерить эффективность розетки / Блог компании Даджет / Хабр
В современном мире любой вид энергии любит учет, будь то потребление пищи или простая лампочка накаливания (если еще остались такие). На упаковках с едой пишут состав и примерное содержание энергии в килокалориях, а на любом электроприборе принято указывать его потребление. И если с простой осветительной лампой все более менее понятно, то посчитать например потребление электрического водонагревателя или скажем пылесоса уже сложнее. Да и как быть с приборами которые работают в спящем режиме, с одной стороны он практически не «едят», а с другой все же что-то да потребляют. Вот как раз для таких замеров и потребуется хитрый прибор под названием «Энергомер».



Как заявлено на этикетке прибора он создан для измерения потребляемой мощности электроприборов а так же для простоты расчетов нагрузки на розетку.

Внешний вид энергомера крупно

Ну чтож, проверим как он работает. Вставляем в розетку, и пока прибор включается и происходит загрузка программы в микроконтроллер, на экране можно видеть все возможные символы. Включение происходит не долго, но и не моментально, где-то секунду или две.

Дальше энергомер сразу показывает напряжение в розетке а так же частоту переменного тока в ней.

Для удобства в энергомере есть часы с отображением дня недели, настройка которых происходит по нажатию на кнопку «SET», по началу конечно с непревычки жмешь на неё часто и сразу попадаешь на редактирование времени. Я бы сделал вход в режим редактирования с небольшой задержкой, для устранения этого неудобства, ну да ладно, прибор звезд с неба не хватает 🙂

Переходим к непосредственно замерам.

Первым подопытным будет осветительная лампа. Мы недавно переехали в свою квартиру и я сразу везде ставил светодиодные лампы, фактически у нас нет ни одной лампы в стандартных цоколях. Самая распространенная – с цоколем G10 и тому подобные. К счастью у меня нашелся микрософит для съемок в софтбоксе и в нем старая галогеновая лампа на 50 Вт. Вот на нем и будем экспериментировать.

Для начала посмотрим потребление с галогеновой лампой:

Как видно, потребляет она 46,5 Вт⋅ч что близко к заявленному номиналу в 50 Вт⋅ч, соответсвенно в моем случае она «кушает» 16 копеек в час днем (тариф 3,35 р за кВт⋅ч днем).

Следом меняем лампочку на диодную:

При схожей, на взгляд, светоотдаче (к сожалению замерить не чем) потребление у LED лампы уже 5,9 Вт.ч что так же близко к заявленным производителем показателям и «прожорливость» такой лампы уже чуть меньше 2-х копеек в час.

И вот тут уже интересный факт. У меня дома всего 39 ламп, 24 из них диммируемые и если предположить что я включу их все на полную яркость то совокупное потребление электроэнергии составит 230 Вт⋅ч что эквивалентно двум лампам накаливания по 100 Вт и еще одной, например в туалете на 30 Вт, хотя не помню были ли лампы на 30 Вт… Тоесть в принципе все включенные лампы будут «есть» 77 копеек в час и если оставить их включенными круглосуточно то за месяц они смогут уменьшить мой бюджет всего на 573 рубля. Это может послужить в принципе доводом, например в споре с теми кто постоянно выключает за вами свет мотивируя это целями экономии. Ну да ладно, слава богу меня по поводу лампочек никто не «теребит» 🙂

Хорошо, с энергоэффективностью лампочек разобрались, теперь можно сравнить и технику поинтереснее.
Для начала замерим Apple MacBook Pro 13″, это не самое последнее поколение, но для теста пдойдет 🙂

Ноут был почти разряжен, каюсь, не запомнил сколько точно был процент заряда батареи, но максимальная мощность потребления зарядного устройства составила 64,5 Вт⋅ч. И вот тут выявилась интересная особенность – блок питания не «шарашит» сразу на полную, а начинает отдавать энергию постепенно, в момент подключения первая цифра которая была зафиксирована прибором, была меньше десяти и потом начала подниматься. Поднималась ступенями, не знаю прибор ли с задержкой мерил или блок питания так отдавал энергию, но признак наличия минимальных «мозгов» у блока питания присутствует.

Для контраста давайте сравним со старым ноутбуком ASUS. По работоспособности это как старые Жигули и летающая тарелка и в сравнении по производительности ASUS намного проигрывает MacBook’у. Одно время включения, запуска нужной программы и открытия в ней файла может отличаться на порядок, что же у них с энергоэффективностью?

Слева на фотографии указано потребление блока питания в выключенном состоянии, в принципе батареи в ноутбуке давно уже вышли в тираж и зарядить его никогда не удастся на 100%, получается выключенный ноутбук, но с включенным в сеть блоком питания будет потреблять 36 Вт⋅ч. А если старичка включить, то потребление начинает скакать от 70 до 100 Вт⋅ч, в зависимости от нагрузки. В принципе при максимальной загрузке разница почти в 2 раза, что существенно в процентном соотношении, но не так существенно по потреблению в цифрах. Но вот по эффективности работы он проигрывает уже побольше и работать за ним можно лишь, выполняя несложные работы, иначе нервы себе дороже 🙂

Другой древний но интересный девайс это, как тогда их называли, Ultra Mobile Portable Computer от SONY выпуска что-то около 2007-го года. У него 1 гигабайт оперативной памяти и 1,33 GHz процессор, кажется какой-то Celerone плюсом ему то, что я заменил HDD на SSD.

