Електричні виміри. Вимірювання параметрів електричних ланцюгів та компонентів Вимірювання основних електричних характеристик

Вимірювання електричних параметрів є обов'язковим етапом розробки та виробництва виробів електроніки. Для контролю якості вироблених пристроїв поетапний контроль їх параметрів. Правильне визначення функціоналу майбутнього контрольно-вимірювального комплексу вимагає визначення видів електричного контролю: промисловий чи лабораторний, повний чи вибірковий, статистичний чи одноразовий, абсолютний чи відносний, тощо.

У структурі виробництва виробів виділяють такі види контролю:

Вхідний контроль;
Міжопераційний контроль;
Контроль робочих параметрів;
Приймально-здавальні випробування.

При виробництві друкованих плат та електронних вузлів (область циклу приладобудування) необхідно здійснювати вхідний контроль якості вихідних матеріалів та компонентів, електричний контроль якості металізації готових друкованих плат, контроль робочих параметрів зібраних електронних вузлів. Для вирішення даних завдань, на сучасному виробництві успішно застосовуються системи електричного контролю адаптерного типу, а також системи з зондами, що «літають».

Виготовлення компонентів в корпусі (цикл корпусованого виробництва), у свою чергу, вимагатиме вхідного параметричного контролю окремих кристалів і корпусів, подальшого міжопераційного контролю після проведення розварювання висновків кристала або його монтажу, і в укладанні параметричний та функціональний контроль готового виробу.

Для виготовлення напівпровідникових компонентів та інтегральних мікросхем (кристальне виробництво) потрібно проводити детальніший контроль електричних характеристик. Спочатку необхідно провести контроль властивостей пластини, як поверхневих, так і об'ємних, після чого рекомендується контролювати характеристики основних функціональних шарів, а після нанесення шарів металізації, перевіряти якість її виконання та електричні властивості. Отримавши структуру на пластині, необхідно провести параметричний та функціональний контроль, вимірювання статичних та динамічних характеристик, проконтролювати цілісність сигналу, проаналізувати властивості структури, верифікувати робочі характеристики.

Параметричні виміри:

Параметричний аналіз включає набір методик вимірювання та контролю достовірності параметрів напруги, струму та потужності, без контролю функціоналу пристрою. Вимірювання електричних параметрів передбачає додаток електричного впливу на пристрій, що вимірюється (ІУ) і вимірювання відгуку ІУ. Параметричні вимірювання проводяться на постійному струмі (стандартні DC вимірювання вольтамперних характеристик (ВАХ), вимірювання ланцюгів живлення тощо), на низьких частотах (мультичестотні вимірювання вольтфарадних характеристик (ВФГ), вимірювання комплексного імпедансу та іммітансу, аналіз матеріалів тощо) .), імпульсні вимірювання (імпульсні ВАХ, налагодження часу спрацьовування тощо). Для вирішення завдань параметричних вимірювань застосовується велика кількість спеціалізованого контрольно-вимірювального обладнання: генератори сигналів довільної форми, джерела живлення (постійного та змінного струму), джерела-вимірювачі, амперметри, вольтметри, мультиметри, вимірювачі LCR та імпедансу, параметричні аналізатори та характеріографи та багато іншого інше, а також велика кількість аксесуарів, приладдя та пристроїв.

Застосування:

Вимірювання базових характеристик (струм, напруга, потужність) електричних кіл;
Вимірювання опору, ємності та індуктивності пасивних та активних елементів електричних ланцюгів;
Вимірювання повного імпідансу та іммітансу;
Вимірювання ВАХ у квазістатичному та імпульсному режимах;
Вимірювання ПФГ у квазістатичному та мультичастотному режимах;
Характеризація напівпровідникових компонентів;
Аналіз відмов.

Функціональні виміри:

Функціональний аналіз включає набір методик вимірювання та контролю характеристик пристрою під час виконання основних операцій. Дані методики дозволяють побудувати модель (фізичну, компактну або поведінкову) пристрої, виходячи з даних, отриманих у процесі вимірювань. Аналіз отриманих даних дозволяє контролювати стабільність характеристик вироблених приладів, досліджувати їх та розробляти нові, налагоджувати технологічні процеси та коригувати топологію. Для вирішення завдань функціональних вимірювань застосовується велика кількість спеціалізованого контрольно-вимірювального обладнання: осцилографи, аналізатори ланцюгів, частотоміри, вимірювачі шуму, вимірювачі потужності, аналізатори спектру, детектори та багато інших, а також велика кількість аксесуарів, приладдя та пристроїв.

Застосування:

Вимірювання слабких сигналів: параметри передачі та відображення сигналів, контроль маніпуляції;
Вимірювання сильних сигналів: компресія коефіцієнта посилення, вимірювання Load-Pull тощо;
Генерація та перетворення частоти;
Аналіз форми сигналу у часовій та частотній областях;
Вимірювання коефіцієнта шуму та аналіз параметрів шуму;
Верифікація чистоти сигналу та аналіз інтермодуляційних спотворень;
Аналіз цілісності сигналу; стандартизація;

Зондові виміри:

Слід окремо виділити зондові виміри. Активний розвиток мікро- та наноелектроніки призвів до необхідності проведення точних та надійних вимірювань на пластині, можливих лише при здійсненні якісного, стабільного та надійного контакту, що не руйнує ІУ. Вирішення цих завдань досягається за рахунок застосування зондових станцій, спеціально спроектованих під конкретний вид вимірювань, що здійснюють зондовий контроль. Станції проектуються спеціалізовано, щоб уникнути зовнішніх впливів, власних шумів і збереження «чистоти» експерименту. Усі виміри наводяться лише на рівні пластин/уламків, до її поділу на кристали і корпусування.

Застосування:

Вимірювання концентрації носіїв заряду;
Вимірювання поверхневого та об'ємного опору;
Аналіз якості напівпровідникових матеріалів;
Проведення параметричного контролю лише на рівні пластини;
Поведінка функціонального аналізу лише на рівні пластини;
Проведення вимірювань та контролю електрофізичних параметрів (див.нижче) напівпровідникових приладів;
Контроль за якістю технологічних процесів.

Радіовимірювання:

Вимірювання радіовипромінювань, електромагнітної сумісності, поведінка сигналу приймально-передаючих пристроїв та антенно-фідерних систем, а також їх завадостійкості вимагають особливих зовнішніх умов проведення експерименту. RF виміри вимагають окремого підходу. Свій вплив вносять не тільки характеристики приймача і передавача, а й зовнішня електромагнітна обстановка (не виключаючи взаємодії часових, частотних і потужних характеристик, а також розташування всіх елементів системи відносно один одного, конструкція активних елементів).

Застосування:

Радіолокація та пеленгація;
Телекомунікація та системи зв'язку;
Електромагнітна сумісність та перешкодозахищеність;
Аналіз цілісності сигналу, стандартизація.

Електрофізичні виміри:

Вимірювання електричних параметрів часто щільно взаємодіє з вимірюванням/впливом фізичних параметрів. Електрофізичні вимірювання застосовуються для всіх приладів, що перетворюють будь-яку зовнішню дію в електричну енергію та/або навпаки. Світлодіоди, мікроелектромеханічні системи, фотодіоди, датчики тиску, потоку та температури, а також усі прилади на їх основі вимагають якісного та кількісного аналізу взаємодії фізичних та електричних характеристик приладів.

Застосування:

Вимірювання інтенсивності, довжин хвиль і спрямованості випромінювання, ВАХ, світлового потоку та спектру світлодіода;
Вимірювання чутливості та шумів, ВАХ, спектральної та світлової характеристик фотодіодів;
Аналіз чутливості, лінійності, точності, дозволу, порогових значень, люфту, шуму, перехідної характеристики та виходу енергії для МЕМС актуаторів і сенсорів;
Аналіз характеристик напівпровідникових приладів (таких як МЕМС актуатори та сенсори) у вакуумі та в камері високого тиску;
Аналіз характеристик температурних залежностей, критичних струмів та впливу полів у надпровідниках.

