ولتاژ برق چیست؟ ولتاژ برق و ولت متر. ولتاژ DC

اینها الکترونهایی هستند که از یک هادی عبور می کنند که بار منفی دارند. حجم این شارژ یا به عبارت دیگر مقدار الکتریسیته مشخص کننده قدرت جریان است. می دانیم که قدرت جریان در تمام نقاط مدار یکسان است.

الکترون ها نمی توانند ناپدید شوند یا از سیم ها و بارها "پرش" کنند. بنابراین، ما می توانیم قدرت جریان را در هر نقطه از یک مدار الکتریکی اندازه گیری کنیم. با این حال، آیا تأثیر جریان در بخش های مختلف این مدار یکسان خواهد بود؟ بیایید آن را بفهمیم.

با عبور از سیم ها، جریان فقط کمی آنها را گرم می کند، اما کار زیادی انجام نمی دهد. عبور از مارپیچ لامپ روشنایی، جریان نه تنها آن را بسیار گرم می کند، بلکه آن را به حدی گرم می کند که گرم می شود و شروع به درخشش می کند. یعنی در در این موردجریان کار مکانیکی و کار کاملاً مناسبی انجام می دهد. جریان انرژی خود را هدر می دهد. همین تعداد الکترون به حرکت بیشتر ادامه می دهند، اما انرژی کمتری دارند.

تعیین ولتاژ الکتریکی

به این معنا که میدان الکتریکیباید الکترون ها را از طریق بار "کشش" کند و انرژی صرف شده با کمیتی به نام ولتاژ الکتریکی مشخص می شود. همین انرژی برای تغییر در وضعیت ماده بار مصرف شد. همانطور که می دانیم انرژی در هیچ جا ناپدید نمی شود و از هیچ جا ظاهر نمی شود. این را قانون بقای انرژی بیان می کند. یعنی اگر جریان انرژی صرف شده از بار عبور کند، بار این انرژی را به دست می آورد و مثلاً گرم می شود.

یعنی به این تعریف می رسیم: ولتاژ جریان الکتریسیته - این کمیتی است که نشان می دهد میدان هنگام جابجایی بار از یک نقطه به نقطه دیگر چقدر کار کرده است. ولتاژ در قسمت های مختلف مدار متفاوت خواهد بود. ولتاژ در بخش سیم خالی بسیار کم خواهد بود و ولتاژ در بخش با هر بار بسیار بیشتر خواهد بود و بزرگی ولتاژ به میزان کار انجام شده توسط جریان بستگی دارد. ولتاژ بر حسب ولت (1 ولت) اندازه گیری می شود. برای تعیین ولتاژ یک فرمول وجود دارد:

جایی که U ولتاژ است،
A کار انجام شده توسط جریان برای انتقال بار q به بخش خاصی از مدار است.

ولتاژ در قطب های منبع جریان

در مورد ولتاژ در بخش مدار، همه چیز واضح است. پس ولتاژ در قطب ها به چه معناست؟ در این حالت، این ولتاژ به معنای مقدار پتانسیل انرژی است که منبع می تواند به جریان القا کند. مثل فشار آب در لوله هاست. این مقدار انرژی است که در صورت اتصال بار مشخصی به منبع مصرف می شود. بنابراین، هر چه ولتاژ منبع جریان بیشتر باشد، کارت عالی بودمی تواند جریان ایجاد کند.

ولت متر

برای اندازه گیری ولتاژ دستگاهی به نام ولت متر وجود دارد. برخلاف آمپرمتر، در هیچ جای مدار خودسرانه وصل نمی شود، بلکه موازی با بار، قبل و بعد از آن است. در این حالت ولت متر میزان ولتاژ اعمال شده به بار را نشان می دهد. برای اندازه گیری ولتاژ در قطب های منبع جریان، یک ولت متر مستقیماً به قطب های دستگاه متصل می شود.

اطلاعات کلی.نیاز به اندازه گیری ولتاژ در عمل اغلب به وجود می آید. در مدارها و دستگاه های الکتریکی و رادیویی، ولتاژ جریان مستقیم و متناوب (سینوسی و پالسی) اغلب اندازه گیری می شود.

ولتاژ جریان مستقیم(شکل 3.5، آ) به صورت بیان می شود. منابع چنین ولتاژی ژنراتورهای DC و منابع انرژی شیمیایی هستند.

برنج. 3.5. نمودارهای زمان بندی ولتاژ: جریان مستقیم (a)، سینوسی متناوب (b) و پالس متناوب (c)

ولتاژ جریان سینوسی AC (شکل 3.5، ب) به صورت بیان می شود و با مقادیر ریشه میانگین مربع و دامنه مشخص می شود:

منابع چنین ولتاژی ژنراتورهای فرکانس پایین و بالا و شبکه الکتریکی هستند.

ولتاژ جریان پالس AC (شکل 3.5 V) با دامنه و مقادیر ولتاژ متوسط ​​(مولفه ثابت) مشخص می شود. منبع چنین ولتاژی ژنراتورهای پالس با سیگنال است اشکال مختلف.

واحد اصلی اندازه گیری ولتاژ ولت (V) است.

در عمل اندازه گیری های الکتریکی، واحدهای فرعی و چندگانه به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند:

کیلوولت (1 کیلو ولت - ولت)؛

میلی ولت (1mV - V)؛

میکروولت (1μV - V).

نام‌های بین‌المللی واحدهای ولتاژ در پیوست 1 آورده شده است.

در طبقه بندی کاتالوگ، ولت مترهای الکترونیکی به شرح زیر تعیین می شوند: B1 - نمونه، B2 - جریان مستقیم، VZ - جریان سینوسی متناوب، B4 - جریان پالس متناوب، B5 - حساس به فاز، B6 - انتخابی، B7 - جهانی.

در مقیاس های نشانگرهای آنالوگ و در پانل های جلویی (روی سوئیچ های محدود) ولت مترهای الکترونیکی و الکترومکانیکی داخلی و خارجی از عناوین زیر استفاده می شود: V - ولت متر، کیلوولت - کیلوولت متر، mV - میلی ولت متر، V - میکروولت متر.

اندازه گیری ولتاژ DCبرای اندازه گیری ولتاژ DC از ولت متر و مولتی متر الکترومکانیکی، ولت متر آنالوگ و دیجیتال الکترونیکی و اسیلوسکوپ الکترونیکی استفاده می شود.

ولت مترهای الکترومکانیکیتخمین مستقیم کمیت اندازه گیری شده است کلاس بزرگدستگاه های آنالوگ و دارای مزایای زیر هستند:

امکان کار بدون اتصال به منبع تغذیه؛

ابعاد کلی کوچک؛

قیمت پایین تر (در مقایسه با الکترونیکی)؛

سادگی طراحی و سهولت کار.

اغلب هنگام انجام اندازه گیری های الکتریکی در مدارهای با جریان بالا از ولت مترهای مبتنی بر سیستم های الکترومغناطیسی و الکترودینامیکی و در مدارهای جریان کم از سیستم مغناطیسی استفاده می شود. از آنجایی که تمام سیستم های فوق خود متر جریان (آمپرمتر) هستند، برای ایجاد ولت متر بر اساس آنها لازم است مقاومت داخلی دستگاه افزایش یابد، یعنی. یک مقاومت اضافی را به صورت سری با مکانیزم اندازه گیری وصل کنید (شکل 3.6، آ).

ولت متر به طور موازی به مدار مورد آزمایش متصل می شود (شکل 3.6، ب)و امپدانس ورودی آن باید به اندازه کافی بزرگ باشد.

برای گسترش دامنه اندازه گیری ولت متر، از یک مقاومت اضافی نیز استفاده می شود که به صورت سری به دستگاه متصل می شود (شکل 3.6، V).

مقدار مقاومت مقاومت اضافی با فرمول تعیین می شود:

برنج. 3.6. طرحی برای ایجاد یک ولت متر بر اساس آمپرمتر ( آ، اتصال ولت متر به بار ( 6 ، اتصال یک مقاومت اضافی به یک ولت متر ( V)

(3.8)

عددی که نشان می دهد چند برابر حد اندازه گیری ولت متر افزایش می یابد کجاست:

جایی که - حد اصلیاندازه گیری ها

- محدودیت اندازه گیری جدید

مقاومت های اضافی که در داخل بدنه دستگاه قرار می گیرند داخلی و مقاومت هایی که از بیرون به دستگاه متصل می شوند خارجی نامیده می شوند. ولت مترها می توانند چند برد باشند. یک رابطه مستقیم بین حد اندازه گیری و مقاومت داخلی یک ولت متر چند حدی وجود دارد: هر چه حد اندازه گیری بزرگتر باشد، مقاومت ولت متر بیشتر است.

ولت مترهای الکترومکانیکی دارای معایب زیر هستند:

محدوده اندازه گیری ولتاژ محدود (حتی در ولت مترهای چند برد)؛

مقاومت ورودی کم، بنابراین مصرف برق داخلی زیاد از مدار مورد مطالعه.

این معایب ولت مترهای الکترومکانیکی، استفاده ارجح از ولت مترهای الکترونیکی را برای اندازه گیری ولتاژ در الکترونیک تعیین می کند.