При любых раскладах блок питания потребляет в районе 20-30 Вт⋅ч, я думаю тут хорошую роль играет аккумулятор, так как он до сих пор еще живой и демпфирует скачки нагрузки.

Ну и для более яркого примера, я замерил свой домашний-рабочий iMac 2009-го года выпуска.

И тут уже интересней. Потребляет он достаточно заметно. Практически в 4 раза больше своего меньшего яблочного собрата, ну оно и понятно, с таким экраном-то. Тут целых 27 дюймов. А вот сюрприз был в том, что в спящем режиме. Вернее даже не в спящем а выключенном, он ест аж целых 5 Вт⋅ч. Есть повод выключать его теперь, а то раньше он был всегда включен в сеть =)

В принципе современная электронника «ест» не так много электричества и все зависит от того какая вычислительная нагрузка ложится на это устройство в данный момент, плюс многое зависит от блока питания и его поведения, выдает ли оно постоянно одну мощность или подстраивается под своего потребителя, хотя с современными импульсными блоками питания это не так актуально как, например с древними трансформаторами.

Кстати к слову об умных зарядных устройствах. Многим известный iMax B6 ведет себя практически так же как и зарядник от Apple, он так же плавно повышает отдаваемую мощность, ну и затем естественно постепенно её снижает по мере зарядки аккумулятора.

Тут самый мощный из имеющихся у меня LiPo аккумуляторов: 2S 30C 5200mAh и в пике потребляемой мощности при зарядке в режиме 5 Ампер, зарядное устройство потребляло не более 60 Вт⋅ч.

С техникой более менее разобрались, пора переходить к тяжелой артиллерии.

Для начала проверим потребление у чайника.

Чайник у нас тоже с минимальными мозгами. У него есть микроконтроллер который нагревает воду в зависимости от выбранной программы.
В спящем режиме он потребляет очень мало, всего 0,02 Вт⋅ч а при активации программы уже 0,5 Вт⋅ч.

А вот при активации нагревательного элемента он уже «ест» на полную – 1,9к Вт⋅ч.

Нагрев до нужной температуры происходит за счет периодических включений/выключений. Причем мне кажется что кипячение до 100 градусов происходит через проход сначала первых двух а потом уже до финала, до кипятка. Чайник сначала греет на полную, потом выключает нагрев (в этот момент он потребляет всего 8 Вт⋅ч) а потом снова включает нагрев и так до нужной температуры.

Ну и с утюгом и пылесосом все предельно ясно. «Едят» столько, сколько и заявлено. Утюг максимум 4 кВт⋅ч, а пылесос максимум 1,2 кВт⋅ч.

В итоге прибор достаточно интересный и может пригодиться там, где нужно определить потребляемую мощность прибора или проходящий через розетку ток. Я не делал замеры силы тока, так как мне было больше интересно с экономической точки зрения. И вот тут уже можно с легкостью отвечать на вопросы сколько тратится денег на то или иное действие. Например мне интересно посчитать чистую стоимость печати на 3D принтере а так же сколько стоит искупаться в ванной при нагреве воды водонагревателем. Выгодно ли воду греть при помощи электричества дома или горячее водоснабжение дешевле? Я к сожалению не могу пока провести эти тесты, это будет лишь позже. Принтер мне еще не приехал из далекого Китайского магазина, а водонагреватель неправильно подключили нерадивые ремонтники. Но в будущем я обязательно получу ответы на эти вопросы.

От себя хочу сказать спасибо Даджету за предоставленный на тест прибор и пожелать ребятам успехов в гик-отрасли 🙂

PS. Если кого заинтересовал прибор, то вот ссылка на него: Энергомер от Даджет’а.

Как использовать мультиметр для измерения напряжения, тока и сопротивления

Что такое мультиметр?

Цифровой мультиметр или цифровой мультиметр является полезным измерительным прибором для измерения напряжения, тока и сопротивления, а некоторые измерители имеют средства для тестирования транзисторов и конденсаторов. Вы также можете использовать его для проверки целостности проводов и предохранителей. Если вы любите заниматься своими делами, занимаетесь обслуживанием автомобилей или устраняете неисправности электронного или электрического оборудования, мультиметр — это удобный аксессуар, который можно взять с собой в свой домашний инструментарий.

Если у вас есть какие-либо вопросы, просто оставьте комментарий в конце этого руководства. Также, если вы найдете эту статью полезной, пожалуйста, поделитесь ссылкой на нее в Facebook, Pinterest или других социальных сетях, используя кнопки быстрого доступа.

Спасибо!

Вольт, Ампер, Ом — Что все это значит?

Прежде чем мы научимся использовать мультиметр, нам необходимо ознакомиться с величинами, которые мы собираемся измерять. Самая основная схема, с которой мы столкнемся, — это источник напряжения, который может быть подключен к нагрузке.Источником напряжения может быть батарея или источник питания. Нагрузка может представлять собой прибор, такой как лампочка или электронный компонент, называемый резистором . Схема может быть представлена ​​схемой, называемой схемой . В приведенной ниже цепи источник напряжения V создает электрическое давление, которое заставляет ток I течь вокруг цепи и через нагрузку R. Закон Ома говорит нам, что если мы разделим напряжение V на сопротивление R, измеренное в омах, это дает нам значение тока I в амперах:

V / R = I

Количества и термины, используемые в электротехнике

Вольт

Это давление между двумя точками в электрической цепи.Это может быть измерено на источнике напряжения или других компонентах, подключенных к цепи.

Ампер

Это мера тока, протекающего между двумя точками в электрической цепи.