Опір, ємність та індуктивність є основними параметрами електричних ланцюгів, з виміром яких часто доводиться зустрічатися на практиці. Відомо багато методів їхнього вимірювання, а приладобудівна промисловість випускає для цієї мети засоби вимірювання широкої номенклатури. Вибір того чи іншого методу вимірювання та вимірювальної апаратури залежить від виду вимірюваного параметра, його значення, необхідної точності вимірювання, особливостей об'єкта вимірювання тощо. Наприклад, вимірювання опорів твердих провідників, як правило, проводиться на постійному струмі, оскільки прилад для вимірювань цьому випадку простіше за конструкцією і дешевше, ніж аналогічний прилад для вимірювань на змінному струмі. Однак вимір у середовищах, що мають високу вологість, або опорів заземлень проводиться тільки на змінному струмі, так як результат вимірювання на постійному струмі міститиме великі похибки через вплив електрохімічних процесів.

Основні методи та засоби вимірювання опору електричного ланцюга постійному струму

Діапазон вимірюваних практично опорів широкий (від 10 8 до 10 ь Ом), і його умовно ділять за значеннями опорів на малі (менше 10 Ом), середні (від 10 до 10 6 Ом) і великі (понад 10 6 Ом), в кожній з яких вимір опорів має особливості.

Опір - параметр, що проявляється тільки при проходженні в ланцюзі електричного струму, тому вимірювання проводяться у працюючому пристрої або використовується вимірювальний прилад із власним джерелом струму. Необхідно подбати про те, щоб отримана електрична величина правильно відображала тільки опір, що вимірювається, і не містила зайвої інформації, яка сприймається як похибка вимірювання. Розглянемо з цього погляду особливості вимірювання малих та великих опорів.

При вимірі малих опорів, наприклад обмоток трансформаторів або коротких проводів, через опір пропускається струм, а падіння напруги, що виникло на цьому опорі, вимірюється. На рис. 10.1 показана схема з'єднань при вимірюванні опору До хкороткого провідника. Останній підключається до джерела струму Iза допомогою двох сполучних провідників із власним опором Я п.У місцях з'єднання цих провідників з вимірюваним опором утворюються перехідні опори контактів /? к. Значення Я ізалежить від матеріалу сполучного провідника, його довжини та перерізу, значення /? до - від площі частин, що стикаються, їх чистоти і сили стиснення. Таким чином, числові значення Я іі залежить від багатьох причин і визначити їх заздалегідь важко, але можна дати приблизну оцінку. Якщо з'єднувальні провідники виконані коротким мідним дротом з перетином в кілька квадратних мілі-

Мал. 10.1.

провідника

метрів, а контактні опори мають чисту та добре стислу поверхню, то для наближених оцінок можна прийняти 2(Я і + Я до)* 0,01 Ом.

Як вимірювана напруга в схемі рис. 10.1 можна використовувати 11 п, І 22або?/33. Якщо вибрано II п,то результат виміру відображає повний опір ланцюга між затискачами 1-Г:

Яц =? /, / / = Яд + 2 (Л І + Л К).

Тут другий доданок є похибкою, відносне значення якої 5 у відсотках дорівнює:

5 = Я(Х ~ Ях 100 = 2 Кп + Як 100.

до х * х

При вимірі малих опорів ця похибка може бути великою. Наприклад, якщо прийняти 2(Я і + Я до)* 0,01 Ом, а Я х = 0,1 Ом, то 5*10 %. Похибка 5 зменшиться, якщо в якості вимірюваної напруги вибрати і 22:

Я 22 = і 22/1 = Я х + 2Я До.

Тут опір проводів, що підводять, виключається з результату вимірювання, але залишається вплив Л к.

Результат виміру буде повністю вільний від впливу Я пі Я до,якщо як вимірювана напруга вибрати? / 33 .

Схему включення Я хв такому випадку називають чотиризатискною: перша пара затискачів 2-2" призначена для підведення струму і називається струмовими затискачами, друга пара затискачів 3-3" - для знімання напруги з вимірюваного опору і називається потенційними затискачами.

Застосування струмових та потенційних затискачів при вимірюванні малих опорів є основним прийомом для усунення впливу з'єднувальних проводів та перехідних опорів на результат вимірювання.

При вимірі великих опорів, наприклад опорів ізоляторів, надходять так: до об'єкта прикладають напругу, а струм вимірюють і по ньому судять про значення вимірюваного опору.

При випробуванні діелектриків слід мати на увазі, що їхній електричний опір залежить від багатьох умов - навколишньої температури, вологості, витоків по брудній поверхні, значення випробувального напруження, тривалості його дії і т.д.

Вимір опору електричної ланцюга постійному струму практично виробляється найчастіше методом амперметра і вольтметра, логометричним чи мостовим методом.

Метод амперметра та вольтметра.Цей метод заснований на окремому вимірі струму Iв ланцюзі вимірюваного опору До хта напруги іна його затисках та подальшому обчисленні значення за показаннями вимірювальних приладів:

Я х = та/і.

Зазвичай струм / вимірюють амперметром, а напруга і -вольтметром цим пояснюється назва методу. При вимірі високоомних опорів, наприклад опору ізоляції, струм/малий та його вимірюють міліамперметром, мікроамперметром або гальванометром. При вимірі низькоомних опорів, наприклад шматка дроту, виявляється малим значення іі для його вимірювання застосовують мілівольтметри, мікровольтметри чи гальванометри. Однак у всіх цих випадках метод вимірювання зберігає своє найменування-амперметра та вольтметра. Можливі схеми включення приладів показано на рис. 10.2, а, б.

Мал. 10.2. Схеми для вимірювань малих (а)і великих (б)опорів

методом амперметра та вольтметра

Гідність методу полягає в простоті його реалізації, недолік - порівняно невисокій точності результату вимірювання, яка обмежена класом точності вимірювальних приладів, що застосовуються, і методичною похибкою. Остання зумовлена впливом потужності, що споживається вимірювальними приладами в процесі вимірювання, тобто кінцевим значенням власних опорів амперметра Я Ата вольтметра Я в.

Виразимо методичну похибку через параметри схеми.

У схемі рис. 10.2, авольтметр показує значення напруги на затискачі Я х,а амперметр - суму струмів 1 У +/. Отже, результат виміру Я,обчислений за показаннями приладів, відрізнятиметься від Я х:

л _та й Я*

I + 1 У та/Я х + і Я у 1 + Я х /Я у "

Відносна похибка виміру у відсотках

1 + Я х /Я у

Тут наближена рівність справедлива, оскільки за правильної організації експерименту передбачається виконання умови Я у » Я х.

У схемі рис. 10.2, 6 амперметр показує значення струму в ланцюзі з Я х,а вольтметр - суму падінь напруги на Я х іта амперметрі та А.З огляду на це можна за показаннями приладів обчислити результат вимірювання:

+ Я А.

Ц+Ц л

Відносна похибка вимірювання у відсотках у цьому випадку дорівнює:

З одержаних виразів для відносних похибок видно, що у схемі рис. 10.2, ана методичну похибку результату вимірювання впливає лише опір Я у;для зниження цієї похибки необхідно забезпечити умову Я х «Я у.У схемі рис. 10.2, бна методичну похибку результату вимірювання впливає лише Я А;зниження цієї похибки досягається виконанням умови Я х » Я А.Таким чином, за практичного використання даного методу можна рекомендувати правило: вимірювання малих опорів слід проводити за схемою рис. 10.2, апри вимірі великих опорів перевагу слід віддавати схемою рис. 10.2, б.