ولت متر آنالوگ DC الکترونیکیبر اساس طرح نشان داده شده در شکل ساخته شده است. 3.7. دستگاه ورودی از یک دنبال کننده امیتر (برای افزایش مقاومت ورودی) و یک تضعیف کننده - یک تقسیم کننده ولتاژ تشکیل شده است.

مزایای ولت متر آنالوگ الکترونیکی در مقایسه با آنالوگ آشکار است:

برنج. 3.7. طرح ساختاریولت متر آنالوگ الکترونیکی DC

محدوده اندازه گیری ولتاژ گسترده؛

مقاومت ورودی بزرگ، بنابراین، مصرف برق ذاتی کم از مدار مورد مطالعه.

حساسیت بالا به دلیل وجود تقویت کننده در ورودی دستگاه؛

عدم امکان اضافه بار.

با این حال، ولت مترهای آنالوگ الکترونیکی دارای معایبی هستند:

در دسترس بودن منابع برق، عمدتاً تثبیت شده؛

خطای نسبی کاهش یافته بزرگتر از ولت مترهای الکترومکانیکی است (2.5-6٪).

وزن و ابعاد بزرگ، قیمت بالاتر.

در حال حاضر، ولت مترهای DC الکترونیکی آنالوگ به اندازه کافی مورد استفاده قرار نمی گیرند، زیرا پارامترهای آنها به طور قابل توجهی از ولت مترهای دیجیتال پایین تر است.

اندازه گیری ولتاژ AC

برای اندازه گیری ولتاژ AC از ولت متر و مولتی متر الکترومکانیکی، ولت متر آنالوگ و دیجیتال الکترونیکی و اسیلوسکوپ الکترونیکی استفاده می شود.

بیایید ولت مترهای الکترومکانیکی ارزان و نسبتا دقیق را در نظر بگیریم. توصیه می شود این کار را در محدوده فرکانس انجام دهید.

در فرکانس های صنعتی 50، 100، 400 و 1000 هرتز، ولت متر از سیستم های الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی، فرودینامیک، یکسو کننده، الکترواستاتیک و ترموالکتریک به طور گسترده ای استفاده می شود.

در فرکانس های پایین (تا 15-20 کیلوهرتز)، ولت متر سیستم های یکسو کننده، الکترواستاتیک و ترموالکتریک استفاده می شود.

در فرکانس های بالا (تا چند - ده ها مگاهرتز) دستگاه های سیستم های الکترواستاتیک و ترموالکتریک استفاده می شود.

برای اندازه گیری های الکتریکی، ابزار جهانی - مولتی متر - به طور گسترده ای استفاده می شود.

مولتی متر(تستر، آمپر-ولت-اهم متر، دستگاه های ترکیبی) به شما امکان می دهد پارامترهای زیادی را اندازه گیری کنید: قدرت جریان مستقیم و متناوب، ولتاژ جریان مستقیم و متناوب، مقاومت مقاومت، ظرفیت خازن (نه همه دستگاه ها)، برخی از پارامترهای استاتیک ترانزیستورهای کم مصرف. (، , و).

مولتی مترها با خواندن آنالوگ و دیجیتال در دسترس هستند.

استفاده گسترده از مولتی متر با مزایای زیر توضیح داده می شود:

چند منظوره بودن، یعنی امکان استفاده به عنوان آمپرمتر، ولت متر، اهم متر، فارادومتر، متر پارامتر ترانزیستورهای کم مصرف:

طیف گسترده ای از پارامترهای اندازه گیری شده به دلیل وجود چندین محدودیت اندازه گیری برای هر پارامتر.

امکان استفاده به عنوان دستگاه های قابل حمل، زیرا منبع تغذیه اصلی وجود ندارد.

وزن و ابعاد کوچک؛

تطبیق پذیری (قابلیت اندازه گیری جریان ها و ولتاژهای متناوب و مستقیم)،

مولتی مترها همچنین دارای معایبی هستند:

محدوده فرکانس باریک کاربرد؛

مصرف برق بزرگ خود از مدار 1 مورد مطالعه؛

کاهش خطاهای بزرگ برای مولتی مترهای آنالوگ (1.5، 2.5 و 4) و دیجیتال.

ناهماهنگی مقاومت داخلی در محدوده های مختلف 4 اندازه گیری جریان و ولتاژ.

طبق طبقه بندی کاتالوگ داخلی، مولتی مترها Ts43 و سپس شماره مدل، به عنوان مثال، Ts4352 تعیین می شوند.

برای تعیین مقاومت داخلی یک مولتی متر آنالوگ در حد اندازه گیری گنجانده شده، می توان مقاومت ویژه را در گذرنامه دستگاه 1 ذکر کرد. به عنوان مثال، در پاسپورت تستر Ts4341، مقاومت = 16.7 کیلو اهم / ولت، محدودیت های اندازه گیری برای ولتاژ DC 1.5 - 3 - 6 - 15 V است.

در این مورد، مقاومت مولتی متر در حد 6 ولت DC با فرمول تعیین می شود:

گذرنامه دستگاه ممکن است حاوی اطلاعات لازم برای محاسبه مقاومت طبق قانون اهم باشد.

اگر تستر به عنوان ولت متر استفاده شود، مقاومت ورودی آن با فرمول تعیین می شود:

حد اندازه گیری انتخاب شده کجاست.

مقدار فعلی در حد انتخاب شده (در پانل پشتی دستگاه یا در پاسپورت آن نشان داده شده است).

اگر تستر به عنوان آمپرمتر استفاده شود، مقاومت ورودی آن با فرمول تعیین می شود:

حد اندازه گیری انتخاب شده کجاست.

— مقدار ولتاژ نشان داده شده در پنل پشتی دستگاه یا در برگه اطلاعات آن.

به عنوان مثال، پاسپورت تستر Ts4341 افت ولتاژ دستگاه را برابر با 0.3 ولت در محدوده 0.06 - 0.6 - 6 - 60 - 600 میلی آمپر DC و افت ولتاژ 1.3 ولت در محدوده: 0.3 نشان می دهد. - 3 - 30 - 300 میلی آمپر AC. امپدانس ورودی مولتی متر در حد AC 3 میلی آمپر خواهد بود

ولت متر AC آنالوگ الکترونیکیبر اساس یکی از نمودارهای بلوک (شکل 3.8) ساخته شده اند که در ترتیب ترتیب بلوک های اصلی - تقویت کننده و مبدل (آشکارساز) ولتاژ جریان متناوب به ولتاژ جریان مستقیم متفاوت است. خواص این ولت مترها تا حد زیادی به مدار انتخاب شده بستگی دارد.

برنج. 3.8.بلوک دیاگرام های ولت متر آنالوگ الکترونیکی از نوع جریان متناوب U-D ( آ) و D-U را تایپ کنید (ب)

ولت مترهای گروه اول - نوع تقویت کننده آشکارساز (A-D) - دارای حساسیت بالایی هستند که با وجود تقویت کننده اضافی همراه است. بنابراین، تمام میکرو و میلی ولت متر طبق مدار V-D ساخته می شوند. با این حال، محدوده فرکانس چنین ولت متری گسترده نیست (تا چندین مگاهرتز)، زیرا ایجاد یک تقویت کننده AC باند پهن با مشکلات خاصی همراه است. ولت مترهای نوع U-D به عنوان غیر جهانی (زیرگروه VZ) طبقه بندی می شوند. فقط می تواند ولتاژ AC را اندازه گیری کند.

ولت مترهای گروه دوم - نوع آشکارساز-تقویت کننده (D-A) - دارای محدوده فرکانس وسیع (تا چندین گیگاهرتز) و حساسیت کم هستند. ولت مترهای این نوع جهانی هستند (زیرگروه B7) ، یعنی. اندازه گیری ولتاژ نه تنها جریان متناوب، بلکه جریان مستقیم. می تواند سطوح ولتاژ قابل توجهی را اندازه گیری کند، زیرا تهیه بهره بالا با استفاده از CNT ها دشوار نیست.

در هر دو نوع ولت متر، یک عملکرد مهم توسط مبدل های ولتاژ AC به ولتاژ DC - آشکارسازها انجام می شود که بر اساس عملکرد تبدیل ولتاژ ورودی به ولتاژ خروجی، می توان آنها را به سه نوع دامنه، rms و مقادیر یکسو شده rms طبقه بندی کرد. .

خواص دستگاه تا حد زیادی به نوع آشکارساز بستگی دارد. ولت متر با آشکارساز مقدار دامنه بالاترین فرکانس هستند. ولت متر با آشکارساز مقدار RMS به شما امکان می دهد ولتاژ AC را از هر شکلی اندازه گیری کنید. ولت متر با یک آشکارساز مقدار اصلاح شده متوسط ​​برای اندازه گیری ولتاژ فقط یک سیگنال هارمونیک مناسب هستند و ساده ترین، قابل اعتمادترین و ارزان ترین هستند.

آشکارساز مقدار دامنهدستگاهی است که ولتاژ خروجی آن مطابق با مقدار دامنه سیگنال اندازه گیری شده است که با ذخیره ولتاژ روی خازن تضمین می شود.

