Virran mittaus

DC-virran mittaus

Sähköisessä tekniikassa on usein tarpeen mitata suoravirta. Ilmeisesti tästä syystä monet yleismittarit, enimmäkseen halvat, voivat mitata vain tasavirtaa. Vaihtovirran mittausalue on joissakin yleismittarimallissa, jotka ovat kalliimpia, mutta näihin osoituksiin voi luottaa vain, jos virralla on sinimuotoinen muoto ja taajuus ei ylitä 50 Hz.

Ampermittarin vaatimukset

Kaikkia mittauslaitteita pidetään hyvinä, jos ne eivät aiheuta vääristymiä mitattuun määrään tai pikemminkin lisää, mutta niin vähän kuin mahdollista. Voltimetrillä tämä on korkea tuloimpedanssi, koska se on kytketty yhden piirin osan kanssa. Tässä yhteydessä on aiheellista muistuttaa, että rinnakkaisliitoksen myötä profiilin kokonaisvastus vähenee.

Ampermetri sisältyy piirin katkokseensiksi, positiivisen laadun, toisin kuin volttimittarin, katsotaan olevan hänelle vain pieni sisäinen vastus. Lisäksi mitä pienempi, sitä parempi, varsinkin kun mitataan pieniä virtauksia, niin luontainen elektronisille piireille. Nykyinen mittausprosessi on esitetty kuvassa 1.

Kaavio esittää yksinkertaisen galvaanisesta akusta ja kahdesta vastuksesta koostuvan sähköpiirin, joka soveltuu vain kokeiden suorittamiseen virran mittaamiseksi. Ensinnäkin, sinun on kiinnitettävä huomiota laitteen napaisuuteen, sen on vastattava virran suuntaa, joka on osoitettu nuolella.

Kuvassa on osoitinlaite, joka ei näytä vastakkaiseen suuntaan. Digitaalisessa yleismittarissa virran suunnalla ei ole merkitystä. Jos se on kytketty väärin, se näyttää vain miinusmerkin, ja konflikti ratkaistaan ​​tämän avulla. Matemaatikot sanoisivat, että luvun moduuli mitataan, näyttää siltä, ​​että se on allekirjoittamattoman numeron nimi.

Kuvio 1Nykyinen mittausprosessi

Mitä ampeerimittari näyttää

Tällaiselle yksinkertaiselle piirille ei ole vaikea laskea virtaa, se on 0,018A tai 18mA. Samaan aikaan kuvassa näkyy, että millimittari samassa piirissä on kytketty kolmeen eri kohtaan. Fysiikan lakien mukaan hänen lukemat ovat täsmälleen samat, koska kuinka monta elektronia "virtaa" akun plus-arvosta, sama määrä palaa takaisin, mutta "miinus": n jälkeen. Ja kaikkien näiden elektronien polku on sama: nämä ovat kytkentäjohdot, vastukset ja, jos kytketty, sitten milliammetrit.

Kuvio 2 esittää kaaviota kahden transistorin vastaanottimesta M.M. Rumyantsev "50 transistorivastaanottimen piiriä" (1966).

Kuvio 2Kaksoistransistorin vastaanotinpiiri

Noina aikoina kirjojen piireihin liitettiin yksityiskohtaisia ​​kuvauksia ja menetelmiä niiden säätämiseksi. Usein suositellaan mittaamaan virtauksia tietyillä piirin osilla, yleensä transistorien kollektorivirroilla. Virtausten mittauspaikat esitettiin kaaviossa ristiin. Tässä vaiheessa tietysti milliammetri kytkettiin johtimen aukkoon, ja valitsemalla tähdellä merkityn vastuksen arvo valittiin välittömästi kaaviossa ilmaistu virta.

Sudenkuopat virtausten mittaamisessa

Kuviot 3 ja 4 esittävät yksinkertaisimman piirin, akun, vastuksen ja yleismittarin. Ohmin lain mukaan on helppo laskea, että tämän piirin virta tulee olemaan

I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15A tai 150mA.

Jos tarkastellaan tarkkaan molempia kuvioita, käy ilmi, että lukemat ovat erilaisia, vaikka mikään ei ole itsekin piireissä muuttunut, jos niitä voidaan kutsua siitä. Kuviossa 3 lukemat ovat täysin yhdenmukaisia ​​Ohmin laskelman kanssa.

Kuva 3. Mittaukset nykyinen Ohjelmasimulaattorissa Multisim

Mutta kuvassa 4 heistä tuli hieman alempia, nimittäin 148,515mA. Kysymys kuuluu, miksi? Loppujen lopuksi mikään ei ole muuttunut piirissä, lähde on sama ja vastuksesta ei ole tullut enemmän tai vähemmän.

Kuva 4. Mittaukset nykyinen Ohjelmasimulaattorissa Multisim

Tosiasia, että yleismittarin kaikkia ominaisuuksia voidaan muuttaa, mikä tapahtuu napsauttamalla "Asetukset" -painiketta.Tässä tapauksessa ampeerimittarin syöttöresistanssi muuttui: kuviossa 3 se oli 1n & # 8486; ja kuviossa 4 se nostettiin arvoon 100 m or tai vain 0,1Ω. Tämä esimerkki toimitetaan osoittamaan, kuinka mittauslaitteen ominaisuudet vaikuttavat tulokseen. Tässä tapauksessa ampeerimittari.