Методичну похибку результату виміру можна виключити шляхом введення відповідних поправок, але для цього необхідно знати значення Я Аі Я в.Якщо вони відомі, то результат вимірювання за схемою рис. 10.2, бслід відняти значення Я А;у схемі рис. 10.2, арезультат виміру відображає паралельне з'єднання опорів Я хі Я,тому значення Я хобчислюється за формулою

Якщо при даному методі застосувати джерело живлення з заздалегідь відомим напругою, необхідність вимірювання напруги вольтметром відпадає, а шкалу амперметра можна відразу відградуювати в значеннях опору, що вимірюється. На цьому принципі засновано дію багатьох моделей омметрів безпосередньої оцінки, що випускаються промисловістю. Спрощена принципова схема такого омметра показано на рис. 10.3. Схема містить джерело ЕРС?, додатковий резистор Я дта амперметр (зазвичай мікроамперметр) А.При підключенні до затискачів схеми опору, що вимірюється. Я хв ланцюзі виникає струм I,під дією якого рухлива частина амперметра повертається на кут а, яке покажчик відхиляється на арозподілі шкали:

С/ Я а + Я А + Я х

де С, -ціна поділу (постійна) амперметра; Я А -опір амперметра.

Мал. 10.3. Принципова схема омметра із послідовним включенням

вимірюваного опору

Як видно з цієї формули, шкала омметра нелінійна, і стабільність градуювальної характеристики вимагає забезпечення стабільності всіх величин, що входять до рівняння. Тим часом джерело живлення в таких приладах зазвичай реалізується у вигляді сухого гальванічного елемента, ЕРС якого падає в міру його розряду. Ввести поправку на зміну?, як видно з рівняння, можна шляхом відповідного регулювання З„або Я – я.У деяких омметрах З,регулюється шляхом зміни індукції зазор магнітної системи амперметра за допомогою магнітного шунта.

У цьому випадку підтримується сталість відносин е/С,та градуювальна характеристика приладу зберігає своє значення незалежно від значення е.Регулювання З,проводиться так: затискачі приладу, до яких підключається До х,замикаються коротко (Я х = 0) і регулювання положення магнітного шунта домагаються установки покажчика амперметра на нульову позначку шкали; остання розташована на крайній правій точці шкали. На цьому регулювання закінчується, і пристрій готовий до вимірювання опорів.

У комбінованих приладах ампервольтомметри регулювання З,неприпустима, оскільки це призведе до порушення градуювання приладу в режимах вимірювань струмів та напруги. Тому у таких приладах поправку на зміну ЕРС евводять регулюванням опору змінного додаткового резистора Процедура регулювання та ж, що і в приладах з магнітною індукцією, що регулюється магнітним шунтом, в робочому зазорі. В цьому випадку градуювальна характеристика приладу змінюється, що призводить до додаткових методичних похибок. Однак параметри схеми вибираються так, щоб зазначена похибка була невеликою.

Можливий інший спосіб підключення вимірюваного опору – не послідовно з амперметром, а паралельно до нього (рис. 10.4). Залежність між Я хі кутом відхилення рухомої частини в даному випадку також нелінійна, проте нульова позначка на шкалі розташована зліва, а не праворуч, як це має місце у попередньому варіанті. Такий спосіб підключення вимірюваного опору застосовується при вимірюванні малих опорів, оскільки дозволяє обмежити споживаний струм.

Електронний омметрможе бути реалізований на базі підсилювача постійного струму з великим коефіцієнтом посилення, на-

Мал. 10.4.

вимірюваного опору

приклад на операційному підсилювачі (ОУ). Схему такого приладу показано на рис. 10.5. Його головна перевага – лінійність шкали для відліку результатів вимірів. ОУ охоплено негативним зворотним зв'язком через вимірюваний резистор Я х,живильну стабілізовану напругу?/ 0 подано на вхід підсилювача через допоміжний резистор /?, а до виходу підключений вольтметр РУПри великому власному коефіцієнті посилення ОУ, низькому вихідному та високому вхідному його опорах, вихідна напруга ОУ є:

та для заданих значень та 0та /?, шкалу вимірювального приладу можна проградуювати в одиницях вимірювання опору для відліку значення До х,причому вона буде лінійною в межах зміни напруги від 0 до?/вих тах - максимальної напруги на виході ОУ.

Мал. 10.5. Електронний омметр

З формули (10.1) видно, що максимальне значення вимірюваного опору є:

«, т „=-«,%="? 00.2)

Для зміни меж вимірювань перемикають значення опору резистора /?, або напруги?/0.

При вимірі низькоомних опорів можна у схемі поміняти місцями вимірюваний та допоміжний резистори. Тоді вихідна напруга буде обернено пропорційно величині Я х:

і шх =-і 0^. (10.3)

Слід зауважити, що даний спосіб включення не дозволяє вимірювати низькоомні опори менше десятків Ом, оскільки внутрішній опір джерела опорної напруги, яке становить частки або одиниці Ом, виявляється послідовно включеним з вимірюваним опором і вносить істотну похибку в вимірювання. Крім того, в цьому випадку втрачається основна перевага приладу - лінійність відліку опору, що вимірюється, а зсув нуля і вхідний струм підсилювача можуть вносити істотні помилки

Розглянемо спеціальну схему виміру малих опорів, вільну від цих недоліків (рис. 10.6). Вимірюваний резистор Я хразом із резистором Я 3утворює дільник напруги на вході ОУ. Напруга на виході схеми в цьому випадку дорівнює:

Мал. 10.6.

Якщо вибрати » Я х,той вираз спроститься і шкала приладу буде лінійною щодо Я х:

Електронний омметр не дозволяє вимірювати реактивні опори, оскільки включення вимірюваної індуктивності або

ємності в схему змінить фазові співвідношення в ланцюзі зворотного зв'язку ОУ та формули (10.1)-(10.4) стануть невірними. Крім того, ОУ може втратити стійкість і у схемі виникне генерація.

Логометричний метод.Цей метод заснований на вимірі відношення двох струмів /, і / 2 один з яких протікає по ланцюгу з вимірюваним опором, а інший - по ланцюгу, опір якого відомий. Обидва струму створюються одним джерелом напруги, тому нестабільність останнього практично не впливає на точність результату виміру. p align="justify"> Принципова схема омметра на основі логометра представлена на рис. 10.7. Схема містить вимірювальний механізм на основі логометра, магнітоелектричної системи з двома рамками, одна з яких при протіканні струму створює відхиляючий, а інша - момент, що повертає. Опір, що вимірюється, може бути включено послідовно (рис. 10.7, а)або паралельно (рис. 10.7, б)щодо рамки вимірювального механізму.

Мал. 10.7. Схеми омметрів на основі логометра для вимірювання великих (а)

та малих (б)опорів

Послідовне включення застосовується для вимірювання середніх і великих опорів, паралельне - для вимірювання малих опорів. Розглянемо роботу омметра з прикладу схеми рис. 10.7, а.Якщо знехтувати опором обмоток рамок логометра, то кут повороту рухомої частини залежить тільки від відношення опорів: де /, і / 2 - струми через рамки логометра; Я 0 -опір рамок логометра; /?, - Відомий опір; Я х -вимірюваний опір.

Опором резистора /?, визначається діапазон вимірюваних омметром опорів. Напруга живлення логометра впливає на чутливість його вимірювального механізму до зміни вимірюваного опору і не повинна бути нижчою за певний рівень. Зазвичай напругу живлення логометрів встановлюють із деяким запасом для того, щоб його можливі коливання не впливали на точність результату вимірювання.

Вибір напруги живлення та спосіб його одержання залежать від призначення омметра та діапазону вимірюваних опорів: при вимірюванні малих та середніх опорів застосовують сухі батареї, акумулятори або джерела живлення від промислової мережі, при вимірюванні великих опорів – спеціальні генератори з напругою 100, 500, 100 більше.