برای اینکه مدار بار واقعی هر آشکارساز به طور موثر سیگنال مفید را فیلتر کند و هارمونیک های فرکانس بالا ناخواسته را سرکوب کند، شرایط زیر باید رعایت شود:

یا، (3.12)

ظرفیت فیلتر خروجی کجاست.

- مقاومت در برابر بار آشکارساز.

شرط دوم برای عملکرد خوب آشکارساز:

شکل 3.9 بلوک دیاگرام و نمودارهای زمان بندی ولتاژ خروجی آشکارساز مقدار دامنه را با دیود متصل به موازات و ورودی بسته نشان می دهد. یک آشکارساز با ورودی بسته دارای یک خازن به صورت سری است که اجازه نمی دهد قطعه DC از آن عبور کند. بیایید عملکرد چنین آشکارساز را هنگامی که یک ولتاژ سینوسی به ورودی آن اعمال می شود در نظر بگیریم .

برنج. 3.9. بلوک دیاگرام آشکارساز مقدار دامنه با اتصال موازی یک دیود و یک ورودی بسته (آ)و نمودارهای زمان بندی ولتاژ (ب)هنگامی که یک نیمه موج مثبت از یک موج سینوسی می رسد، خازن بااز طریق دیود VD شارژ می شود که در حالت باز مقاومت کمی دارد.

ثابت زمان شارژ خازن کم است و خازن به سرعت به حداکثر مقدار خود شارژ می شود . هنگامی که قطبیت سیگنال ورودی تغییر می کند، دیود بسته می شود و خازن به آرامی از طریق مقاومت بار تخلیه می شود که بزرگ انتخاب شده است - 50-100 MOhm.

بنابراین، ثابت تخلیه به طور قابل توجهی بیشتر از دوره سیگنال سینوسی است. در نتیجه، خازن تا ولتاژ نزدیک به شارژ باقی می ماند .

تغییر ولتاژ در مقاومت بار توسط تفاوت در دامنه ولتاژ ورودی و ولتاژ دو طرف خازن تعیین می شود. در نتیجه، ولتاژ خروجی با دوبرابر دامنه ولتاژ اندازه گیری شده تپش خواهد داشت (شکل 3.9 را ببینید، ب).

این با محاسبات ریاضی زیر تأیید می شود:

در , در , در .

برای جداسازی جزء ثابت سیگنال، خروجی آشکارساز به یک فیلتر خازنی متصل می‌شود که تمام هارمونیک‌های جریان دیگر را سرکوب می‌کند.

بر اساس موارد فوق نتیجه گیری به شرح زیر است: هر چه دوره سیگنال مورد مطالعه کوتاهتر باشد (فرکانس آن بیشتر باشد)، برابری با دقت بیشتری برآورده می شود. , که ویژگی های فرکانس بالای آشکارساز را توضیح می دهد. هنگام استفاده از ولت متر با آشکارساز مقدار دامنه، باید در نظر داشت که این دستگاه ها اغلب در مقادیر ریشه میانگین مربع سیگنال سینوسی کالیبره می شوند، یعنی خوانش نشانگر دستگاه برابر با ضریب است. مقدار دامنه تقسیم بر ضریب دامنه سینوسی:

فاکتور دامنه کجاست

آشکارساز ارزش rms (شکل 3.10) ولتاژ AC را به ولتاژ DC، متناسب با مجذور ریشه میانگین ارزش مربع ولتاژ اندازه گیری شده، تبدیل می کند. بنابراین، اندازه‌گیری ولتاژ rms شامل انجام سه عملیات است: مربع کردن مقدار لحظه‌ای سیگنال، میانگین‌گیری مقدار آن و ریشه‌یابی نتیجه میانگین‌گیری (آخرین عملیات با کالیبره کردن مقیاس ولت متر تضمین می‌شود). مربع کردن مقدار سیگنال لحظه ای معمولاً توسط یک سلول دیود با استفاده از بخش درجه دوم مشخصه آن انجام می شود.

برنج. 3.10. آشکارساز RMS: آ -سلول دیود؛ ب- CVC دیود

در سلول دیود VD، R1(شکل 3.10 را ببینید، آ)یک ولتاژ ثابت به دیود VD اعمال می شود به گونه ای که تا زمانی که ولتاژ اندازه گیری شده () در طول مقاومت بسته می ماند. R2از ارزش تجاوز نخواهد کرد .

بخش اولیه مشخصه جریان-ولتاژ دیود کوتاه است (شکل 3.10 را ببینید، ب)بنابراین، بخش درجه دوم به طور مصنوعی با روش تقریب خطی تکه‌ای با استفاده از چندین سلول دیود طولانی‌تر می‌شود.

هنگام طراحی ولت مترهای RMS، مشکلاتی در ارائه یک محدوده فرکانس گسترده ایجاد می شود. با وجود این، چنین ولت مترهایی محبوب ترین هستند، زیرا می توانند ولتاژ هر شکل پیچیده را اندازه گیری کنند.

آشکارساز میانگین تصحیح شدهولتاژ AC را متناسب با میانگین مقدار ولتاژ اصلاح شده به ولتاژ DC تبدیل می کند. جریان خروجی دستگاه اندازه گیری با چنین آشکارساز مشابه جریان خروجی سیستم یکسو کننده است.

ولتاژهای متناوب فعال در لوازم برقی، می تواند در طول زمان بر اساس قوانین مختلف تغییر کند. به عنوان مثال، ولتاژ در خروجی نوسانگر اصلی یک فرستنده رادیویی متصل طبق قانون سینوسی تغییر می کند، در خروجی ژنراتور اسکن اسیلوسکوپ، پالس ها شکل دندانه ای دارند، پالس های هماهنگ سازی پر هستند. سیگنال تلویزیونمستطیل شکل.

در عمل، انجام اندازه‌گیری‌ها در بخش‌های مختلف مدارها، ولتاژهایی که ممکن است از نظر مقدار و شکل متفاوت باشند، ضروری است. اندازه گیری ولتاژ غیر سینوسی ویژگی های خاص خود را دارد که برای جلوگیری از خطا باید مورد توجه قرار گیرد.

انتخاب صحیح نوع دستگاه و روش تبدیل قرائت های ولت متر به مقدار پارامتر مورد نیاز ولتاژ اندازه گیری شده بسیار مهم است. برای انجام این کار، باید به وضوح درک کنید که چگونه ولتاژهای AC ارزیابی و مقایسه می شوند و چگونه شکل ولتاژ بر مقادیر ضرایب مرتبط با یکدیگر تأثیر می گذارد. پارامترهای فردیولتاژ.

معیار ارزیابی ولتاژ جریان متناوب از هر شکلی، اتصال با ولتاژ جریان مستقیم متناظر برای همان اثر حرارتی است (مقدار rms U), توسط عبارت تعریف شده است

(3.14)

دوره تکرار سیگنال کجاست.

- تابعی که قانون تغییر مقدار ولتاژ لحظه ای را توصیف می کند. همیشه این امکان برای اپراتور وجود ندارد که یک ولت متر در اختیار داشته باشد که با آن پارامتر ولتاژ مورد نظر را اندازه گیری کند. در این حالت پارامتر ولتاژ مورد نیاز به صورت غیر مستقیم با استفاده از یک ولت متر موجود و با استفاده از ضرایب تاج و شکل اندازه گیری می شود. بیایید مثالی از محاسبه پارامترهای لازم یک ولتاژ سینوسی را در نظر بگیریم.

تعیین دامنه ضروری است () و مقادیر میانگین تصحیح شده () ولتاژ سینوسی با یک ولت متر کالیبره شده در مقادیر ریشه میانگین مربع ولتاژ سینوسی، در صورتی که دستگاه نشان داد.

محاسبه را به صورت زیر انجام می دهیم. از آنجایی که ولت متر در مقادیر rms کالیبره شده است , سپس در ضمیمه 3 برای این دستگاه، قرائت 10 ولت با قرائت مستقیم در مقیاس rms مطابقت دارد، یعنی.

ولتاژ متناوب با مقادیر میانگین، دامنه) (حداکثر) و ریشه مشخص می شود.

مقدار متوسط(جزء ثابت) برای یک دوره ولتاژ متناوب:

(3.15)

حداکثر مقداربزرگترین مقدار لحظه ای ولتاژ متناوب در طول دوره سیگنال است:

میانگین مقدار اصلاح شده -این ولتاژ متوسط ​​در خروجی یکسو کننده تمام موج با ولتاژ متناوب در ورودی است. :

(3.17)

نسبت rms، مقادیر متوسط ​​و حداکثر ولتاژ جریان متناوب به شکل آن و در نمای کلیتوسط دو ضریب تعیین می شود:

(ضریب دامنه)، (3.18)

(فاکتور فرم). (3.19)

مقادیر این ضرایب برای تنش های اشکال مختلف و نسبت آنها در جدول آورده شده است. 3.1

جدول 3.1

مقادیر و برای ولتاژهای اشکال مختلف

توجه داشته باشید, - چرخه کار: .