Yritetään lisätä nykyistä 10 kertaa tässä piirissä. Tätä varten riittää, että vähennät vastuksen arvoa myös 10 kertaa, niin on helppo laskea, että ampeerimittari näyttää puolitoista ampeeria. Jos tuloimpedanssin oletetaan olevan 1nΩ, kuten kuvassa 3, tulos on 1,5A, mikä on täysin yhdenmukainen Ohmin laskelman kanssa.

Jos käytät yllä mainittua painiketta "Parameters" amperimittarin resistanssin lisäämiseksi 0,1Ω, laitteen mittakaavassa voit nähdä 1,364A. Tietenkin, 0,1Ω on hiukan liian suuri todelliselle ampeerimittarille, ja 1nΩ tapahtuu todennäköisesti vain ohjelmassa - simulaattori voi silti nähdä, kuinka laitteen sisäinen vastus vaikuttaa mittaustulokseen. Yleensä tällaisten mittausten tekemisen on heti selvitettävä ”mielessä” ainakin tuloksen järjestys. Mutta sinun pitäisi aloittaa selvästi suuremmalla alueella laitteella.

Näin on silloin, kun virtauksia mitataan simulaattoriohjelmassa, jossa kaikki on tarkoituksella asetettu parempien tulosten saavuttamiseksi. Kaikki osat, joilla on minimaaliset toleranssit, laitteiden tuloimpedanssit ovat myös ihanteellisia, ympäristön lämpötila on 25 astetta. Mutta kuten juuri osoitettiin, laitteiden, osien ja tasaisen lämpötilan parametrit voidaan asettaa käyttäjän pyynnöstä.

Mittaukset tällä laitteella

Todellisessa elämässä kaikki ei ole niin sujuvaa. Leveät vastukset voi olla toleransseja yleensä ± 5, 10 ja 20 prosenttia. Tietysti on vastuksia, joiden toleranssit ovat kymmenesosa prosenttia, mutta niitä käytetään vain siellä, missä se todella on tarpeen, eikä lainkaan laajalle levinneessä käytössä olevissa laitteissa, joka on lähellä jokaista transistoria ja jokaista mikrosirua.

Oletetaan, että virranmittauskokeet suoritetaan vastuksilla, joiden toleranssi on 5%. Sitten nimellisarvossa (mikä on kirjoitettu vastuskoteloon), esimerkiksi 10KΩ, vastus, jonka resistanssi on alueella 9,5 ... 10,5KΩ, voi pudota varren alle. Jos tällainen vastus on kytketty jännitelähteeseen, esimerkiksi 10 V, niin mitattaessa virtauksia, saat arvot välillä 1,053 ... 0,952 mA odotetun 1 mA sijasta. Vielä suurempi leviäminen saavutetaan käytettäessä vastuksia, joiden toleranssi on 10 tai 20 prosenttia.

Ja aivan hämmästyttäviä tuloksia voidaan saada, jos nämä kokeet suoritetaan akkuvirralla. Piiri on täsmälleen sama kuin kuvioissa 3 ja 4. Se on niin yksinkertainen, että voit luopua kokonaan juotos- ja piirilevyistä, tehdä kaiken yksinkertaisesti kiertämällä tai yksinkertaisesti pitää sitä käsissäsi.

Arvioidaan, mitä pitäisi käydä, mitä laitteen pitäisi näyttää. Akun jännitteen tiedetään olevan 1,5 V, vastus 10Ω. Sitten Ohmin lain mukaan I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15A tai 150mA.

Oikeissa mittauksissa odotetun 150 mA: n sijasta laite näytti 98,3 mA. Vaikka oletetaan, että vastus on kiinni 20 prosentin toleranssilla, I = U / R = 1,5 / 12 = 0,125A tai 125mA.

Se ei riitä! Minne kaikki meni? Meidän tapauksessamme "kuollut" akku osoittautui syylliseksi. Operaation aikana hän menetti osan varauksesta, ja hänen sisäinen vastuksensa kasvoi. Lisäten ulkoisen vastuksen resistanssiin sisäinen vastus antoi "toteutettavan panoksensa" mittaustuloksen vääristymiseen. Juuri nämä olosuhteet johtivat siihen, että laitteen lukemat olivat lievästi sanottuna hyvin kaukana odotetusta.

Siksi mittauksia suoritettaessa elektronisissa piireissä on oltava erittäin varovainen, tarkkuus ei myöskään ole tarpeeton. Laadut, jotka ovat suoraan vastakkaisia ​​juuri mainituille, johtavat tuhoisiin tuloksiin. Mittauslaitteet voivat palaa, myös laitteita kehitetään tai korjataan, ja joissain tapauksissa jopa sähköisku. Tällaisissa tapauksissa pettymisen välttämiseksi voimme jälleen suositella muistamista turvatoimenpiteet.

Boris Aladyshkin