Логометричний метод застосований у мегаомметрах ЕС0202/1Г та ЕС0202/2Г з внутрішнім електромеханічним генератором напруги. Вони застосовуються для вимірювання великих (10..10 9 Ом) електричних опорів, для вимірювання опору ізоляції електричних проводів, кабелів, роз'ємів, трансформаторів, обмоток електричних машин та інших пристроїв, а також вимірювання поверхневих і об'ємних опорів ізоляційних матеріалів.

При вимірюванні за допомогою мегаомметра опору електричної ізоляції слід враховувати температуру та вологість навколишнього повітря, від значення яких залежать можливі неконтрольовані витоки струму.

Цифрові омметри застосовуються в науково-дослідних, перевірочних та ремонтних лабораторіях, на промислових підприємствах, що виготовляють резистори, тобто там, де потрібна підвищена точність вимірів. У цих омметрах передбачається ручне, автоматичне та дистанційне керування діапазонами вимірювань. Виведення інформації про діапазон вимірювань, числове значення вимірюваної величини проводиться в паралельному двійково-десятковому коді.

Структурну схему омметра Щ306-2 представлено на рис. 10.8. Омметр включає блок перетворення /, блок індикації 10, блок керування 9, блок живлення, мікроЕОМ 4 та блок виведення результатів 11.

Мал. 10.8. Структурна схема омметра типу Щ306-2

Блок перетворення містить вхідний масштабний перетворювач 2, інтегратор 8 та блок управління 3. Вимірюваний резистор 7 підключається до ланцюга зворотного зв'язку операційного підсилювача. Через вимірюваний резистор залежно від такту вимірювання пропускається струм, що відповідає діапазону вимірювання, включаючи додатковий струм, викликаний зсувом нуля операційних підсилювачів. З виходу масштабного перетворювача напруга подається на вхід інтегратора, виконаного за принципом інтегрування багатотактного з вимірюванням величини розрядного струму.

Алгоритм управління забезпечує роботу масштабного перетворювача та інтегратора, а також зв'язок із мікроЕОМ.

У блоці управління відбувається заповнення інтервалів часу тактовими імпульсами, які потім надходять на входи чотирьох лічильників старших і молодших розрядів. Інформація, отримана на виходах лічильників, зчитується в оперативному пристрої (ОЗУ) мікроЕОМ.

Знімання інформації з блоку управління про результат вимірювання та режим роботи омметра, обробка та приведення даних до виду, необхідного для індикації, математична обробка результату, виведення даних у допоміжне ОЗП блоку управління, управління роботою омметра та інші функції покладені на мікропроцесор 5, розташований у блоці мікро-ЕОМ. У цьому ж блоці знаходяться стабілізатори 6 для живлення пристроїв Омметра.

Омметр побудований на мікросхемах підвищеного ступеня інтеграції.

Технічні характеристики

Діапазон вимірів 10Л..10 9 Ом. Клас точності меж вимірювань: 0,01/0,002 для 100 Ом; 0,005/0,001 для 1,10, 100 кОм; 0,005/0,002 для 1 МОм; 0,01/0,005 для 10 МОм; 0,2/0,04 для 100 МОм; 0,5/0,1 для 1 Гом (у чисельнику дано значення в режимі без накопичення даних, у знаменнику - з накопиченням).

Число десяткових розрядів: 4,5 у діапазонах з верхньою межею 100 МОм, 1 ГОм; 5,5 в інших діапазонах в режимі без підсумовування, 6,5 в режимі сумування.

Портативні цифрові мультиметри,наприклад серії М83 виробництва Мазієс/іможуть використовуватися як омметр класу точності 1.0 або 2.5.

План

Вступ

Вимірники сили струму

Вимірювання напруги

Комбіновані прилади магнітоелектричної системи

Універсальні електронні вимірювальні прилади

Шунти вимірювальні

Прилади для вимірювання опорів

Визначення опору заземлення

Магнітний потік

Індукція

Список літератури

Вступ

Вимірюванням називають знаходження значення фізичної величини досвідченим шляхом, за допомогою спеціальних технічних засобів – вимірювальних приладів.

Таким чином, вимір – це інформаційний процес отримання досвідченим шляхом чисельного відношення між даною фізичною величиною та деяким її значенням, прийнятим за одиницю порівняння.

Результат виміру – іменоване число, знайдене шляхом виміру фізичної величини. Одне з основних завдань вимірювання – оцінка ступеня наближення чи різниці між істинним і дійсним значеннями фізичної величини, що вимірюється – похибки вимірювання.

Основними параметрами електричних ланцюгів є сила струму, напруга, опір, потужність струму. Для вимірювання цих параметрів використовують електровимірювальні прилади.

Вимірювання параметрів електричних кіл здійснюється двома способами: перший – прямий метод виміру, другий – непрямий метод виміру.

Прямий метод виміру передбачає отримання результату безпосередньо з досвіду. Непрямим виміром називають вимір, при якому шукана величина знаходиться на підставі відомої залежності між цією величиною та величиною, отриманої в результаті прямого виміру.

Електровимірювальні прилади - клас пристроїв, які застосовуються для вимірювання різних електричних величин. До групи електровимірювальних приладів входять також крім власне вимірювальних приладів та інші засоби вимірювання – заходи, перетворювачі, комплексні установки.

Електровимірювальні прилади класифікуються наступним чином: за вимірюваною та відтворюваною фізичною величиною (амперметр, вольтметр, омметр, частометр та ін.); за призначенням (вимірювальні прилади, заходи, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні установки та системи, допоміжні пристрої); за способом надання результатів вимірювань (що показують та реєструють); за методом вимірювань (прилади безпосередньо оцінки та прилади порівняння); за способом застосування та конструкції (щитові, переносні та стаціонарні); за принципом дії (електромеханічні - магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, електростатичні, феродинамічні, індукційні, магнітодинамічні; електронні; термоелектричні; електрохімічні).

У даному рефераті я постараюся розповісти про пристрій, принцип дії, дати опис та коротку характеристику електровимірювальних приладів електромеханічного класу.

Вимірювання сили струму

Амперметр – прилад вимірювання сили струму в амперах (рис.1). Шкалу амперметрів градуюють у мікроамперах, міліамперах, амперах або кілоамперах відповідно до меж вимірювання приладу. В електричний ланцюг амперметр включається послідовно з тією ділянкою електричного ланцюга (рис.2) силу струму в якому вимірюють; збільшення межі вимірів - з шунтом чи через трансформатор.

Найбільш поширені амперметри, в яких частина приладу, що рухається, зі стрілкою повертається на кут, пропорційній величині вимірюваного струму.

Амперметри бувають магнітоелектричними, електромагнітними, електродинамічними, тепловими, індукційними, детекторними, термоелектричними та фотоелектричними.

Магнітоелектричними амперметрами вимірюють силу постійного струму; індукційними та детекторними - силу змінного струму; амперметри інших систем вимірюють силу будь-якого струму. Найточнішими та чутливішими є магнітоелектричні та електродинамічні амперметри.

Принцип дії магнітоелектричного приладу заснований на створенні моменту, що крутить, завдяки взаємодії між полем постійного магніту і струмом, який проходить через обмотку рамки. З рамкою з'єднано стрілку, яка переміщається за шкалою. Кут повороту стрілки пропорційний силі струму.

Електродинамічні амперметри складаються з нерухомої та рухомої котушок, з'єднаних паралельно або послідовно. Взаємодія між струмами, що проходять через котушки, викликає відхилення рухомої котушки та з'єднаної з нею стрілки. В електричному контурі амперметр послідовно з'єднується з навантаженням, а при високій напрузі або великих струмах - через трансформатор.