در تعدادی از دستگاه ها، ولتاژ نه در واحدهای مطلق (V، mV، μV)، بلکه در یک واحد لگاریتمی نسبی - دسی بل (dB، یا dB) ارزیابی می شود. برای ساده‌سازی انتقال از واحدهای مطلق به واحدهای نسبی و برعکس، بیشتر ولت‌مترهای آنالوگ (مستقل و تعبیه‌شده در دستگاه‌های دیگر: ژنراتورها، مولتی‌مترها، اعوجاج‌سنج‌های غیرخطی) دارای مقیاس دسی بل همراه با مقیاس معمولی هستند. این مقیاس با یک غیر خطی به وضوح مشخص متمایز می شود که در صورت لزوم به شما امکان می دهد بدون محاسبات مناسب و استفاده از جداول تبدیل بلافاصله نتیجه را در دسی بل به دست آورید. اغلب، برای چنین دستگاه هایی، مقیاس صفر دسی بل مربوط به ولتاژ ورودی 0.775 ولت است.

ولتاژ بیشتر از شرطی است سطح صفربا دسی بل مثبت، کمتر از این سطح - منفی مشخص می شود. در سوئیچ حد، هر زیر محدوده اندازه گیری از نظر سطح با همسایه 10 دسی بل متفاوت است، که مربوط به ضریب ولتاژ 3.16 است. قرائت های گرفته شده در مقیاس دسی بل به صورت جبری به قرائت های روی سوئیچ حد اندازه گیری اضافه می شوند و مانند قرائت های ولتاژ مطلق ضرب نمی شوند.

به عنوان مثال، سوئیچ حد روی "- 10 دسی بل" تنظیم شده است، در حالی که فلش نشانگر روی "- 0.5 دسی بل" تنظیم شده است. سطح کل خواهد بود: ---- 10 + (- 0.5) = - 10.5 دسی بل، و مبنای تبدیل ولتاژ از مقادیر مطلق به مقادیر نسبی، فرمول است.

(3.20)

جایی که = 0.775 ولت.

از آنجایی که بل یک واحد بزرگ است، در عمل از یک بخش کسری (دهم) بل استفاده می شود - دسی بل.

ولت متر پالسی و دیجیتال.هنگام اندازه گیری ولتاژ پالس با دامنه کوچک، از تقویت اولیه پالس استفاده می شود. بلوک دیاگرام یک ولت متر پالس آنالوگ (شکل 3.11) شامل یک پروب از راه دور با یک دنبال کننده امیتر، یک تضعیف کننده، یک پیش تقویت کننده باند پهن، یک آشکارساز مقدار دامنه، یک تقویت کننده جریان مستقیم (DCA) و یک نشانگر الکترومکانیکی است. ولت مترهای اجرا شده بر اساس این طرح به طور مستقیم ولتاژهای 1 mV - 3 V را با خطای ± (4 - 10)٪، مدت زمان پالس 1 - 200 میکرو ثانیه و چرخه کاری 100 ... 2500 اندازه گیری می کنند.

برنج. 3.11.tبلوک دیاگرام یک ولت متر پالس

برای اندازه گیری ولتاژهای کوچک در محدوده وسیعی از مدت زمان (از نانوثانیه تا میلی ثانیه)، ولت مترهایی که بر اساس روش جبران خودکار کار می کنند، استفاده می شود.

ولت مترهای دیجیتال الکترونیکی مزایای قابل توجهی نسبت به آنالوگ دارند:

سرعت اندازه گیری بالا؛

از بین بردن احتمال خطای ذهنی اپراتور.

خطای کوچک کاهش یافته است.

با توجه به این مزایا، ولت متر الکترونیکی دیجیتال به طور گسترده ای برای اهداف اندازه گیری استفاده می شود. شکل 3.12 یک بلوک دیاگرام ساده شده از یک ولت متر دیجیتال را نشان می دهد.

برنج. 3.12. بلوک دیاگرام ساده شده یک ولت متر دیجیتال

دستگاه ورودیطراحی شده برای ایجاد مقاومت ورودی بزرگ، انتخاب محدودیت های اندازه گیری، کاهش تداخل، تشخیص خودکارقطبیت ولتاژ DC اندازه گیری شده در ولت مترهای متناوب، دستگاه ورودی دارای مبدل ولتاژ AC به DC نیز می باشد.

از در خروجی دستگاه ورودیولتاژ اندازه گیری شده تامین می شود مبدل آنالوگ به دیجیتال(ADC) که در آن ولتاژ به صورت کد یا پالس های الکتریکی به سیگنال دیجیتال (گسسته) تبدیل می شود که تعداد آنها متناسب با ولتاژ اندازه گیری شده است. نتیجه در جدول امتیازات ظاهر می شود نشانگر دیجیتالعملکرد تمام بلوک ها کنترل می شود دستگاه کنترل

ولت مترهای دیجیتال بسته به نوع ADC به چهار گروه کد پالس، پالس زمانی، فرکانس پالس، کدگذاری فضایی تقسیم می شوند.

در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود ولت مترهای دیجیتال زمان پالس , مبدل هایی که تبدیل میانی ولتاژ اندازه گیری شده را به یک بازه زمانی متناسب پر از پالس هایی با فرکانس تکرار مشخص انجام می دهند. در نتیجه این تبدیل، سیگنال گسسته اطلاعات اندازه گیری در ورودی ADC شکل بسته ای از پالس های شمارش را دارد که تعداد آنها متناسب با ولتاژ اندازه گیری شده است.

خطای ولت مترهای پالس زمانی با خطای نمونه گیری سیگنال اندازه گیری شده، ناپایداری فرکانس پالس شمارش، وجود آستانه حساسیت مدار مقایسه و غیرخطی بودن ولتاژ تبدیل شده در ورودی مقایسه تعیین می شود. جریان.

گزینه های مختلفی برای راه حل های طراحی مدار هنگام ساخت ولت متر پالس زمان وجود دارد. بیایید اصل عملکرد یک ولت متر پالس با یک ژنراتور ولتاژ متغیر خطی (GLIN) را در نظر بگیریم.

شکل 3.13 بلوک دیاگرام یک ولت متر پالس زمان دیجیتال را با GLIN و نمودارهای زمان بندی نشان می دهد که عملکرد آن را توضیح می دهد.

سیگنال گسسته اطلاعات اندازه گیری در خروجی مبدل به شکل بسته ای از پالس های شمارش است که تعداد آنها متناسب با مقدار ولتاژ ورودی است. . از خروجی GLIN، یک ولتاژ خطی در حال افزایش در زمان به ورودی 1 دستگاه های مقایسه عرضه می شود. ورودی 2 دستگاه مقایسه II به محفظه متصل است.

در لحظه برابری، یک پالس در ورودی دستگاه مقایسه II و در خروجی آن ظاهر می شود که به ورودی تک ماشه (T) تغذیه می شود و باعث ظاهر شدن یک سیگنال در خروجی آن می شود. ماشه با یک پالس که از خروجی دستگاه مقایسه II می آید به موقعیت اصلی خود باز می گردد. این سیگنال در لحظه برابری ولتاژ افزایش خطی و ولتاژ اندازه گیری شده ظاهر می شود. سیگنالی که بدین ترتیب با مدت زمان (جایی که — ضریب تبدیل) به ورودی 1 مدار ضرب منطقی AND عرضه می شود و ورودی 2 سیگنالی را از مولد پالس شمارش (CPG) دریافت می کند. پالس ها با فرکانس دنبال می شوند. یک سیگنال پالس زمانی ظاهر می شود که در هر دو ورودی پالس وجود داشته باشد، یعنی. هنگامی که سیگنالی در خروجی ماشه وجود دارد، پالس های شمارش عبور می کنند.

برنج. 3.13. طرح ساختاری (آ)و نمودارهای زمانی (ب)ولت متر پالس زمانی دیجیتال با GLIN

شمارنده پالس تعداد پالس های عبور داده شده را (با در نظر گرفتن ضریب تبدیل) می شمارد. نتیجه اندازه گیری بر روی برد نشانگر دیجیتال (DI) نمایش داده می شود. فرمول داده شده خطای گسست را به دلیل عدم تطابق بین ظاهر پالس های شمارش و ابتدا و انتهای بازه در نظر نمی گیرد.

علاوه بر این، یک خطای بزرگ توسط ضریب غیر خطی ضریب تبدیل معرفی می شود . در نتیجه، ولتمترهای دیجیتال زمان پالس با GLIN کمترین دقت را در بین ولت مترهای دیجیتال دارند.

ولت مترهای دیجیتال یکپارچه دوگانهدر اصل کارکرد با ولت مترهای پالس زمانی متفاوت است. در آنها، در طول چرخه اندازه گیری، دو بازه زمانی تشکیل می شود - و . در بازه اول، یکپارچگی ولتاژ اندازه گیری شده تضمین می شود , در دوم - ولتاژ مرجع. زمان چرخه اندازه گیری به عنوان مضربی از دوره نویز در ورودی از پیش تنظیم شده است که منجر به بهبود ایمنی نویز ولت متر می شود.

شکل 3.14 بلوک دیاگرام یک ولت متر دیجیتال را با نمودارهای ادغام مضاعف و زمان بندی نشان می دهد که عملکرد آن را توضیح می دهد.

