www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Вимірювання напруги і сили струму

RL

Рисунок 1. Коло для вимірювання напруги

RL

Рисунок 1. Коло для вимірювання напруги

Вимірювання напруги і сили струму

Вимірюванням називають процес знаходження значення фізичної величини шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів. В ході вимірювань значення вимірюваної величини співвідносять із значенням, прийнятим за одиницю для цієї величини. Так, одиницею напруги є один вольт, а сили струму – один ампер. Фактично, вимірювання полягає у визначенні кратності (в тому числі із коефіцієнтом, меншим за одиницю), з якою значення вимірюваної величини відноситься до одиниці цієї величини.

Вимірювання напруги

Для вимірювання напруги вимірювальний пристрій підключається паралельно навантаженню (наприклад, резистору) або джерелу напруги. Внутрішній опір вимірювального пристрою має бути як можна вищим, щоби вимірювальний пристрій не вносив спотворень у результат вимірювань. Це пов’язано з тим, що вимірювальний пристрій також споживає певний струм. Значить, струм джерела напруги буде поділятися на струм, що протікає через вимірювальний пристрій, та струм, що протікає через резистор. Таким чином, значення падіння напруги на резисторі (а це і є величина, що підлягає вимірюванню) буде відрізнятися від значення у ситуації, коли в схемі відсутній вимірювальний пристрій. Така різниця буде тим більшою, чим більшим буде струм, що протікає через вимірювальний пристрій. Отже, для зменшення цього струму треба, щоби опір вимірювального пристрою був набагато більше опору резистора, падіння напруги на якому підлягає вимірюванню.

На практиці, чим менша вимірювана напруга, тим більшим є деформуючий вплив вимірювального приладу.

Однак для певних ситуацій під час вимірювань, точність вимірювання має другорядне значення. Наприклад, це відноситься до деяких напруг живлення: неважливо, чи буде напруга живлення електронних елементів складати лише 4,95 або 5,05 замість 5 вольт. І навпаки, існують такі напруги, які мають бути відрегульовані як найточніше. Це особливо актуально для еталонних напруг, наприклад, для аналого-цифрових перетворювачів, точність вимірювання для яких має складати одну тисячну вольта.

У разі роботи з застарілими аналоговими вимірювальними приладами, необхідно самостійно здійснювати правильний вибір діапазону вимірювань відповідно до очікуваного результату. Якщо орієнтовне значення вимірюваної напруги невідоме, то треба починати з найбільшого діапазону вимірювань і поступово зменшувати його до тих пір, поки на покажчику (аналоговому дисплеї) не буде відображатися приблизно 2/3 повної шкали. Тільки тепер результати вимірювань найбільш точні для даного вимірювального приладу!

Измерительные гнезда
для напряжения

Рисунок 2. R&S® Scope Rider – зручний осцилограф з можливістю вимірювання напруги, сили струму та електричного опору
(фото люб’язно надано компанією Rohde & Schwarz)

Гнізда для
вимірювання напруги

Рисунок 2. R&S® Scope Rider - зручний осцилограф з можливістю вимірювання напруги, сили струму та електричного опору
(фото люб’язно надано компанією Rohde & Schwarz)

Сучасні вимірювальні прилади зазвичай мають цифровий дисплей для відображення результатів вимірювань. Вони також автоматично перемикають діапазони вимірювання, якщо це потрібно. Хоча це зручно, у таких приладів є й недоліки: навіть якщо в точці вимірювання напруга відсутня, вимірювальний прилад буде щось показувати – зазвичай напругу в нижньому діапазоні (мілівольт), спричинену повзучими струмами витоку. Нажаль, часто символ, який вказує діапазон вимірювань (мВ), також дуже малий. Отже вам варто подивитись ближче на те, що показує прилад.

Вимірювання напруги за допомогою осцилографу

Кожен осцилограф також може в використовуватися для вимірювання напруги постійного або змінного струму безпосередньо на екрані. Осцилограф має бути переключений в режим, в якому також відображається напруга постійного струму. Для цього вибирається відповідна шкала, де напруга постійного струму відображається у вигляді горизонтальної лінії на екрані. В такому випадку градуювання шкала (наприклад, один вольт на лінію шкали) слугує для вимірювання величини напруги. Для наведеного прикладу п’ять ліній шкали відповідає напрузі п’ять вольт. У разі вимірювань напруги змінного струму у такий спосіб можливо виміряти значення пікової напруги Uпик. В цьому випадку необхідно буде розрахувати значення ефективної напруги Uеф. Для синусоїдальної напруги застосовується апроксимація:

Uеф ≈ 0,707· Uпик (1)

Існують також багатофункціональні вимірювальні пристрої, до складу яких входить аналого-цифровий перетворювач, що в будь-якому випадку потрібний в приладі для вимірювання напруги постійного струму (см. Рисунок 2). Це дуже практично, тому що якщо ви проводите вимірювання за допомогою приладу, наприклад, на антенно-поворотному пристрої радіолокатора на високій щоглі, ви можете убезпечити себе від необхідності спускатися вниз, щоби взяти інший прилад..

RL

Рисунок 3. Коло для вимірювання сили струму

RL

Рисунок 3. Коло для вимірювання сили струму

Вимірювання сили струму

Для вимірювання сили струму вимірювальний пристрій, як правило, послідовно підключається у коло, в якому потрібно провести вимірювання. Це означає, що коло розімкнуте і вимірювальний прилад підключено в розрив. В даному випадку вимірювальний пристрій повинен мати як найменший внутрішній опір, щоби як найменше впливати на загальний опір, тобто не спотворювати результат вимірювання.

З цієї причини у вимірювальному приладі, як правило, використовується послідовно включений вимірювальний резистор з малим опором. У вимірювальному приладі фактично вимірюється падіння напруги на цьому резисторі, а результат перераховується в значення сили струму відповідно до закону Ома.

Для вимірювання дуже великих значень сили струму може використовуватися й інший принцип вимірювань, за допомогою так званих струмових кліщів. В даному випадку сила струму вимірюється тільки опосередковано, тому що фактично вимірюється величина магнітного поля, яке спричиняється струмом у проводі, яка потім перераховується у силу струму. Однак цей прилад можливо використовувати лише у випадках, коли провід може бути охоплений кліщами. Для багатожильного кабелю результат вимірювання буде неправильним.

Вимірювання опору

Вимірювання омічного опору відноситься до функцій більшості мультіметрів. Існує два основних способи виміряти опір:

  1. Через резистор, чий опір потрібно виміряти, від джерела постійного струму протікає постійний струм, сила якого відома. Результат вимірювання є пропорційним падінню напруги на резисторе (як показано на Рисунку 1). По результату можливо розрахувати величину опору.
  2. До резистору, чий опір потрібно виміряти, прикладена постійна, регульована напруга, величина якої відома. Результат вимірювання є пропорційним силі струму, який протікає через резистор (як показано на Рисунку 3). По результату можливо розрахувати величину опору.
Вимірювання електричної ємності

Насправді, принцип вимірювання величини ємності подібний до вимірювання опору, за виключенням того, що замість постійного струму використовується змінний струм з відомою частотою. Таким чином, вимірюється так званий реактивний опір (опір змінному струму) конденсатора та обчислюється його електрична ємність.

Однак вимірювання ємності за допомогою мультіметру – це скоріше оцінювання, ніж вимірювання.