Технічні дані деяких типів вітчизняних амперметрів, міліамперметрів, мікроамперметрів, магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної та теплової систем наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Амперметри, міліамперметри, мікроамперметри

Система приладу	Тип приладу	Клас точності	Межі виміру
Магнітоелектрична	М109	0,5	1; 2; 5; 10 А
	М109/1	0,5	1,5-3 А
	М45М	1,0	75мВ
	М45М	1,0	75-0-75мВ
	М1-9	0,5	10-1000 мкА
	М109	0,5	2; 10; 50 мА
	200 мА
	М45М	1,0	1,5-150 мА
Електромагнітна	Е514/3	0,5	5-10 А
	Е514/2	0,5	2,5-5 А
	Е514/1	0,5	1-2 А
	Е316	1,0	1-2 А
	3316	1,0	2,5-5 А
	Е513/4	1,0	0,25-0,5-1 А
	Е513/3	0,5	50-100-200 мА
	Е513/2	0,5	25-50-100 мА
	Е513/1	0,5	10-20-40 мА
	Е316	1,0	10-20 мА
Електродинамічна	Д510/1	0,5	0,1-0,2-0,5-1-2-5А
Теплова	Е15	1,0	30; 50; 100; 300 мА

Вимірювання напруги

Вольтметр - вимірювальний пристрій безпосереднього відліку для визначення напруги або ЕРС в електричних ланцюгах (рис. 3). Підключається паралельно до навантаження або джерела електричної енергії (рис.4).

За принципом дії вольтметри поділяються на: електромеханічні – магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, електростатичні, випрямляючі, термоелектричні; електронні - аналогові та цифрові. По призначенню: постійного струму; змінного струму; імпульсні; фазочутливі; селективні; Універсальні. За конструкцією та способом застосування: щитові; переносні; стаціонарні. Технічні дані деяких вітчизняних вольтметрів, мілівольтметрів магнітоелектричної, електродинамічної, електромагнітної та теплової систем представлені в таблиці 2.

Таблиця 2. Вольтметри та мілівольтметри

Система приладу	Тип приладу	Клас точності	Межі виміру
Електродинамічна	Д121	0,5	150-250 В
Д567	0,5	15-600 В
Магнітоелектрична	М109	0,5	3-600 В
М250	0,5	3; 50; 200; 400 В
М45М	1,0	75 мВ;
75-0-75 мВ
75-15-750-1500 мВ
М109	0,5	10-3000 мВ
Електростатична	С50/1	1,0	30 В
С50/5	1,0	600 В
С50/8	1,0	3 кВ
С96	1,5	7,5-15-30 кВ
Електромагнітна	Е515/3	0,5	75-600 В
Е515/2	0,5	7,5-60 В
Е512/1	0,5	1,5-15 В
З електронним перетворювачем	Ф534	0,5	0,3-300 В
Теплова	Е16	1,5	0,75-50 В

Для вимірювання ланцюгах постійного струму використовуються комбіновані прилади магнітоелектричної системи ампер-вольметри. Технічні дані про деякі типи приладів наведено у таблиці 3.

Таблиця 3. Комбіновані прилади магнітоелектричної системи.

Найменування	Тип	Клас точності	Межі виміру
Міллівольт-міліамперметр	М82	0,5	15-3000 мВ; 0,15-60 мА
Вольтамперметр	М128	0,5	75 мВ-600; 5; 10; 20 А
Ампервольтметр	М231	1,5	75-0-75 мВ; 100-0-100 В; 0,005-0-0,005 А; 10-0-10 А
Вольтамперметр	М253	0,5	15 мВ-600; 0,75 мА-3А
Міллівольт-міліамперметр	М254	0,5	0,15-60 мА; 15-3000 мВ
Мікроампервольтметр	М1201	0,5	3-750; 0,3-750 мкА
Вольтамперметр	М1107	0,2	45 мВ-600; 0,075 мА-30 А
Мілліампервольтметр	М45М	1	7,5-150; 1,5 мА
Вольтомметр	М491	2,5	3-30-300-600 В; 30-300-3000 кОм
Ампервольтомметр	М493	2,5	3-300 мА; 3-600; 3-300 ком
Ампервольтомметр	М351	1	75 мВ-1500 В; 15 мкА-3000 мА; 200 Ом-200 Мом

Технічні дані про комбіновані прилади – ампервольметри та ампервольтваттметри для вимірювання напруги та струму, а також потужності в ланцюгах змінного струму.

Комбіновані переносні прилади для вимірювання в ланцюгах постійного і змінного струмів забезпечують вимірювання постійних і змінних струмів і опорів, а деякі також ємність елементів у широкому діапазоні, відрізняються компактністю, мають автономне живлення, що забезпечує їх широке застосування. Клас точності цього приладів на постійному струмі 2,5; на змінному – 4,0.