برنج. 3.14. طرح ساختاری (آ)و نمودارهای زمان بندی (6) ولت متر دیجیتال یکپارچه دوگانه

در (در لحظه شروع اندازه گیری)، دستگاه کنترل یک پالس مدرج با مدت زمان تولید می کند

، (3.21) سوئیچ را به موقعیت 2 منتقل می کند و منبع ولتاژ مرجع (VS) به یکپارچه کننده عرضه می شود. حالت. در خروجی ماشه، پالس ولتاژ تولید شده است

; ; (3.25)

از روابط به دست آمده نتیجه می گیرد که خطا در نتیجه اندازه گیری فقط به سطح ولتاژ مرجع بستگی دارد و به چندین پارامتر (مانند ولت متر کد پالس) بستگی دارد، اما در اینجا یک خطای گسست نیز وجود دارد.

از مزایای یک ولت متر با یکپارچگی دوگانه، ایمنی بالای نویز و کلاس دقت بالاتر (0.005-0.02٪) در مقایسه با ولت متر با GLIN است.

ولت متر دیجیتال با توکارریزپردازنده ها ترکیب شده و متعلق به ولت متر هستند بالاترین کلاسدقت. اصل عملکرد آنها بر اساس روش های متعادل سازی بیت به بیت و تبدیل یکپارچه سازی پالس زمان است.

ریزپردازنده و مبدل های اضافی موجود در مدار چنین ولت متری قابلیت های دستگاه را افزایش می دهد و آن را از نظر اندازه گیری جهانی می کند. تعداد زیادیمولفه های. چنین ولت مترهایی ولتاژ DC و AC، قدرت جریان، مقاومت مقاومت، فرکانس نوسان و سایر پارامترها را اندازه گیری می کنند. هنگامی که همراه با یک اسیلوسکوپ استفاده می شود، آنها می توانند پارامترهای زمانی را اندازه گیری کنند: دوره، مدت زمان پالس و غیره. وجود ریزپردازنده در مدار ولت متر امکان تصحیح خودکار خطاهای اندازه گیری، عیب یابی و کالیبراسیون خودکار را فراهم می کند.

شکل 3.15 بلوک دیاگرام یک ولت متر دیجیتال با یک ریزپردازنده داخلی را نشان می دهد.

برنج. 3.15. بلوک دیاگرام یک ولت متر دیجیتال با یک ریزپردازنده داخلی

واحد عادی سازی سیگنال با استفاده از مبدل های مناسب، پارامترهای اندازه گیری شده ورودی (97 صفحه) را به یک سیگنال یکپارچه که به ورودی ADC می رسد، تبدیل می کند، که تبدیل را با استفاده از روش یکپارچه سازی دوگانه انجام می دهد. انتخاب حالت عملکرد ولت متر برای یک نوع اندازه گیری مشخص توسط واحد کنترل ADC با نمایشگر انجام می شود. همین بلوک پیکربندی مورد نیاز سیستم اندازه گیری را فراهم می کند.

ریزپردازنده اساس واحد کنترل است و از طریق شیفت رجیستر به واحدهای دیگر متصل می شود. ریزپردازنده با استفاده از صفحه کلیدی که روی صفحه کنترل قرار دارد کنترل می شود. مدیریت همچنین می تواند از طریق یک رابط استاندارد یک کانال ارتباطی متصل انجام شود. حافظه فقط خواندنی (ROM) برنامه عامل ریزپردازنده را ذخیره می کند که با استفاده از حافظه دسترسی تصادفی (RAM) پیاده سازی می شود.

تقسیم کننده های ولتاژ مرجع مقاومتی بسیار پایدار و دقیق، تقویت کننده دیفرانسیل (DA) و تعدادی از عناصر خارجی (تضعیف کننده، انتخابگر حالت، واحد ولتاژ مرجع). ) انجام اندازه گیری مستقیم همه بلوک ها توسط سیگنال های تولید کننده ساعت هماهنگ می شوند.

گنجاندن یک ریزپردازنده و تعدادی مبدل اضافی در مدار ولت متر امکان تصحیح خودکار خطا، کالیبراسیون خودکار و تشخیص عیب را فراهم می کند.

پارامترهای اصلی ولت متر دیجیتال عبارتند از: دقت تبدیل، زمان تبدیل، محدودیت برای تغییر مقدار ورودی و حساسیت.

دقت تبدیلبا خطای کوانتیزاسیون سطح مشخص می شود که با تعداد بیت ها در کد خروجی مشخص می شود.

خطای ولت متر دیجیتال دو جزء دارد. جزء اول (ضربی) به مقدار اندازه گیری شده بستگی دارد، جزء دوم (افزودنی) به مقدار اندازه گیری شده بستگی ندارد.

این نمایش با اصل گسسته اندازه گیری یک کمیت آنالوگ همراه است، زیرا در طول فرآیند کوانتیزه کردن یک خطای مطلق به دلیل تعداد محدودی از سطوح کوانتیزاسیون ایجاد می شود. خطای مطلق اندازه گیری ولتاژ به صورت بیان می شود

نشانه ها) یا (نشانه ها)، (3.27)

خطای واقعی اندازه گیری نسبی کجاست.

- مقدار ولتاژ اندازه گیری شده؛

— مقدار نهایی در حد اندازه گیری انتخاب شده؛

تیعلائم - مقدار تعیین شده توسط واحد کمترین رقم مهم CI (خطای گسست افزودنی). خطای واقعی اندازه گیری نسبی را می توان به شکل دیگری ارائه کرد:

(3.2)

جایی که الف، ب -اعداد ثابت مشخص کننده کلاس دقت دستگاه.

اولین ترم خطا (آ)به قرائت ابزار بستگی ندارد، و دوم (ب)هنگام کاهش افزایش می یابد .

زمان تبدیلمدت زمانی است که برای تکمیل یک تبدیل یک مقدار آنالوگ به یک کد دیجیتال لازم است.

محدودیت های تغییر مقدار ورودی — اینها محدوده های تبدیل مقدار ورودی هستند که به طور کامل با تعداد ارقام و "وزن" کوچکترین رقم تعیین می شود.

حساسیت(رزولیشن) کوچکترین تغییر در مقدار کمیت ورودی است که توسط مبدل قابل تشخیص است.

به اصلی مشخصات مترولوژیکیولت مترهایی که باید بدانید انتخاب درستدستگاه دارای مشخصات زیر است:

پارامتر ولتاژ اندازه گیری شده (rms، دامنه)؛

محدوده اندازه گیری ولتاژ؛

محدوده فرکانس؛

خطای اندازه گیری مجاز؛

امپدانس ورودی() .

این ویژگی ها در آورده شده است اطلاعات تکنیکیو پاسپورت دستگاه

این مهارت هر روز مفید نیست، اما بهتر است از قبل دریابید که چگونه ولتاژ یک پریز را با یک مولتی متر بررسی کنید و چه چیزی باید نشان دهد. تستر الکترونیکی علاوه بر ولتاژ قابلیت اندازه گیری قدرت جریان و مقاومت سیم ها را نیز دارد که برای این منظور باید اتصال دوشاخه های دستگاه تعویض شود. برای آنها اتصال صحیحشما باید با دقت تماشا کنید - اگر اندازه گیری ها را اشتباه انجام دهید، یک اتصال کوتاه رخ می دهد.

یک نظریه کوچک - چگونه ابزار اندازه گیری به هم متصل می شوند

یک مولتی متر الکترونیکی چندین مورد را ترکیب می کند دستگاه های مختلف، که به روش های مختلف به قسمتی از مدار متصل می شوند. برای استفاده صحیح از آن، باید بدانید که ولتاژ چگونه اندازه گیری می شود و چگونه جریان اندازه گیری می شود و دستگاه را به درستی وصل کنید.

هنگامی که سیم ها به سادگی به یک منبع برق کار متصل می شوند، پس ولتاژ الکتریکی، که می تواند بین مثبت و منفی (فاز و صفر) اندازه گیری شود. این بدان معنی است که ولتاژ را می توان هم با بار (دستگاه عامل) متصل به شبکه و هم بدون آن اندازه گیری کرد.

جریان الکتریکی تنها زمانی در سیم ها ظاهر می شود که مدار بسته باشد - تنها پس از آن شروع به جریان از یک قطب به قطب دیگر می شود. در این مورد، اندازه گیری جریان هنگام اتصال انجام می شود دستگاه اندازه گیریبه صورت متوالی این بدان معنی است که جریان باید از دستگاه عبور کند و تنها در این صورت می تواند مقدار خود را اندازه گیری کند.

البته برای اینکه دستگاه اندازه گیری بر جریانی که اندازه می گیرد تأثیر نگذارد، مقاومت مولتی متر باید تا حد امکان کم باشد. بر این اساس، اگر دستگاه برای اندازه گیری جریان پیکربندی شده باشد و به اشتباه بخواهید ولتاژ را با آن اندازه گیری کنید، اتصال کوتاه رخ می دهد. درست است، اینجا هم همه چیز روشن نیست - اندازه گیری جریان و ولتاژ با مولتی مترهای الکترونیکی مدرن با همان اتصال پایانه ها به دستگاه انجام می شود.