Ом

Мера сопротивления течению в цепи.

Источник напряжения

Это создает ток в цепи. Это может быть аккумулятор, переносной генератор, электросеть к дому, генератор переменного тока на двигателе вашего автомобиля или настольный источник питания в лаборатории или мастерской.

Груз

Устройство или компонент, который получает питание от источника напряжения. Это может быть электронный резистор, лампа, электронагреватель, двигатель или любой электрический прибор. Нагрузка имеет сопротивление, измеренное в Омах.

Земля

Обычно это точка в цепи, к которой подключен отрицательный вывод батареи или источника питания.

DC

Постоянный ток. Ток течет только одним способом от источника постоянного тока, примером которого является батарея.

AC

переменного тока. Ток течет в одну сторону от источника, переворачивается, а затем течет в другую сторону. Это происходит много раз в секунду со скоростью, определяемой частотой , которая обычно составляет 50 или 60 Гц. Питание в доме осуществляется от сети переменного тока.

Полярность

Термин, используемый для описания направления потока тока в цепи или какие точки являются положительными, а какие отрицательными по отношению к контрольной точке.

Для получения более подробной информации об этих количествах и условиях, обратитесь к моей другой статье:

вольт, ватт, ампер, киловатт-час, что все это значит? — Основы электричества

Что измеряет мультиметр?

Базовый мультиметр облегчает измерение следующих величин:

  • DC напряжение
  • постоянного тока
  • переменное напряжение
  • переменный ток (не все базовые счетчики имеют эту функцию)
  • Сопротивление
  • Непрерывность — указывается зуммером или тоном

Кроме того, счетчики могут иметь следующие функции:

  • Измерение емкости
  • Транзистор HFE или DC, усиление тока
  • Измерение температуры с помощью дополнительного зонда
  • Диодный тест
  • Измерение частоты

Значение, измеренное прибором, отображается на ЖК-дисплее или в шкале.

Как настроить мультиметр для измерения вольт, ампер или ом?

Диапазоны напряжения, тока и сопротивления обычно устанавливаются поворотом диска выбора диапазона. Это установлено для измеряемой величины, например, Вольт переменного тока, вольт постоянного тока, ампер (ток) или ом (сопротивление).

Если счетчик не имеет автоматического выбора диапазона, каждая функция будет иметь несколько диапазонов. Так, например, функциональный диапазон постоянного напряжения будет иметь диапазоны 1000 В, 200 В, 20 В, 2 В и 200 мВ. Использование минимально возможного диапазона дает более значимые цифры в чтении.

Как измерить напряжение

  1. Выключите тестируемую цепь / проводку, если существует опасность закорачивания близко расположенных соседних проводов, клемм или других точек, которые имеют разные напряжения.
  2. Вставьте черный провод заземления в разъем COM на счетчике (см. Фото ниже).
  3. Вставьте красный положительный провод датчика в розетку с маркировкой V (обычно также обозначается греческой буквой «омега» Ω и, возможно, символом диода).
  4. Если счетчик имеет ручку выбора диапазона вручную, поверните его, чтобы выбрать переменный или постоянный ток, и выберите диапазон, чтобы обеспечить необходимую точность.Так, например, измерение 12 вольт в диапазоне 20 вольт даст больше десятичных разрядов, чем в диапазоне 200 вольт.
    Если измеритель работает в автоматическом режиме, поверните диск в положение «V» с символом переменного или постоянного тока (см. «Что означают символы на шкале диапазона?» Ниже).
  5. Мультиметр должен быть подключен параллельно в цепи (см. Схему ниже) для измерения напряжения. Таким образом, это означает, что два тестовых зонда должны быть подключены параллельно с источником напряжения, нагрузкой или любыми другими двумя точками, в которых необходимо измерять напряжение.
  6. Прикоснитесь к черному зонду к первой точке цепи / проводки.
  7. Включите оборудование.
  8. Прикоснитесь другим красным щупом ко второй точке испытания. Убедитесь, что вы не перекрываете разрыв между проверяемой точкой и смежной проводкой, клеммами или дорожками на печатной плате.
  9. Снимите показания на ЖК-дисплее.

Примечание. Очень удобен провод с банановой вилкой 4 мм на одном конце и зажимом для крокодилов на другом конце. Зажим Croc может быть подключен к земле в цепи, освобождая одну из ваших рук.

Безопасность прежде всего при измерении напряжения сети!

  1. Перед использованием измерительного прибора для измерения напряжения сети убедитесь, что измерительные провода не повреждены и что нет открытых проводников, к которым можно случайно прикоснуться.
  2. Дважды проверьте , чтобы измерительные провода были подключены к общему разъему и разъему напряжения цифрового мультиметра (см. Фото ниже), а не к текущим гнездам. Это важно, чтобы избежать взрыва счетчика.
  3. Установите шкалу диапазона на измерителе на переменное напряжение и максимальный диапазон напряжения.
  4. Если вы хотите проверить напряжение на розетке, отключите питание с помощью переключателя на розетке. Затем вставьте щупы в розетку. Если в розетке нет переключателя и вы не можете отключить питание, сначала вставьте датчик в нейтральный контакт, прежде чем вставлять датчик в горячий (действующий) контакт розетки. Если вы сначала вставите датчик в горячий (действующий) контакт, а измеритель неисправен, ток может пройти через измеритель к нейтральному датчику. Если вы случайно коснетесь кончика зонда или зонд останется на проводящей металлической поверхности, это может привести к удару.
  5. Зонды с зажимами типа «крокодил» позволяют выполнять подключения при отключенном питании и не требуют фиксации при включенном питании.
  6. Наконец включите выключатель питания и измерьте напряжение.