Універсальні електронні вимірювальні прилади

ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРИ
вимірювання електричних величин, таких як напруга, опір, сила струму, потужність. Вимірювання виробляються за допомогою різних засобів - вимірювальних приладів, схем та спеціальних пристроїв. Тип вимірювального приладу залежить від виду та розміру (діапазону значень) вимірюваної величини, а також від необхідної точності вимірювання. В електричних вимірах використовуються основні одиниці системи СІ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генрі (Г), ампер (А) та секунда (с).
ЕТАЛОНИ ОДИНИЦЬ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН
Електричний вимір – це знаходження (експериментальними методами) значення фізичної величини, вираженого у відповідних одиницях (наприклад, 3 А, 4 В). Значення одиниць електричних величин визначаються міжнародною угодою відповідно до законів фізики та одиниць механічних величин. Оскільки " підтримка " одиниць електричних величин, визначених міжнародними угодами, пов'язані з труднощами, їх представляють " практичними " зразками одиниць електричних величин. Такі зразки підтримуються державними метрологічними лабораторіями різних держав. Наприклад, США юридичну відповідальність за підтримку еталонів одиниць електричних величин несе Національний інститут стандартів і технології. Іноді проводяться експерименти щодо уточнення відповідності між значеннями еталонів одиниць електричних величин та визначеннями цих одиниць. У 1990 державні метрологічні лабораторії промислово розвинених країн підписали угоду про узгодження всіх практичних зразків одиниць електричних величин між собою та з міжнародними визначеннями одиниць цих величин. Електричні виміри проводяться відповідно до державних еталонів одиниць напруги та сили постійного струму, опору постійному струму, індуктивності та ємності. Такі зразки являють собою пристрої, що мають стабільні електричні характеристики, або установки, в яких на основі якогось фізичного явища відтворюється електрична величина, що обчислюється за відомими значеннями фундаментальних фізичних констант. Еталони вата і ват-години не підтримуються, тому що більш доцільно обчислювати значення цих одиниць за визначальними рівняннями, що пов'язують їх з одиницями інших величин. Див. такожОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН .
ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ
Електровимірювальні прилади найчастіше вимірюють миттєві значення або електричних величин, або неелектричних, перетворених на електричні. Усі прилади поділяються на аналогові та цифрові. Перші зазвичай показують значення вимірюваної величини за допомогою стрілки, що переміщається за шкалою з поділками. Другі мають цифровий дисплей, який показує виміряне значення величини у вигляді числа. Цифрові прилади у більшості вимірів більш переважні, оскільки вони більш точні, зручніші при знятті показань і, загалом, універсальніші. Цифрові універсальні вимірювальні прилади ("мультиметри") та цифрові вольтметри застосовуються для вимірювання із середньою та високою точністю опору постійному струму, а також напруги та сили змінного струму. Аналогові прилади поступово витісняються цифровими, хоча вони знаходять застосування там, де важлива низька вартість і не потрібна висока точність. Для найточніших вимірювань опору та повного опору (імпедансу) існують вимірювальні мости та інші спеціалізовані вимірювачі. Для реєстрації ходу зміни вимірюваної величини в часі застосовуються реєструвальні прилади - стрічкові самописці та електронні осцилографи, аналогові та цифрові.
ЦИФРОВІ ПРИЛАДИ
У всіх цифрових вимірювальних приладах (крім найпростіших) використовуються підсилювачі та інші електронні блоки для перетворення вхідного сигналу сигнал напруги, який потім перетворюється на цифрову форму аналого-цифровим перетворювачем (АЦП). Число, що виражає виміряне значення, виводиться на світлодіодний (СІД), вакуумний люмінесцентний або рідкокристалічний (РК) індикатор (дисплей). Прилад зазвичай працює під управлінням вбудованого мікропроцесора, причому у простих приладах мікропроцесор поєднується з АЦП на одній інтегральній схемі. Цифрові прилади добре підходять для підключення до зовнішнього комп'ютера. У деяких видах вимірювань комп'ютер перемикає вимірювальні функції приладу і дає команди передачі даних для їх обробки.
Аналого-цифрові перетворювачі.Існують три основні типи АЦП: інтегруючий, послідовного наближення та паралельний. Інтегруючий АЦП усереднює вхідний сигнал за часом. З трьох перелічених типів це найточніший, хоча й "повільний". Час перетворення інтегруючого АЦП лежить в діапазоні від 0001 до 50 с і більше похибка становить 01-00003%. Похибка АЦП послідовного наближення дещо більша (0,4-0,002%), зате час перетворення - від ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ10мкс до ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ1 мс. Паралельні АЦП - найшвидше, але й найменш точні: їх час перетворення близько 0,25 нс, похибка - від 0,4 до 2%.
Методи дискретизації.Сигнал дискретизується за часом шляхом швидкого виміру його в окремі моменти часу та утримання (збереження) виміряних значень на час перетворення їх у цифрову форму. Послідовність отриманих дискретних значень може виводитись на дисплей у вигляді кривої, що має форму сигналу; зводячи ці значення квадрат і підсумовуючи, можна обчислювати середньоквадратичне значення сигналу; їх можна використовувати також для обчислення часу наростання, максимального значення, середнього часу, частотного спектра і т.д. Дискретизація за часом може здійснюватися або за один період сигналу ("в реальному часі"), або (з послідовною або довільною вибіркою) за ряд періодів, що повторюються.
Цифрові вольтметри та мультиметри.Цифрові вольтметри та мультиметри вимірюють квазістатичне значення величини та вказують його у цифровій формі. Вольтметри безпосередньо вимірюють тільки напругу, зазвичай постійного струму, а мультиметри можуть вимірювати напругу постійного та змінного струму, силу струму, опір постійному струму та іноді температуру. Ці найпоширеніші контрольно-вимірювальні прилади загального призначення з похибкою вимірювання від 0,2 до 0,001% можуть мати 3,5 або 4,5-значний цифровий дисплей. "Напівцілий" знак (розряд) - це умовна вказівка на те, що дисплей може показувати числа, що виходять за межі номінального числа знаків. Наприклад, 3,5-значний (3,5-розрядний) дисплей в діапазоні 1-2 може показувати напруга до 1,999 В.
Вимірники повних опорів.Це спеціалізовані прилади, що вимірюють та показують ємність конденсатора, опір резистора, індуктивність котушки індуктивності або повний опір (імпеданс) з'єднання конденсатора або котушки індуктивності з резистором. Є прилади такого типу для вимірювання ємності від 0,00001 пФ до 99,999 мкФ, опору від 0,00001 Ом до 99,999 кОм та індуктивності від 0,0001 мГ до 99,999 Г. Вимірювання можуть проводитися на частотах, один пристрій не перекриває всього діапазону частот. На частотах, близьких до 1 кГц, похибка може становити лише 0,02%, але точність знижується поблизу меж діапазонів частоти та вимірюваних значень. Більшість приладів можуть показувати похідні величини, такі, як добротність котушки або коефіцієнт втрат конденсатора, обчислювані за основним виміряним значенням.
АНАЛОГОВІ ПРИЛАДИ
Для вимірювання напруги, сили струму та опору на постійному струмі застосовуються аналогові магнітоелектричні прилади з постійним магнітом та багатовитковою рухомою частиною. Такі пристрої стрілочного типу характеризуються похибкою від 0,5 до 5%. Вони прості та недорогі (приклад - автомобільні прилади, що показують струм і температуру), але не застосовуються там, де потрібна скільки-небудь значна точність.
Магнітоелектричні прилади.У таких приладах використовується сила взаємодії магнітного поля зі струмом у витках обмотки рухомої частини, що прагне повернути останню. Момент цієї сили врівноважується моментом, що створюється пружиною, що протидіє, так що кожному значенню струму відповідає певне положення стрілки на шкалі. Рухлива частина має форму багатовиткової дротяної рамки з розмірами від 35 до 2535 мм і робиться якомога легшою. Рухлива частина, встановлена на кам'яних підшипниках або підвішена на металевій стрічкі, поміщається між полюсами постійного сильного магніту. Дві спіральні пружинки, що врівноважують крутний момент, служать також струмопроводами обмотки рухомої частини. Магнітоелектричний прилад реагує на струм, що проходить по обмотці його рухомої частини, а тому є амперметром або, точніше, міліамперметром (бо верхня межа діапазону вимірювань не перевищує приблизно 50 мА). Його можна пристосувати для вимірювання струмів більшої сили, приєднавши паралельно обмотці рухомої частини шунтуючий резистор з малим опором, щоб в обмотку рухомої частини відгалужувалась лише мала частка повного вимірюваного струму. Такий пристрій придатний для струмів, що вимірюються багатьма тисячами ампер. Якщо послідовно з обмоткою приєднати додатковий резистор, то прилад перетвориться на вольтметр. Падіння напруги на такому послідовному з'єднанні дорівнює твору опору резистора на струм, що показується приладом, тому його шкалу можна проградуювати у вольтах. Щоб зробити з магнітоелектричного міліамперметра омметр, потрібно приєднувати до нього резистори, що послідовно вимірюються, і подавати на це послідовне з'єднання постійну напругу, наприклад від батареї живлення. Струм у такій схемі не буде пропорційний опору, а тому необхідна спеціальна шкала, що коригує нелінійність. Тоді можна буде проводити за шкалою прямий відлік опору, хоч і з не дуже високою точністю.
Гальванометри.До магнітоелектричних приладів відносяться і гальванометри - високочутливі прилади для вимірювання вкрай малих струмів. У гальванометрах немає підшипників, їхня рухома частина підвішена на тонкій стрічкі або нитці, використовується сильніше магнітне поле, а стрілка замінена дзеркальцем, приклеєним до нитки підвісу (рис. 1). Дзеркальце повертається разом з рухомою частиною, а кут його повороту оцінюється по зміщенню світлового зайчика, що відкидається ним на шкалі, встановленої на відстані близько 1 м. Найчутливіші гальванометри здатні давати відхилення за шкалою, що дорівнює 1 мм, при зміні струму всього лише на 0,00 мкА.