اگر حداقل دانش سطحی مدرسه را در مورد مدارهای الکتریکی به یاد می آورید، می توانید قوانین اندازه گیری ولتاژ و جریان را به صورت زیر تدوین کنید: ولتاژ در بخش های موازی متصل مدار یکسان است و قدرت جریان در اتصال سریالهادی ها

برای جلوگیری از خطا، قبل از انجام اندازه گیری، حتماً علامت های واقع در نزدیکی مخاطبین مولتی متر و سوئیچ حالت آن را بررسی کنید.

علامت گذاری در مقیاس مولتی متر

U مدل های مختلفدستگاه ها ویژگی های خاص خود را دارند، اما قابلیت های اساسی آنها به ویژه در مدل های اقتصادی تقریباً یکسان است.

ساده ترین ابزارها می توانند اندازه گیری کنند:

• ACV - ولتاژ متناوب. تنظیم سوئیچ روی این تقسیم، مولتی متر را به یک تستر ولتاژ تبدیل می کند، معمولاً تا 750 و 200 ولت.
• DCA - قدرت جریان مستقیم. در اینجا باید مراقب باشید - در مقیاس بسیاری از دستگاه های مقرون به صرفه، محدودیت های اندازه گیری 2000μ (میکرو آمپر) و 200 متر (میلی آمپر) وجود دارد و دوشاخه باید در همان ترمینال باقی بماند که هنگام اندازه گیری ولتاژ، و اگر شدت جریان اندازه گیری شود. به 10 آمپر، سپس دوشاخه باید به ترمینال دیگری با نام مربوطه مرتب شود.
• 10A - جریان DC از 200 میلی آمپر تا 10 آمپر. معمولاً روی دستگاه نوشته شده است که وقتی این حالت را روشن می کنید باید دوشاخه را دوباره مرتب کنید.
• hFe - بررسی ترانزیستور.
• >l - بررسی یکپارچگی دیودها، اما اغلب از این عملکرد به عنوان تستر سیم استفاده می شود.
• Ω - اندازه گیری مقاومت سیم ها و مقاومت ها. حساسیت از 200 اهم تا 2000 کیلو اهم.
• DCV - ولتاژ ثابت. حساسیت را می توان از 200 میلی ولت تا 1000 ولت تنظیم کرد.

دو سیم معمولاً به کانکتورهای مولتی متر متصل می شوند - سیاه و قرمز. دوشاخه های روی آنها یکسان است، اما رنگ ها صرفاً برای راحتی کاربر متفاوت است.

اندازه گیری مقاومت سیم

این ساده ترین حالت کار است - در اصل شما باید یک سیم بگیرید که برای آن باید مقاومت را اندازه بگیرید و انتهای مولتی متر را با پروب ها لمس کنید.

اندازه گیری مقاومت به لطف منبع تغذیه ای که در داخل مولتی متر است رخ می دهد - دستگاه ولتاژ و جریان خود را در مدار اندازه گیری می کند و سپس با استفاده از قانون اهم مقاومت را محاسبه می کند.

هنگام اندازه گیری مقاومت دو تفاوت وجود دارد:

1. مولتی متر مجموع مقاومت های سیم اندازه گیری شده را به همراه پروب هایی که آن را لمس می کنند نشان می دهد. در صورت نیاز مقادیر دقیق، سپس سیم های پروب ابتدا باید اندازه گیری شوند و سپس نتیجه حاصل از کل کم شود.
2. تخمین مقاومت تقریبی سیم از قبل دشوار است، بنابراین توصیه می شود با کاهش حساسیت دستگاه اندازه گیری کنید.

اندازه گیری ولتاژ

معمولاً در این مورد وظیفه اندازه گیری ولتاژ در پریز یا به سادگی بررسی وجود آن است. اولین مرحله این است که خود تستر را آماده کنید - سیم سیاه در ترمینال با علامت COM وارد می شود - این منفی یا "زمین" است. علامت قرمز در ترمینال قرار می گیرد که حرف "V" را در نام خود دارد: اغلب در کنار سایر نمادها نوشته می شود و چیزی شبیه به این ֪– VΩmA است. در نزدیکی چرخ انتخاب حالت مولتی متر، مقادیر حد نشان داده شده است - 750 و 200 ولت (در قسمت مشخص شده ACV). هنگام اندازه گیری ولتاژ در خروجی، ولتاژ باید حدود 220 ولت باشد، بنابراین کلید روی تقسیم 750 تنظیم می شود.

اگر در این حالت حد اندازه گیری را روی 200 ولت تنظیم کنید، احتمال آسیب رساندن به دستگاه وجود دارد.

صفرها روی صفحه دستگاه ظاهر می شوند - دستگاه آماده استفاده است. اکنون باید پروب ها را داخل سوکت قرار دهید و متوجه شوید که اکنون چه ولتاژی در آن وجود دارد و آیا اصلاً ولتاژ وجود دارد یا خیر. از آنجایی که اندازه گیری ولتاژ در شبکه AC ضروری است، تفاوتی نمی کند که کدام کاوشگر فاز را لمس کند و کدام صفر - نتیجه روی صفحه بدون تغییر خواهد بود - 220 (+/-) ولت در صورت وجود ولتاژ در خروجی یا صفر اگر وجود نداشته باشد در مورد دوم، باید مراقب باشید - اگر هیچ صفر در سوکت وجود نداشته باشد، دستگاه به سادگی نشان می دهد که سوکت کار نمی کند، بنابراین برای اینکه شوک الکتریکی دریافت نکنید، آسیبی به بررسی اضافی نمی رسد. تماس با یک پروب ولتاژ.

اندازه گیری به همین ترتیب انجام می شود ولتاژ DC- تنها با این تفاوت که پروب با سیم مشکی باید منفی را لمس کند و قرمز باید مثبت را لمس کند (اگر به درستی به پایانه های دستگاه وصل شده باشند). چرخ انتخاب حالت، البته، باید به منطقه DCV منتقل شود.

در اینجا همان ویژگی خوبی مانند اندازه گیری ولتاژ متناوب وجود دارد: در واقع، هنگام تعیین ولتاژ، می توانید با پروب سیاه رنگ منفی و مثبت را لمس کنید - فقط اگر قطبیت را معکوس کنید، نتیجه صحیح روی صفحه نمایش دستگاه نمایش داده می شود. ، اما با علامت منفی.

اینها همه ویژگی هایی هستند که قبل از اندازه گیری ولتاژ با مولتی متر - در هر دستگاه یا پریز، باید بدانید.

اندازه گیری جریان

خوب است اگر یک مولتی متر نسبتاً خوب در مزرعه داشته باشید که علامت A~ روی آن باشد که نشان دهنده توانایی دستگاه برای اندازه گیری جریان متناوب است. اگر از ابزارهای اندازه گیری بودجه استفاده می کنید، به احتمال زیاد، در مقیاس آن فقط یک علامت DCA (جریان مستقیم) وجود خواهد داشت و برای استفاده از آن باید دستکاری های اضافی انجام دهید، که برای آن باید اصول اولیه را به خاطر بسپارید. ساخت مدارهای الکتریکی

اگر دستگاه "می تواند" جریان متناوب "خارج از جعبه" را اندازه گیری کند، به طور کلی همه چیز به همان روشی که برای اندازه گیری ولتاژ انجام می شود، انجام می شود، اما مولتی متر به صورت سری با یک بار، به عنوان مثال، یک لامپ رشته ای متصل می شود. آن ها از اولین کانکتور سوکت سیم به پروب اول مولتی متر می رود - از پروب دوم سیم به اولین کنتاکت روی پایه لامپ می رود - از کنتاکت دوم پایه سیم به کانکتور دوم می رود. سوکت هنگامی که مدار بسته است، صفحه مولتی متر جریان عبوری از لامپ را نمایش می دهد.

اطلاعات بیشتر در مورد اندازه گیری جریان در این ویدیو توضیح داده شده است:

همیشه باید حداقل تقریباً تصور کنید که چه قدرت فعلی را باید اندازه گیری کنید تا به خود دستگاه اندازه گیری آسیب نرسانید.

اندازه گیری جریان AC با ولت متر

اگر نیاز به اندازه گیری قدرت جریان متناوب دارید، اما فقط یک مولتی متر بودجه در دست دارید که چنین عملکردی ندارد، می توانید با استفاده از روش اندازه گیری با استفاده از شنت از وضعیت خارج شوید. معنای آن با فرمول I = U / R منعکس می شود، جایی که I قدرت جریانی است که باید پیدا شود، U ولتاژ در بخش محلی هادی و R مقاومت این بخش است. از فرمول مشخص می شود که اگر R برابر با یک باشد، قدرت جریان در بخش مدار برابر با ولتاژ خواهد بود.

برای اندازه گیری، باید یک هادی با مقاومت 1 اهم پیدا کنید - این می تواند یک سیم نسبتا طولانی از یک ترانسفورماتور یا یک قطعه مارپیچ از یک اجاق گاز الکتریکی باشد. مقاومت سیم، یعنی طول آن توسط تستر در حالت تست مناسب تنظیم می شود.