Идеально купить и использовать счетчик с минимальной защитой CAT III или предпочтительно CAT IV для проверки напряжения сети. Этот тип счетчика будет включать предохранители с высокой разрывной способностью (HRC) и другие внутренние компоненты безопасности, которые обеспечивают самый высокий уровень защиты от перегрузок и переходных процессов в тестируемой линии.Измеритель с меньшей защитой может взорваться, что может привести к травме, если он подключен неправильно или переходное напряжение создает внутреннюю дугу.

Если вы измеряете напряжение на потребительском блоке / блоке выключателя / блоке предохранителей, в этом видео от Fluke Corporation изложены меры предосторожности, которые следует предпринять

Безопасная практика при проведении однофазного измерения

Кроме того, в настоящих правилах безопасности Fluke объясняется опасность скачков напряжения и категории установки перенапряжения

.

Азбука мультиметра безопасности

Автоматические измерители диапазона

Автоматические измерители диапазона определяют величину напряжения и автоматически выбирают диапазон, чтобы получить наибольшее количество значащих цифр на дисплее.Однако вы должны установить режим на сопротивление, вольт или ток, а также подключить выводы датчика к соответствующим разъемам при измерении тока.

Определение действующих или горячих проводов

Бесконтактный детектор напряжения Fluke «VoltAlert ™» является стандартным инструментом в любом наборе инструментов для электриков, но также полезным для домовладельцев. Я использую один из них для определения того, какой проводник находится под напряжением, когда я занимаюсь домашним обслуживанием. В отличие от неонового тестера отвертки (фазового тестера), вы можете использовать один из них в ситуациях, когда токоведущие части / провода окутаны или покрыты изоляцией, и вы не можете вступить в контакт с проводами.Он также полезен для проверки, есть ли перерыв в силовом прогибе и где происходит перерыв.

Примечание. Всегда рекомендуется использовать неоновый тестер для двойной проверки того, что питание отключено при проведении любого технического обслуживания электрооборудования.

Какой мультиметр я должен купить?

В ответ на вопрос Fluke, являющийся ведущим в США производителем цифровых измерительных приборов, порекомендовал модель Fluke 113 для общего применения дома или для обслуживания автомобилей. Это отличный измеритель, который может измерять переменное и постоянное напряжение, сопротивление, проверку целостности цепи и диодов.Измеритель имеет автоматическое регулирование, поэтому диапазоны устанавливать не нужно. Это также измеритель истинного RMS. Он не измеряет ток, поэтому, если вам нужно измерить переменный и постоянный ток, Fluke 115 имеет эту дополнительную возможность.

Альтернативой является модель Fluke 177, которая является высокоточным прибором (точность составляет 0,09% при постоянном напряжении). Я использую эту модель для более точного тестирования и профессионального использования, и она может измерять переменное и постоянное напряжение и ток, сопротивление, частоту, емкость, целостность и диодную проверку.Он также может указывать максимальные и минимальные значения в каждом диапазоне.

Измерение больших токов с помощью токоизмерительного клеща (Tong Tester)

На большинстве мультиметров максимальный диапазон тока составляет 10 или 20 ампер. Было бы нецелесообразно подавать очень большие токи через метр, потому что обычные 4-миллиметровые розетки и измерительные провода не могли бы выдерживать большие токи без перегрева. Вместо этого для этих измерений используются токоизмерительные клещи.

Измерители зажима

(как следует из названия), также известные как тестеры щипцов, имеют подпружиненный зажим, похожий на гигантский вешалка для одежды, которая зажимается вокруг токоведущего кабеля.Преимущество этого состоит в том, что цепь не должна разрываться, чтобы подключить счетчик последовательно, и нет необходимости отключать питание, как в случае измерения тока на стандартном цифровом мультиметре. Измерители токовых клещей используют встроенный трансформатор тока или датчик Холла для измерения магнитного поля, создаваемого протекающим током. Измеритель может быть автономным прибором с жидкокристаллическим дисплеем, который отображает ток, или, в качестве альтернативы, прибор может выводить сигнал напряжения через выводы зонда и 4-мм штекеры типа «банан» на стандартный цифровой мультиметр.Напряжение пропорционально измеренному сигналу, обычно 1 мВ представляет 1 ампер. Измерительные клещи
могут измерять сотни или тысячи ампер.
Чтобы использовать токовый зажим, вы просто зажимаете один кабель. В случае шнура питания или многожильного кабеля необходимо изолировать одно из жил. Если в челюсти заключены два сердечника, несущих один и тот же ток, но в противоположных направлениях (что может быть в случае, если вы зажмете шнур питания), магнитные поля из-за протекания тока погаснут, и показание будет равно нулю.

Как проверить целостность цепи и плавкие предохранители

Мультиметр полезен для проверки разрывов в изгибах приборов, перегоревших нитей в лампах и перегоревших предохранителях, а также отслеживания путей / дорожек на печатных платах

  1. Поверните диск выбора на измерителе в диапазон непрерывности. Это часто обозначается символом, который выглядит как серия дуг окружности ( См. Фото, показывающее символы, используемые на метрах выше).
  2. Подсоедините провода датчика к измерителю, как показано на фотографии ниже.
  3. Если необходимо проверить проводник на плате / провод в приборе, убедитесь, что устройство выключено.
  4. Поместите наконечник зонда на каждом конце проводника или предохранителя, который необходимо проверить.
  5. Если сопротивление составляет менее 30 Ом, прибор показывает это звуковым сигналом или жужжанием. Сопротивление обычно также отображается на дисплее. Если в тестируемом устройстве есть разрыв в непрерывности, на счетчике будет отображаться индикация перегрузки, обычно цифра «1».