РЕЄСТРУЮЧІ ПРИЛАДИ
Реєструючі прилади записують "історію" зміни значення вимірюваної величини. До таких приладів найбільш поширених типів відносяться стрічкові самописці, що записують пером криву зміни величини на діаграмній паперовій стрічці, аналогові електронні осцилографи, що розгортають криву процесу на екрані електронно-променевої трубки, і цифрові осцилографи, що запам'ятовують одноразові або рідко повторювані сигнали. Основна відмінність між цими приладами – у швидкості запису. Стрічкові самописці з їх механічними частинами, що рухаються, найбільш підходять для реєстрації сигналів, що змінюються за секунди, хвилини і ще повільніше. Електронні осцилографи ж здатні реєструвати сигнали, що змінюються за час від мільйонних часток секунди до декількох секунд.
ВИМІРЮВАЛЬНІ МОСТИ
Вимірювальний міст - це чотириплечий електричний ланцюг, складений з резисторів, конденсаторів і котушок індуктивності, призначений для визначення відношення параметрів цих компонентів. До однієї пари протилежних полюсів ланцюга підключається джерело живлення, а до іншої – нуль-детектор. Вимірювальні мости застосовуються лише у випадках, коли потрібна найвища точність виміру. (Для вимірювань із середньою точністю краще користуватися цифровими приладами, оскільки вони простіші в обігу.) Найкращі трансформаторні вимірювальні мости змінного струму характеризуються похибкою (вимірювання відношення) близько 0,0000001%. Найпростіший міст для вимірювання опору має ім'я свого винахідника Ч.Уітстона.
Подвійний вимірювальний міст постійного струму.До резистори важко під'єднати мідні дроти, не привнісши при цьому опору контактів порядку 0,0001 Ом і більше. У разі опору 1 Ом такий струмопідвід вносить помилку порядку лише 0,01%, але для опору 0,001 Ом помилка становитиме 10%. Подвійний вимірювальний міст (міст Томсона), схема якого представлена на рис. 2 призначений для вимірювання опору еталонних резисторів малого номіналу. Опір таких чотириполюсних еталонних резисторів визначають як відношення напруги на їх потенційних затискачах (р1, р2 резистора Rs і р3, p4 резистора Rx на рис. 2) до струму через їх струмові затискачі (с1, с2 і с3, с4). За такої методики опір приєднувальних проводів не вносить помилки в результат вимірювання опору, що шукається. Два додаткові плечі m і n виключають вплив сполучного дроту між затискачами с2 і с3. Опір m і n цих плечей підбирають так, щоб виконувалася рівність M/m = N/n. Потім, змінюючи опір Rs, зводять розбаланс нанівець і знаходять Rx = Rs(N /M).

Вимірювальні мости змінного струму.Найбільш поширені вимірювальні мости змінного струму розраховані на вимірювання або на частоті 50-60 Гц, або на звукових частотах (зазвичай поблизу 1000 Гц); А спеціалізовані вимірювальні мости працюють на частотах до 100 МГц. Як правило, у вимірювальних мостах змінного струму замість двох плечей, що точно ставлять напругу, використовується трансформатор. До винятків цього правила відноситься вимірювальний міст Максвелла - Вина.
Вимірювальний міст Максвелла – Вина.Такий вимірювальний міст дозволяє порівнювати еталони індуктивності (L) з еталонами ємності на невідомій точно робочій частоті. Еталони ємності застосовуються у вимірах високої точності, оскільки вони конструктивно простіше прецизійних еталонів індуктивності, компактніші, їх легше екранувати, і вони практично не створюють зовнішніх електромагнітних полів. Умови рівноваги цього вимірювального мосту такі: Lx = R2R3C1 та Rx = (R2R3) / R1 (рис. 3). Міст врівноважується навіть у разі "нечистого" джерела живлення (тобто джерела сигналу, що містить гармоніки основної частоти), якщо величина Lx не залежить від частоти.

Трансформаторний вимірювальний міст.Однією з переваг вимірювальних мостів змінного струму є простота завдання точного відношення напруг за допомогою трансформатора. На відміну від дільників напруги, побудованих з резисторів, конденсаторів або котушок індуктивності, трансформатори протягом тривалого часу зберігають постійним встановлене відношення напруги і рідко вимагають повторного калібрування. На рис. 4 представлена схема трансформаторного вимірювального моста для порівняння двох однотипних повних опорів. До недоліків трансформаторного вимірювального моста можна віднести те, що ставлення, яке задається трансформатором, певною мірою залежить від частоти сигналу. Це призводить до необхідності проектування трансформаторних вимірювальних мостів лише для обмежених частотних діапазонів, в яких гарантується паспортна точність.

де Т – період сигналу Y(t). Максимальне значення Yмакс – це найбільше миттєве значення сигналу, а середнє абсолютне значення YAA – абсолютне значення, усереднене за часом. При синусоїдальній формі коливань Yеф = 0,707Yмакс та YAA = 0,637Yмакс.
Вимірювання напруги та сили змінного струму.Майже всі прилади для вимірювання напруги та сили змінного струму показують значення, що пропонується розглядати як ефективне значення вхідного сигналу. Однак у дешевих приладах найчастіше вимірюється середнє абсолютне або максимальне значення сигналу, а шкала градуюється так, щоб показання відповідало еквівалентному ефективному значенню в припущенні, що вхідний сигнал має синусоїдальну форму. Не слід забувати, що точність таких приладів вкрай низька, якщо сигнал несинусоїдальний. Прилади, здатні вимірювати справжнє ефективне значення сигналів змінного струму, можуть ґрунтуватися на одному з трьох принципів: електронного множення, дискретизації сигналу або теплового перетворення. Прилади, що ґрунтуються на перших двох принципах, як правило, реагують на напругу, а теплові електровимірювальні прилади - на струм. При використанні додаткових та шунтових резисторів усіма приладами можна вимірювати струм, так і напругу.
Електронне множення.Зведення в квадрат і усереднення вхідного сигналу в деякому наближенні здійснюються електронними схемами з підсилювачами і нелінійними елементами для виконання таких математичних операцій, як знаходження логарифму і антилогарифму аналогових сигналів. Прилади такого типу можуть мати похибку лише 0,009%.
Дискретизація сигналу.Сигнал змінного струму перетворюється на цифрову форму за допомогою швидкодіючого АЦП. Дискретизовані значення сигналу зводяться у квадрат, підсумовуються і поділяються число дискретних значень в одному періоді сигналу. Похибка таких пристроїв становить 0,01-0,1%.
Теплові електровимірювальні прилади.Найвищу точність вимірювання ефективних значень напруги та струму забезпечують теплові електровимірювальні прилади. У них використовується тепловий перетворювач струму у вигляді невеликого відкачаного скляного балончика з нагрівальною дротиною (довжиною 0,5-1 см), до середньої частини якої крихітною бусинкою прикріплений гарячий спай термопари. Намистинка забезпечує тепловий контакт та одночасно електроізоляцію. При підвищенні температури, прямо пов'язаному з ефективним значенням струму в нагрівальній дроті, на виході термопари виникає термо-ЕРС (напруга постійного струму). Такі перетворювачі придатні вимірювання сили змінного струму з частотою від 20 Гц до 10 МГц. На рис. 5 показано принципову схему теплового електровимірювального приладу з двома підібраними за параметрами тепловими перетворювачами струму. При подачі на вхід схеми напруги змінного струму Vас на виході термопари перетворювача ТС1 виникає напруга постійного струму, підсилювач А створює постійний струм в нагрівальній дроті перетворювача ТС2, при якому термопара останнього дає таку ж напругу постійного струму, і звичайний прилад постійного струму вимірює.