نتیجه مدار زیر است (لامپ رشته ای به عنوان بار):

1. از اولین کانکتور سوکت، سیم به ابتدای شنت می رود و یکی از پروب های مولتی متر در اینجا وصل می شود.
2. پروب دوم مولتی متر به انتهای شنت متصل می شود و از این نقطه سیم به اولین کنتاکت پایه لامپ می رود.
3. از دومین کنتاکت پایه لامپ، سیم به کانکتور دوم سوکت می رود.

مولتی متر روی حالت اندازه گیری ولتاژ AC تنظیم شده است. به طور موازی به شنت متصل می شود، بنابراین تمام قوانین رعایت می شود. هنگامی که برق روشن می شود، ولتاژی برابر با جریان عبوری از شنت نشان می دهد که به نوبه خود همان بار است.

این روش اندازه گیری به وضوح در ویدیو نشان داده شده است:

در نتیجه

حتی یک دستگاه اندازه گیری جهانی مقرون به صرفه - یک مولتی متر - به شما امکان می دهد اندازه گیری ها را در محدوده نسبتاً گسترده ای انجام دهید، برای استفاده خانگی. اما هنگام خرید یک دستگاه، حداقل باید طرح کلیتصور کنید برای چه اهدافی از آن استفاده می شود - شاید بهتر باشد کمی بیش از حد پرداخت کنید، اما در نتیجه، یک تستر "در دسترس" داشته باشید که قادر به انجام هر کاری که به آن اختصاص داده شده است. همچنین، قبل از استفاده از آن، حداقل به طور خلاصه اصول ساخت و ساز را بررسی کنید. مدارهای الکتریکیو استفاده از وسایل اندازه گیری الکتریکی در آنها.

من فوراً به شما خواهم گفت که چرا باید خودتان ولتاژ را در آپارتمان یا خانه خود اندازه گیری کنید.

اولا، به منظور اطمینان از صحت پریز برق، سوئیچ ، لامپ - وجود ولتاژ را در مخاطبین آنها بررسی می کنیم که باید با 220 ولت با انحرافات مجاز برای شبکه برق خانگی مطابقت داشته باشد.

دوما، اگر ولتاژ در سیم کشی برق به طور قابل توجهی بالاتر از حد مجاز باشد، همانطور که در عمل نشان داده شده است، این اغلب علت خرابی الکترونیک، لوازم خانگی و سوختن لامپ ها در لامپ ها است. علاوه بر این، نه تنها اضافه یا اضافه ولتاژ در شبکه برق خطرناک است، بلکه کاهش ولتاژ کمتر از حد مجاز نیز در چنین شرایطی خطرناک است، معمولاً کمپرسور یخچال خراب می شود.

مقادیر مجاز ولتاژ، علل نوسانات.

با توجه به الزامات GOST 13109، مقدار ولتاژ در شبکه برق خانگی باید در محدوده 220 ولت ± 10٪ (از 198 ولت تا 242 ولت) باشد. اگر در خانه یا آپارتمان شما لامپ ها شروع به سوختن ضعیف، پلک زدن یا به طور کلی اغلب سوختن می کنند، ثابت کار نمی کند. لوازم خانگیو الکترونیک - من توصیه می کنم بلافاصله همه چیز را به حداکثر خاموش کنید و مقدار ولتاژ را بررسی کنیددر سیم کشی برق

اگر نوسانات برق را ثبت کرده اید،سپس اغلب در یک کاهش دوره ای زیر سطح مجازهمسایه های خانه یا خیابان مقصر هستند. از آنجایی که نه تنها شما به خطی که از ایستگاه فرعی می رسد، بلکه به همسایگان خود نیز متصل هستید. این معمولا برای خصوصی یا خانه های فردیدر مواردی که شخص دیگری و حتی بیشتر از آن چند نفر، در یک خط یک مصرف کننده قدرتمند را روشن می کنند که به طور دوره ای سطح مصرف انرژی را تغییر می دهد، به عنوان مثال یک دستگاه جوش، ماشین ابزار و غیره.

گزینه دومبرای همه صدق می کند، اما در آن بیشتر رایج است ساختمان های آپارتمانی. اگر صفر در تابلو برق 380 ولت بسوزد، تمام آپارتمان ها شروع به دریافت برق می کنند حالت اضطراری. علاوه بر این، بسته به بار در هر فاز، در یک آپارتمان اضافه ولتاژ وجود خواهد داشت، برعکس، افت.

چرا این اتفاق می افتد؟چون 3 فاز + صفر = هادی زمین به پانل کف می آید. هر آپارتمان به یک فاز، صفر و زمین (برای 3 خط سیم) متصل است.

آپارتمان ها در فازهای مختلفی قرار دارند، زیرا لازم است از بار یکنواخت در هر 3 فاز اطمینان حاصل شود عملکرد عادیکل شبکه برق به پست. بنابراین ولتاژ بین فازها 380 ولت و بین فاز و صفر () 220 ولت است.

معلوم می شود که تمام هادی های خنثی در یک نقطه به هم نزدیک شده اند (نمودار سمت راست را ببینید) و اگر هادی خنثی ناپدید شود (شکسته شود)، تمام آپارتمان ها بدون آن فقط با فازهایی که به آن متصل می شوند شروع به تغذیه می کنند. ستاره.

ولتاژ خطی و فاز چیست؟

دانستن این مفاهیم برای کار در تابلوهای برق و دستگاه های الکتریکی که با ولتاژ 380 ولت کار می کنند بسیار مهم است. اگر تو داری آپارتمان معمولیو قرار نیست در تابلوهای برق کار کنید، پس می توانید از این نکته صرف نظر کنیدزیرا در آپارتمان شما فقط ولتاژ فاز 220 ولت وجود دارد.

در اکثر خانه های شخصی یا فردی، تنها 2 () به تابلو یا کنتور برق می آیند یا 3 سیم (+ زمین) که به معنای وجود 220 ولت در آپارتمان یا خانه شماست. اما اگر 4 یا 5 سیم بیاید، به این معنی است که خانه شما (گاهی در گاراژها و به خصوص در ادارات) به شبکه 380 ولت وصل است.

ولتاژ بین هر دو فاز از سه فاز خط تغذیه خطی و بین هر فاز و فاز صفر خطی نامیده می شود.

در کشور ما ولتاژ خطی مصرف کننده های برق 380 ولت (اندازه گیری بین فازها) و ولتاژ فاز 220 ولت است. تصویر سمت چپ را ببینید.

مقادیر دیگری در سیستم برق کشور ما وجود دارد، اما فاز همیشه به اندازه جذر سه کمتر از خطی است.

نحوه بررسی ولتاژ

برای اندازه گیری ولتاژ جریان الکتریکی از موارد زیر استفاده می شود: ابزار اندازه گیری:

1. ولت متر، از درس فیزیک برای همه شناخته شده است. در زندگی روزمره استفاده نمی شود.
2. مولتی مترکه دارای وظایف متعددی از جمله اندازه گیری جریان و ولتاژ می باشد. توصیه می کنم مقاله ما را بخوانید: "".
3. آزمایشکننده- همان مولتی متر، فقط با طراحی اشاره گر مکانیکی.

توجه، هنگام اندازه گیری منابع جریان مستقیم ()، قطبیت باید رعایت شود.

نحوه اندازه گیری ولتاژ در سوکت، سوکت لامپ و غیره:

مراقب باش-کار تحت ولتاژ انجام می شود - تماس های غیر عایق و سیم های برق را با دستان خود لمس نکنید.

ما برق را بدیهی می دانیم و به ندرت کسی فکر می کند که ولتاژ الکتریکی چیست و جوهر فیزیکی آن در هنگام روشن کردن چراغ، کامپیوتر یا ماشین لباسشویی. در واقع، لیاقت زیادی دارد توجه بیشترو نه تنها به این دلیل که می تواند کشنده باشد، بلکه به این دلیل که بشریت با تسلط بر این نوع انرژی، جهشی کیفی در تمدن داشته است.

بیایید یکی از بهترین ها را به یاد بیاوریم نکات جالبدر یک درس فیزیک مدرسه، زمانی که معلم در حال چرخش یک دیسک بود ماشین برقی، و جرقه ای بین توپ های فلزی پرید. همین است انعکاس قابل مشاهده پدیده طبیعیجریان الکتریکی نامیده می شود. این به دلیل این واقعیت است که یون های دارای بار منفی در یک توپ بیشتر و تعداد کمتری روی توپ دیگر وجود دارد، به همین دلیل است که اختلاف پتانسیل ایجاد می شود، یعنی واقعیتی که قانون اساسی طبیعت - حفظ انرژی - را نقض می کند.

ذرات باردار منفی تمایل دارند به جایی که تعداد آنها کمتر است حرکت کنند و در نتیجه تفاوت را باطل می کنند. البته، الکترون ها در تمام مسیر بین توپ های باردار که قطب نامیده می شوند، حرکت نمی کنند. محدوده آنها توسط یک شبکه کریستالی محدود شده است، گره هایی که نمی توانند از آن خارج شوند. اما آنها قادرند به ذرات همسایه برخورد کنند و تکانه بیشتری را در طول زنجیره منتقل کنند و یک اثر دومینو ایجاد کنند. هر برخوردی از این دست یک انفجار انرژی تولید می کند که در نتیجه سیستم از حالت استراحت به حالت برانگیخته می رسد که معمولاً ولتاژ الکتریکی نامیده می شود.