Как проверить диоды

Мультиметр можно использовать для проверки наличия короткого замыкания или разомкнутого диода. Диод — это электронный односторонний клапан или обратный клапан , который ведет только в одном направлении. Мультиметр при подключении к рабочему диоду показывает напряжение на компоненте.

  1. Поверните ручку счетчика в положение проверки диода, которое обозначено треугольником с полосой в конце ( см. Фото, показывающее символы, используемые на счетчиках выше).
  2. Подключите щупы, как показано выше.
  3. Прикоснитесь к наконечнику отрицательного датчика к одному концу диода, а к концу положительного датчика — к другому концу.
  4. Когда черный зонд находится в контакте с катодом диода (обычно обозначается полоской, отмеченной на компоненте), а красный зонд контактирует с анодом, диод проводит ток, а измеритель показывает напряжение. Это должно быть около 0,6 В для кремниевого диода и около 0,2 В для диода Шоттки.Когда датчики меняются местами, счетчик должен показывать «1», потому что диод разомкнут и непроводящий.
  5. Если счетчик показывает «1», когда датчики установлены в любом направлении, вероятно, диод неисправен и разомкнут. Если счетчик показывает значение, близкое к нулю, диод замкнут накоротко.
  6. Если компонент находится в цепи, параллельные сопротивления будут влиять на показания, и измеритель может показывать не «1», а значение несколько меньше.

Как измерить мощность и потребляемую мощность прибора с помощью мультиметра

Вт = Вольт х Ток


Таким образом, чтобы измерить мощность в ваттах нагрузки / прибора, необходимо измерить как напряжение на нагрузке, так и ток, проходящий через нее.Если у вас есть два цифровых мультиметра, вы можете измерять напряжение и ток одновременно. В качестве альтернативы сначала измерьте напряжение, а затем отключите нагрузку, чтобы цифровой мультиметр можно было подключить последовательно для измерения тока. Когда измеряется любая величина, измерительное устройство оказывает влияние на измерение. Таким образом, сопротивление измерителя немного уменьшит ток и даст более низкое значение, чем фактическое значение, если измеритель не подключен.

Самый безопасный способ измерить энергопотребление устройства, работающего от сети, — это использовать адаптер питания.Эти устройства подключаются к розетке, а затем устройство подключается к адаптеру, который отображает информацию на ЖК-дисплее. Типичными отображаемыми параметрами являются напряжение, ток, мощность, кВт-ч, стоимость и продолжительность включения прибора (полезно для холодильников, морозильных камер и кондиционеров, которые включаются и выключаются). Вы можете прочитать больше об этих гаджетах в моей статье здесь:

Проверка энергопотребления приборов с адаптером мониторинга энергии

Альтернативный способ безопасного измерения тока, потребляемого электрическим прибором, заключается в изготовлении испытательного провода с использованием короткого отрезка шнура питания с замыкающей розеткой на одном конце и сетевой вилкой на другом.Внутренний нейтральный сердечник шнура питания может быть освобожден и отделен от внешней оболочки, а ток измерен с помощью токоизмерительного прибора или щупа (не снимайте изоляцию!). Другой способ — разрезать нейтральный сердечник, добавить 4-миллиметровые банановые заглушки на каждый из отрезанных концов и вставить их в прибор. Подключайте и настраивайте диапазон на измерителе только при отключенном питании!

Как проверить пиковые напряжения — с помощью адаптера DVA

У некоторых счетчиков есть кнопка, которая устанавливает счетчик на считывание максимального и минимального среднеквадратичного напряжения и / или пикового напряжения (сигнала).Альтернативой является использование DVA или адаптера прямого напряжения. Некоторые компоненты, такие как модули зажигания разряда конденсатора на транспортных средствах, лодках и небольших двигателях, генерируют импульсы, которые различаются по частоте и могут быть кратковременными. Адаптер DVA сэмплирует и удерживает пиковое значение сигнала и выводит его в виде напряжения постоянного тока, чтобы можно было проверить компонент, чтобы убедиться, что он выдает правильный уровень напряжения. Адаптер DVA обычно имеет два измерительных провода в качестве входа для измерения напряжения и два выходных провода с банановыми штекерами или разъем с фиксированными штекерами, подключенными для подключения к счетчику со стандартными разнесенными розетками.Измеритель настроен на высокий диапазон постоянного напряжения (например, 1000 вольт постоянного тока), и адаптер обычно выдает 1 вольт постоянного тока на вход 1 вольт переменного тока.

Важная информация для тех, кто использует DVA для проверки цепей зажигания!

В этом приложении адаптер используется для измерения первичного напряжения статора / катушки зажигания, а не вторичного напряжения, которое может составлять около 10000 В или более.

Fluke также производит счетчики, которые могут фиксировать пиковый уровень коротких переходных процессов e.грамм. — модели Fluke-87-5, Fluke-287 и Fluke-289.