За допомогою додаткового резистора описаний вимірювач струму можна перетворити на вольтметр. Оскільки теплові електровимірювальні прилади безпосередньо вимірюють струми лише від 2 до 500 мА, для вимірювання струмів більшої сили потрібні резисторні шунти.
Вимірювання потужності та енергії змінного струму.Потужність, споживана навантаженням у ланцюзі змінного струму, дорівнює середньому за часом добутку миттєвих значень напруги та струму навантаження. Якщо напруга і струм змінюються синусоїдально (як це зазвичай і буває), то потужність Р можна представити у вигляді P = EI cosj, де Е та I - ефективні значення напруги та струму, а j - фазовий кут (кут зсуву) синусоїд напруги та струму . Якщо напруга виявляється у вольтах, а струм в амперах, то потужність буде виражена у ватах. Множник cosj, званий коефіцієнтом потужності, характеризує ступінь синхронності коливань напруги та струму. З економічної точки зору, найважливіша електрична величина – енергія. Енергія W визначається добутком потужності на час її споживання. У математичній формі це записується так:

Якщо час (t1 - t2) вимірюється у секундах, напруга е - у вольтах, а струм i - в амперах, енергія W буде виражена у ват-секундах, тобто. джоулях (1 Дж = 1 ВтЧс). Якщо ж час вимірюється в годиннику, то енергія - у ват-годиннику. Насправді електроенергію зручніше виражати в кіловат-годинах (1 кВт*ч = 1000 ВтЧч).
Лічильники електроенергії з розподілом часу.У лічильниках електроенергії з розподілом часу використовується дуже своєрідний, але точний метод вимірювання електричної потужності. Такий прилад має два канали. Один канал є електронним ключем, який пропускає або не пропускає вхідний сигнал Y (або звернений вхідний сигнал -Y) на фільтр нижніх частот. Станом ключа управляє вихідний сигнал другого каналу з відношенням часових інтервалів "закрито"/"відкрито", пропорційним його вхідного сигналу. Середній сигнал на виході фільтра дорівнює середньому часу твору двох вхідних сигналів. Якщо один вхідний сигнал пропорційний напрузі на навантаженні, а інший - струму навантаження, то вихідна напруга пропорційна потужності, що споживається навантаженням. Похибка таких лічильників промислового виготовлення становить 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторних - близько 0,0001% при 60 Гц). Як прилади високої точності вони застосовуються як зразкові лічильники для перевірки робочих засобів вимірювання.
Дискретизуючі ватметри та лічильники електроенергії.Такі прилади засновані на принципі цифрового вольтметра, але мають два вхідні канали, що паралельно дискретизують сигнали струму і напруги. Кожне дискретне значення e(k), що представляє миттєві значення сигналу напруги в момент дискретизації, множиться на відповідне дискретне значення i(k) сигналу струму, отримане в той же час. Середнє за часом таких творів є потужність у ВАТ:

Суматор, що накопичує твори дискретних значень з часом, дає повну електроенергію у ват-годинах. Похибка лічильників електроенергії може становити лише 0,01%.
Індукційні лічильники електроенергії.Індукційний лічильник є не що інше, як малопотужний електродвигун змінного струму з двома обмотками - струмової та обмоткою напруги. Провідний диск, поміщений між обмотками, обертається під дією моменту, що крутить, пропорційного споживаної потужності. Цей момент врівноважується струмами, що наводяться в диску постійним магнітом, так що частота обертання диска пропорційна споживаної потужності. Число обертів диска за той чи інший час пропорційно до повної електроенергії, отриманої за цей час споживачем. Число оборотів диска вважає механічний лічильник, який показує електроенергію в кіловат-годинах. Прилади такого типу широко застосовуються як побутові лічильники електроенергії. Їхня похибка, як правило, становить 0,5%; вони відрізняються великим терміном служби за будь-яких допустимих рівнях струму.
- Вимірювання електричних величин: електричної напруги, електричного опору, сили струму, частоти і фази змінного струму, потужності струму, електричної енергії, електричного заряду, індуктивності, електричної ємності та ін. Велика Радянська Енциклопедія

електричні виміри- - [В.А.Семенов. Англо-російський словник з релейного захисту] Тематики релейний захист EN electrical measurementelectricity metering … Довідник технічного перекладача

Е. вимірювальними апаратами називають прилади та пристрої, що служать для вимірювання Е., а також і магнітних величин. Більшість вимірів зводиться до визначення сили струму, напруги (різниці потенціалів) і кількості електрики. Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Ефрона - сукупності з'єднаних певним чином елементів та пристроїв, що утворюють шлях для проходження електричного струму. Теорія ланцюгів розділ теоретичної електротехніки, в якому розглядаються математичні методи обчислення електричних… Енциклопедія Кольєра

виміри аеродинамічні Енциклопедія «Авіація»

виміри аеродинамічні- Мал. 1. вимірювання аеродинамічні - процес знаходження дослідним шляхом значень фізичних величин в аеродинамічному експерименті за допомогою відповідних технічних засобів. Розрізняють 2 типи І. а.: статичні та динамічні. При… … Енциклопедія «Авіація»

Електричні- 4. Електричні норми проектування радіотрансляційних мереж. М., Зв'язоквидав, 1961. 80 с.

Основними параметрами електричних кіл є: для ланцюга постійного струму опір R, для ланцюга змінного струму активний опір , індуктивність , ємність , комплексний опір .

Найчастіше для вимірювання цих параметрів застосовують такі методи: омметра, амперметра - вольтметра, бруківки. Застосування компенсаторів для вимірювання опорів вже розглядалося у п. 4.1.8. Розглянемо інші методи.

Омметри.Безпосередньо та швидко опору елементів ланцюга постійного струму можна виміряти за допомогою омметра. У схемах, поданих на рис. 16 ЇМ- магнітоелектричний вимірювальний механізм.

При постійному значенні напруги живлення
показання вимірювального механізму залежать тільки від значення опору, що вимірюється
. Отже, шкала може бути відградуйована в одиницях опору.

Для послідовної схеми включення елемента з опором
(Рис. 4.16, ) кут відхилення стрілки

Для паралельної схеми включення (Рис. 4.16, )

де - чутливість магнітоелектричного вимірювального механізму; - Опір вимірювального механізму;
- Опір додаткового резистора. Оскільки значення всіх величин у правій частині вищенаведених рівнянь, крім
, то кут відхилення визначається значенням
.

Шкали омметрів для обох схем нерівномірні включення. У послідовній схемі включення, на відміну від паралельної, нуль шкали поєднаний з максимальним кутом повороту рухомої частини. Омметри з послідовною схемою включення більш придатні вимірювання великих опорів, і з паралельної схемою - малих. Зазвичай омметри виконують як переносних приладів класів точності 1,5 і 2,5. Як джерело живлення застосовують батарею. Необхідність встановлення нуля за допомогою коректора є великим недоліком розглянутих омметрів. Цей недолік відсутній у омметрів із магнітоелектричним логометром.

Схема включення логометра в омметр представлена на рис. 4.17. У цій схемі 1 та 2 - котушки логометра (їх опору і );
і
- додаткові резистори, постійно включені до схеми.

то відхилення стрілки логометра

тобто кут відхилення визначається значенням
і не залежить від напруги .

Омметри з логометром мають різні конструкції в залежності від необхідної межі вимірювання, призначення (щитовий або переносний прилад) і т.п.

Метод амперметра – вольтметра. Цей метод є непрямим методом вимірювання опору елементів ланцюгів постійного та змінного струмів. Амперметром і вольтметром вимірюються відповідно струм і напруга на опорі
значення якого потім розраховується за законом Ома:
. Точність визначення опорів цим методом залежить як від точності приладів, так і від схеми включення, що застосовується (рис. 4.18, і ).

При вимірі щодо невеликих опорів (менше 1 Ом) схема на рис. 4.18, краще, так як вольтметр підключений безпосередньо до вимірюваного опору
, А струм , що вимірюється амперметром, дорівнює сумі струму у вимірюваному опорі та струму у вольтметрі , тобто.
. Так як >>, то
.

При вимірі відносно великих опорів (більше 1 Ом) краще схема на рис. 4.18, , так як амперметр безпосередньо вимірює струм у опорі
, а напруга , що вимірюється вольтметром, дорівнює сумі напруг на амперметрі
та вимірюваному опорі
, тобто.
. Так як
>>
, то
.

Принципові схеми вмикання приладів для вимірювання повного опору елементів
ланцюги змінного струму методом амперметра - вольтметра ті ж, що й для вимірювання опорів
. У цьому випадку за виміряними значеннями напруги і струму визначають повний опір
.

Очевидно, що цим методом не можна виміряти аргумент опору, що повіряється. Тому методом амперметра - вольтметра можна вимірювати індуктивності котушок та ємності конденсаторів, втрати в яких досить малі. В цьому випадку

;
.

Схожі статті