نیرویی که ذرات باردار را به حرکت در می آورد

انسان برای اینکه ولتاژ و جریان الکتریکی را در خدمت خود قرار دهد، باید نیرویی پیدا می‌کرد که بتواند اختلاف پتانسیل بین قطب‌ها را بازگرداند و یک برخورد پیوسته از ذرات شبکه کریستالی ایجاد کند. سه نفر از آنها بودند:

1. القای الکترومغناطیسی تولید جریان در نتیجه حرکت متقابل فلزات در یک میدان مغناطیسی است. در ژنراتورهای جریان مستقیم و متناوب استفاده می شود.
2. برهمکنش الکتروشیمیایی ایجاد شده توسط اختلاف پتانسیل شبکه های کریستالیمواد مورد استفاده در باتری ها، باتری های DC.
3. یک واکنش ترموشیمیایی که باعث افزایش فعالیت الکترون ها در نتیجه گرمایش می شود.

نیرویی که حرکت ذرات باردار را ایجاد می کند "الکتروموتور" (مخفف EMF) نامیده می شود و در نمودارها با حرف "E" نشان داده می شود که معمولاً همراه با نمادهای یادگاری اتصال دهنده هایی است که منبع تغذیه به آنها متصل است.

ولت و آمپر

EMF و ولتاژ با ولت اندازه گیری می شوند - یک واحد معمولی که به نام آلساندرو ولتا ایتالیایی، مخترع رسمی شناخته شده باتری گالوانیکی - یک منبع جریان مستقیم نامگذاری شده است. این مقدار کاری است که هنگام جابجایی یک واحد بار (کولن) انجام می شود، اگر 1 ژول انرژی معمولی صرف شده باشد.

با این حال، واحد دوم اندازه گیری جریان الکتریکی وجود دارد - آمپر، که به نام فیزیکدان فرانسوی آندره ماری آمپر نامگذاری شده است. به طور سنتی، قدرت جریان نامیده می شود، اگرچه استفاده از اصطلاح "نیروی حرکتی مغناطیسی" صحیح تر است، که به طور کامل این دو مورد را منعکس می کند. موجودیت فیزیکیذره باردار

میدان های مغناطیسی و الکتریکی الکترون به طور متقابل جبران می کنند و وابستگی آنها توسط قانون اهم تعیین می شود که با فرمول I = U / R توضیح داده شده است. اگر مقاومت محیط به شدت کاهش یابد (مثلاً وقتی مدار کوتاه، سپس جریان به صورت تصاعدی افزایش می یابد. این باعث افت ولتاژ پاسخ می شود و باعث می شود سیستم به حالت تعادل بازگردد. اثر مشابهی را می توان در حین کار مشاهده کرد ترانسفورماتور جوشکاری، هنگامی که یک قوس رخ می دهد، لامپ های رشته ای تقریبا خاموش می شوند.

یک اثر دیگر وجود دارد: با مقاومت بالای محیط، باری از همان علامت روی هر سطحی جمع می شود تا زمانی که ولتاژ به سطح بحرانی برسد، پس از آن یک شکست (جریان رخ می دهد) در جهت سطح با بیشترین پتانسیل رخ می دهد. تفاوت. ولتاژ استاتیک بسیار خطرناک است زیرا در لحظه تخلیه می تواند صدها آمپر جریان ایجاد کند. بنابراین، سازه های فلزی مدت زمان طولانیواقع در یک میدان مغناطیسی باید زمین باشد.

ثابت یا متغیر؟

ولتاژ جزء ساکن الکتریسیته است و جریان دینامیک است، زیرا جهت آن همراه با قطبیت در انتهای هادی تغییر می کند. و این خاصیت برای گسترش برق در سراسر جهان بسیار مفید بود. واقعیت این است که هر جریانی به دلیل مقاومت داخلی محیط، طبق همان قانون بقای انرژی، میرا می شود. اما مشخص شد که تقویت جریان الکترون هایی که در یک جهت حرکت می کنند بسیار دشوار است، اما جریانی که به صورت چرخه ای تغییر جهت می دهد، برای این کار ساده است، از یک ترانسفورماتور با دو سیم پیچ در یک هسته استفاده می شود.

برای به دست آوردن جریان متناوب، لازم است اصل کشف شده توسط فارادی، که در نمونه اولیه خود از یک ژنراتور الکتریکی، یک دیسک مسی را در میدان عمل چرخانده است، به بیرون برگردانیم. آهنربای دائمی. نیکولا تسلا برعکس عمل کرد - او یک آهنربای الکتریکی دوار را در یک سیم پیچ ثابت قرار داد و یک اثر غیرمنتظره به دست آورد: در لحظه ای که قطب ها از طریق خنثی عبور کردند. میدان مغناطیسیدامنه ولتاژ به صفر می رسد و سپس دوباره افزایش می یابد، اما با علامت متفاوت. در طول یک چرخش، جهت حرکت الکترون ها در هادی دو بار تغییر می کند و فاز کاری را تشکیل می دهد. بنابراین جریان متناوب را جریان فاز نیز می نامند. و ولتاژ تولید کننده آن سینوسی است.

نیکولا تسلا یک ژنراتور با دو سیم پیچی که در زاویه 90 0 نسبت به یکدیگر قرار دارند ایجاد کرد و مهندس روسی M.O. Dolivo-Dobrovolsky با قرار دادن سه بر روی استاتور آن را بهبود بخشید که باعث افزایش پایداری ماشین الکتریکی شد. در نتیجه جریان متناوب صنعتی سه فاز شد.

چرا 220 ولت 50 هرتز؟

در کشور ما، شبکه تکفاز خانگی دارای توان 220 ولت و 50 هرتز است. دلیل ظهور این اعداد خاص بسیار جالب است.

نخل در توسعه داخلی برق متعلق به توماس ادیسون است. او منحصراً از جریان مستقیم استفاده کرد، زیرا اختراع درخشان نیکولا تسلا در جریان متناوب هنوز اتفاق نیفتاده بود.

اولین لوازم الکتریکیمعلوم شد که این یک لامپ رشته ای با یک رشته کربن است. به طور تجربی مشخص شد که بهترین عملکرد را در ولتاژ 45 ولت و مقاومت بالاست موجود در مدار دارد که اتلاف 20 ولت دیگر را تضمین می کند. زمان کار قابل قبولی با روشن کردن دو لامپ به صورت سری تضمین شد. در کل، در شبکه خانگی، طبق گفته ادیسون، باید 110 ولت وجود داشته باشد.

با این حال، انتقال جریان مستقیم از نیروگاه ها به مصرف کنندگان با مشکلات زیادی همراه بود: پس از یک یا دو مایل به طور کامل از بین رفت. با توجه به قانون ژول-لنز، مقدار گرمای اتلاف شده توسط یک هادی در طول عبور جریان با فرمول زیر محاسبه می شود: Q = R. من 2. برای کاهش تلفات چهار برابر، ولتاژ به 220 ولت افزایش یافت و خط برق از سه هادی - با دو "پلاس" و یک "منهای" ساخته شد. مصرف کننده همان 110 ولت را دریافت کرد.

رویارویی بین نیکولا تسلا و توماس ادیسون، که "جنگ جریان ها" نامیده می شود، به نفع جریان متناوب تصمیم گرفته شد، زیرا می توانست در مسافت های طولانی با حداقل تلفات منتقل شود. با این وجود، ولتاژ بین هادی های برق 220 باقی می ماند و ولتاژ خطی عرضه شده به مصرف کننده 127 ولت است، زیرا به دلیل تغییر فاز 120 درجه، دامنه های ولتاژ به صورت حسابی جمع نمی شوند، بلکه در 1.73 - مربع ضرب می شوند. ریشه سه

در اتحاد جماهیر شوروی، رتبه شبکه 127 ولت در یک فاز تا اوایل دهه 60 مورد استفاده قرار گرفت. در طول بهبود خطوط الکتریکی، که به منظور افزایش توان ارسالی انجام شد، طراحان همان مسیر ادیسون را دنبال کردند - آنها ولتاژ را افزایش دادند.

نقطه مرجع 220 ولت بود که بین فازها اندازه گیری شد. عادی شده است. و ولتاژ صنعتی فاز به فاز 380 ولت از ضرب 220 در 1.73 به دست آمد. فرکانس 50 هرتز 3 هزار ارتعاش در دقیقه است، یعنی تعداد بهینه چرخش میل لنگ یک موتور دیزل یا موتور دیگر. احتراق داخلی، که یک ماشین AC را به حرکت در می آورد.

اکنون می دانید ولتاژ و جریان الکتریکی چیست، در چه واحدهایی اندازه گیری می شوند و چگونه به یکدیگر وابسته هستند و همچنین چرا 220 ولت در پریز شما وجود دارد. حقایق ارائه شده ماهیت آکادمیک ندارند و ادعای حقیقت نهایی را ندارند. می توانید در کتاب های درسی مهندسی برق با ماهیت این پدیده بیشتر آشنا شوید.