True RMS Multimeter

Напряжение в вашем доме — переменный ток, а напряжение и ток со временем меняются по полярности. Форма волны является синусоидальной, как на диаграмме ниже, и изменение направления тока называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Эта частота может составлять 50 или 60 Гц, в зависимости от того, в какой стране вы живете. Среднеквадратичное напряжение сигнала переменного тока является эффективным напряжением и аналогично среднему напряжению.Если пиковое напряжение V пиковое , то среднеквадратичное напряжение синусоидального напряжения V пиковое / √2 (примерно 0,707 от пикового напряжения). Мощность в цепи — это среднеквадратичное напряжение, умноженное на среднеквадратичное значение тока, протекающего в нагрузке. Напряжение, обычно печатаемое на приборах, является среднеквадратичным напряжением, хотя это обычно не указывается.
Базовый мультиметр будет отображать среднеквадратичное напряжение для синусоидальных сигналов напряжения. Подача в наши дома синусоидальна, так что это не проблема. Однако, если напряжение не является синусоидальным, e.грамм. прямоугольная или треугольная волна, то измеритель не будет указывать истинное среднеквадратичное напряжение. Однако истинные среднеквадратичные измерители предназначены для правильного указания среднеквадратичных значений для всех формных сигналов.

Удаленное измерение напряжений и регистрация показаний

Если вам необходимо измерять напряжения и регистрировать их с течением времени, вы можете использовать мультиметр регистрации данных. Такой продукт, как мультиметр Fluke 289 True-RMS, может регистрировать 15 000 показаний. Еще одна особенность этого измерителя заключается в том, что он может быть настроен с беспроводным разъемом для связи с мобильным устройством Android, что позволяет удаленно просматривать показания, в то время как измеритель находится в другом месте.

Часто задаваемые вопросы о мультиметрах

Как проверить напряжение с помощью мультиметра?

Подключите черный зонд к COM, а красный зонд к разъему с маркировкой VΩ. Установите диапазон на постоянное или переменное напряжение и прикоснитесь наконечниками зонда к двум точкам, между которыми должно измеряться напряжение

.

Как использовать мультиметр

Избранные любимец 49

Измерительное напряжение

Для начала давайте измерим напряжение на батарее AA: подключите черный зонд к COM , а красный зонд к mAVΩ . Установите мультиметр на «2 В» в диапазоне постоянного тока (постоянного тока). Почти вся портативная электроника использует постоянный ток, а не переменный ток. Подключите черный зонд к заземлению аккумулятора или «-», а красный зонд для питания или «+».Сожмите щупы с небольшим давлением на положительные и отрицательные клеммы батареи АА. Если у вас новая батарея, вы должны увидеть около 1,5 В на дисплее (эта батарея совершенно новая, поэтому ее напряжение немного выше, чем 1,5 В).

Если вы измеряете постоянное напряжение (например, батарею или датчик, подключенный к Arduino), вы хотите установить ручку, где V имеет прямую линию. Напряжение переменного тока (например, то, что выходит из стены) может быть опасным, поэтому нам редко нужно использовать настройку напряжения переменного тока (V с волнистой линией рядом с ним).Если вы возитесь с переменным током, мы рекомендуем вам использовать бесконтактный тестер, а не использовать цифровой мультиметр.

Используйте V с прямой линией для измерения постоянного напряжения

Используйте V с волнистой линией для измерения переменного напряжения

Что произойдет, если вы переключите красный и черный зонды? Показания на мультиметре просто отрицательные. Ничего плохого не происходит! Мультиметр измеряет напряжение относительно общего датчика. Какое напряжение на «+» батареи по сравнению с общим или отрицательным выводом? 1.5V. Если мы переключаем датчики, мы определяем «+» как общую или нулевую точку. Какое напряжение на ‘- ′ батареи по сравнению с нашим новым нулем? -1.5V!

Теперь давайте построим простую схему, чтобы продемонстрировать, как измерять напряжение в реальном сценарии. Схема просто 1 кОм; и синий суперяркий светодиод с питанием от блока питания SparkFun. Для начала давайте удостоверимся, что схема, над которой вы работаете, правильно включена. Если ваш проект должен быть на 5 В, но меньше, чем 4.5 В или более 5,5 В, это быстро даст вам понять, что что-то не так, и вам может потребоваться проверить подключение к сети или проводку вашей цепи.

Измерение напряжения, снимаемого с блока питания.

Установите ручку на «20 В» в диапазоне постоянного тока (диапазон напряжения постоянного тока имеет V с прямой линией рядом с ним). Мультиметры обычно не имеют автоматического выбора диапазона. Вы должны установить мультиметр на диапазон, который он может измерить. Например, измеряет напряжения до 2 вольт , а 20В измеряет напряжения до 20 вольт .Поэтому, если вы измеряете батарею 12 В, используйте настройку 20 В. 5В система? Используйте настройку 20 В. Если вы установите его неправильно, вы, вероятно, увидите изменение экрана счетчика, а затем прочитаете «1».

С некоторой силой (представьте, что тыкаешь вилку в кусок вареного мяса), наденьте щупы на два открытых кусочка металла. Один зонд должен контактировать с заземлением. Один зонд для подключения VCC или 5V.

Мы можем также проверить различные части схемы. Эта практика называется узловым анализом и является основным строительным блоком в схемотехническом анализе.Измеряя напряжение в цепи, мы видим, какое напряжение требуется каждому компоненту. Давайте сначала измерим всю схему. Измеряя, откуда напряжение подается на резистор, а затем на землю на светодиоде, мы должны увидеть полное напряжение цепи, которое должно составлять около 5 В.

Затем мы можем увидеть, какое напряжение использует светодиод. Это то, что называется падением напряжения на светодиоде . Если это не имеет смысла сейчас, не бойтесь. Это будет по мере того, как вы будете больше изучать мир электроники.Важно помнить, что различные части схемы могут быть измерены для анализа схемы в целом.

Этот светодиод использует 2,66 В от 5 В для питания. Это ниже, чем прямое напряжение, указанное в техническом описании, из-за того, что цепь имеет только небольшое количество тока, хотя и немного об этом.

Перегрузка

Что произойдет, если вы выберете слишком низкое значение напряжения, которое вы хотите измерить? Ничего плохого.Измеритель просто покажет 1. Это измеритель, пытающийся сказать вам, что он перегружен или находится вне допустимого диапазона. Все, что вы пытаетесь прочитать, слишком много для этого конкретного параметра. Попробуйте изменить мультиметровую ручку на следующую максимальную настройку.

Считывание 5 В по этой цепи слишком много для настройки 2 В на мультиметре.

Ручка выбора

Почему ручка индикатора показывает 20 В, а не 10 В? Если вы хотите измерить напряжение менее 20 В, перейдите к настройке 20 В.Это позволит вам читать с 2.00 до 19.99 .

Первая цифра на многих мультиметрах может отображать только «1», поэтому диапазоны ограничены 1 9,99 вместо 9 9,99. Следовательно, максимальный диапазон 20В вместо максимального диапазона 99В.

Предупреждение! В общем, придерживаться цепей постоянного тока (настройки на мультиметре с прямыми линиями, а не изогнутыми линиями). Большинство мультиметров могут измерять системы переменного (переменного тока), но цепи переменного тока могут быть опасными.Сетевая розетка с переменным или «основным напряжением» — это то, что может вас поразить. ОЧЕНЬ внимательно уважайте AC. Если вам необходимо проверить, включена ли розетка, используйте тестер переменного тока. Действительно, единственные моменты, когда нам нужно было измерить переменный ток, — это когда у нас есть забавная розетка (действительно ли она на 110 В?) Или если мы пытаемся управлять нагревателем (например, плитой). Идите медленно и перепроверьте все перед проверкой цепи переменного тока.

← Предыдущая страница
Типы зондов ,
Научный эксперимент: измерение колебаний напряжения сети

Введение Educational data logger

Целью этого эксперимента является мониторинг колебаний сетевого напряжения и частоты в течение семидневного периода. Эта информация должна показывать влияние загрузки Национальной сети.

Электрогенерирующие компании имеют допуски, которым они обязаны соответствовать.

Допуски на однофазную сеть в Европе:

  • Напряжение 230 вольт переменного тока RMS + 10% / — 6%
  • Частота сети 50.00 Гц +/- 0,2 Гц

Настройка оборудования

ADC-42 считывает напряжение в диапазоне ± 5 вольт. Сетевое напряжение должно быть снижено до ± 4 Вольт (остается место для колебаний напряжения).

Один из самых простых и безопасных способов измерения напряжения в сети — это использование простого «штепселя в настенном» блоке питания для сброса напряжения в сети до более безопасного уровня. Это имеет то преимущество, что обеспечивает электрическую изоляцию от опасного сетевого напряжения.

Mains Voltage experiment - Equipment Used

Рисунок 1: использованное оборудование

Существует два типа базового блока питания:

Типы выходов переменного тока

Они наиболее просты в использовании, поскольку они просто дают уменьшенную версию сетевого напряжения. Обычно они дают выходной сигнал в диапазоне от 6 В переменного тока до 12 В переменного тока, и поэтому может потребоваться простая схема делителя потенциала для ослабления выходного сигнала до подходящего диапазона (см. Ниже).

Типы выходов постоянного тока

Они похожи на типы переменного тока, описанные выше, но у них также есть встроенный выпрямитель для преобразования напряжения переменного тока в постоянный ток, а также обычно конденсатор для обеспечения некоторого сглаживания сигнала постоянного тока — в некоторых типах также может быть установлен регулятор напряжения. Чтобы использовать этот тип, вам необходимо снять выпрямитель и конденсатор (и регулятор, если он установлен) — это должен делать только квалифицированный электрик.

Предупреждение: если у вас есть какие-либо сомнения, обратитесь за советом к квалифицированному электрику.

Выходной сигнал блока питания может нуждаться в дальнейшем ослаблении для соответствия диапазону входов ADC-42. Лучше всего это сделать с помощью простого резисторного делителя напряжения, как показано формулой ниже.

Circuit Diagram

Рисунок 2: принципиальная схема

Расчет потенциального делителя

Vo = Vs x Rb / (Ra + Rb)
Vo / Vs = Rb / Ra + Rb
Vs / Vo = Ra + Rb / Rb
(Vs / Vo) Rb = Ra + Rb
Ra = (Vs / Vo ) Руб —

руб

Пример расчета делителя потенциала

Vs = 20 вольт пик
Vo = 4 вольт пик
Так Ra = 5Rb — Rb
Следовательно Ra = 4Rb

С уравнением выше и Rb = 10l, Ra = 40k.Значение 40 кОм не является стандартным значением резистора, поэтому можно использовать резистор 30 кОм и последовательно включенный 10 кОм.

Использование этих силовых блоков с PicoLog и PicoScope:

Анализатор спектра PicoScope можно использовать для исследования содержания гармоник в электросети.

PicoLog может использоваться для отслеживания долгосрочных изменений напряжения питания и питания.

,

учиться | OpenEnergyMonitor

Измерение переменного напряжения с помощью сетевого адаптера переменного тока


Измерение переменного напряжения необходимо для расчета реальной мощности, полной мощности и коэффициента мощности. Это измерение можно безопасно выполнить (не требуя работы под высоким напряжением) с помощью адаптера переменного тока в переменный. Трансформатор в адаптере обеспечивает изоляцию от сети высокого напряжения.

На этой странице кратко описана электроника, необходимая для сопряжения адаптера переменного тока в переменный с Arduino.

Как и в случае измерения тока с помощью датчика ТТ, основной задачей для электроники формирования сигнала, описанной ниже, является подготовка выходного сигнала адаптера переменного тока таким образом, чтобы он соответствовал требованиям аналоговых входов Arduino: положительное напряжение между 0В и опорное напряжение АЦП (Обычно 5V или 3.3V — emontx).

Адаптеры переменного тока переменного тока

доступны во многих номинальных напряжениях. Первое, что важно знать, это номинальное напряжение вашего адаптера.Мы составили список основных адаптеров переменного напряжения, которые мы использовали (мы стандартизировали для адаптера RMS 9 В).

Выходной сигнал от адаптера переменного напряжения представляет собой почти синусоидальную форму волны. Если у вас адаптер питания 9 В (RMS), положительный пик напряжения будет 12,7 В, отрицательный пик -12,7 В. Однако из-за плохого регулирования напряжения с адаптером этого типа, когда адаптер не загружен (как в этом случае), выходной сигнал часто составляет 10-12 В (среднеквадратическое значение), что дает пиковое напряжение 14-17 В.Выходное напряжение трансформатора пропорционально входному напряжению переменного тока, см. Ниже примечания по британскому сетевому напряжению.

Электроника формирования сигнала должна преобразовать выходной сигнал адаптера в форму сигнала, которая имеет положительный пик, который составляет менее 5 В (3,3 В для emonTx), и отрицательный пик, который составляет более 0 В.

Итак, нам нужно:

  1. масштаб вниз формы волны и
  2. добавить смещение , чтобы не было отрицательного компонента.

Форма волны может быть уменьшена с помощью делителя напряжения, подключенного к клеммам адаптера, а смещение (смещение) может быть добавлено с помощью источника напряжения, созданного другим делителем напряжения, подключенным к источнику питания Arduino (таким же образом мы добавили смещение для токовой чувствительной цепи).

Вот принципиальная схема и формы сигналов напряжения:

Резисторы

R1 и R2 образуют делитель напряжения, который уменьшает напряжение переменного тока адаптера питания.Резисторы R3 и R4 обеспечивают смещение напряжения. Конденсатор C1 обеспечивает низкоомный путь к земле для сигнала переменного тока. Значение не является критическим, от 1 мкФ до 10 мкФ будет удовлетворительным.

R1 и R2 должны быть выбраны, чтобы дать пиковое выходное напряжение ~ 1V. Для адаптера переменного тока с выходом RMS 9 В подойдет комбинация резисторов 10 кОм для R1 и 100 кОм для R2:

 peak_voltage_output = R1 / (R1 + R2) x peak_voltage_input =
10k / (10k + 100k) x 12.7 В = 1,15 В 

Смещение напряжения, обеспечиваемое R3 и R4, должно составлять половину напряжения питания Arduino. Таким образом, R3 и R4 должны иметь одинаковое сопротивление. Более высокое сопротивление снижает потребление энергии. Для emonTx с батарейным питанием, где важно низкое энергопотребление, мы используем резисторы 470 кОм для R3 и R4.

Если Arduino работает при 5 В, результирующий сигнал имеет положительный пик 2,5 В + 1,15 В = 3,65 В и отрицательный пик 1,35 В, удовлетворяющий требованиям напряжения аналогового входа Arduino.Это также оставляет некоторый «запас» для минимизации риска чрезмерного или пониженного напряжения.

Комбинации R1 и R2 10 кОм и 100 кОм отлично работают для emonTx, питаемых от 3,3 В, с положительным пиком 2,8 В и отрицательным пиком 0,5 В.

Если вам нужна подробная информация о том, как рассчитать оптимальные значения для компонентов с учетом допусков компонентов, см. Эту страницу.

Arduino эскиз

Чтобы использовать вышеуказанную схему вместе с измерением тока для измерения реальной мощности, полной мощности, коэффициента мощности, Vrms и Irms, загрузите эскиз Arduino, детализированный здесь: Эскиз Arduino — напряжение и ток

Улучшение качества источника смещения

Этот относительно простой источник смещения напряжения имеет некоторые ограничения.См. Буферизованное смещение напряжения для схемы, которая предлагает улучшенную производительность.

Примечания по ограничениям напряжения сети

Стандартное внутреннее электроснабжение для Европы составляет 230 В ± 10%, что дает нижний предел 207 В и верхний предел 253 В. В соответствии с BS 7671 допускается падение напряжения в пределах установки 5%, что дать нижний предел 195,5 В. Стандарт Великобритании до согласования составлял 240 В ± 6%, давая верхний предел 254,4 В.

Несмотря на то, что номинальный стандарт Великобритании в настоящее время составляет 230 В, система питания, как правило, не была отрегулирована, а напряжение составляет около 240 В.

Спасибо Роберту Уоллу за обобщение довольно запутанных стандартов, связанных с сетевыми напряжениями в Великобритании.

Все страны Европы, Африки, Азии, Австралии, Новой Зеландии и большей части Южной Америки используют источник питания в пределах 6% от 230 В

https://en.wikipedia.org/wiki/Mains_electricity_by_country

,

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *