کمیت های الکتریکی پایه ولتاژ، جریان و مقاومت چیست: آنها در عمل چگونه استفاده می شوند؟

ولتاژ یک مقدار شناخته شده است که در همه منابع نور و باتری استفاده می شود. چیست، چه انواعی وجود دارد، ولتاژ چگونه اندازه گیری می شود، در چه واحدهایی اندازه گیری می شود؟ ولتاژ الکتریکیو خیلی بیشتر.

ولتاژ الکتریکی نامیده می شود نیروی پیشرانکه برای فشار دادن انواع آزاد الکترون ها از یک اتم به اتم دیگر در جهت خاصی طراحی شده است. یک الزام اجباری برای جریان بارها وجود یک مدار با یک حلقه بسته است که شرایط را برای حرکت آنها ایجاد می کند. اگر در مدار الکتریکی شکسته شود، روند حرکت جهتی ذرات متوقف می شود.

توجه داشته باشید!شایان ذکر است که واحد ولتاژ در یک مدار الکتریکی به مواد هادی، نحوه اتصال بار و درجه حرارت بستگی دارد.

آنچه هست

انواع

دو نوع وجود دارد: ثابت و متغیر. اولین مورد در انواع مدارهای الکترواستاتیک و مدارهایی که جریان مستقیم دارند. متغیر در جایی رخ می دهد که انرژی سینوسی وجود دارد. مهم است که انرژی سینوسی به دو دسته موثر، آنی و متوسط ​​تقسیم شود. واحد ولتاژ جریان الکتریسیتهولت

همچنین شایان ذکر است که مقدار انرژی بین فازها را فاز خطی و نشانگر جریان زمین و فاز را جریان فاز می نامند. یک قانون مشابه در تمام خطوط هوایی استفاده می شود. در قلمرو فدراسیون روسیهدر شبکه برق خانگی استاندارد 380 ولت و فاز یک 220 ولت است.

انواع اصلی

فشار ثابت

ثابت تفاوت بین پتانسیل های الکتریکی است که در آن مقدار یکسان با تغییر قطبیت در یک دوره خاص ثابت می ماند. مزیت اصلی انرژی ثابت این واقعیت است که وجود ندارد توان راکتیو. این بدان معنی است که تمام توان تولید شده توسط ژنراتور به استثنای تلفات سیم توسط بار مصرف می شود. در تمام سطح مقطع هادی جریان دارد.

در مورد معایب، مشکل افزایش با کاهش انرژی، یعنی در لحظه تبدیل آن به دلیل طراحی مبدل ها و عدم وجود کلیدهای نیمه هادی قدرتمند وجود دارد. علاوه بر این، جدا کردن انرژی کم و زیاد دشوار است.

توجه داشته باشید!انرژی ثابت در مدارهای الکترونیکی، سلول های گالوانیکی، باتری ها، کارخانه های الکترولیز، ابزار جوشکاری، مبدل های اینورتر و بسیاری از دستگاه های دیگر استفاده می شود.

دی سی

ولتاژ AC

جریان متناوب جریانی است که مقدار و جهت آن به صورت دوره ای تغییر می کند، اما در عین حال جهت خود را در مدار الکتریکی بدون تغییر حفظ می کند. اغلب به آن سینوسی می گویند. یک جهت که انرژی در آن حرکت می کند مثبت و جهت دیگر منفی نامیده می شود. بنابراین کمیت حاصل را مثبت و منفی می نامند. این توان یک کمیت جبری است. در پاسخ به این سوال که واحد ولتاژ را چه می نامند باید توجه داشت که ولت است. مقدار آن با جهت تعیین می شود. حداکثر مقدار دامنه است. اتفاق می افتد:

• دو فاز؛

دو فاز

• سه فاز؛

سه فاز

• چند فازی

چند فازی

این به طور فعال در صنعت، در یک نیروگاه، در یک پست ترانسفورماتور استفاده می شود و با استفاده از خطوط انتقال الکتریکی به هر خانه منتقل می شود. برای اتصال بیشتر از سه فاز استفاده می شود. این نوع برق رسانی در بسیاری از خطوط راه آهن رایج است.

توجه داشته باشید!شایان ذکر است که انواعی از لکوموتیوهای برقی دو سیستم نیز وجود دارد که در بسیاری از موارد با نرخ متغیر کار می کنند.

جریان متناوب

واحدها

ولتاژ بر حسب ولت اندازه گیری می شود. V یا Volt تعیین شده است. یک مقدار به صورت اختلاف چند نقطه در بیان می شود میدان الکتریکی. مقدار 220 ولت نشان می دهد که میدان الکتریکی برای صرف انرژی برای کشیدن بارها در کل مدار الکتریکی با بار طراحی شده است.

ابزار اندازه گیری

برای اندازه گیری نیرو از یک صفحه یا آنالوگ، دیجیتال یا ولت متر الکترونیکی استفاده می شود. با این ابزار می توان مشخصات سیگنال را اندازه گیری و نظارت کرد. همچنین می توانید با اسیلوسکوپ اندازه گیری کنید. آنها به این دلیل کار می کنند که انرژی توسط یک پرتو الکترونی منحرف می شود و به دستگاهی عرضه می شود که نشانگر یک مقدار متغیر را تولید می کند.

ولت متر به عنوان دستگاه اندازه گیری اصلی

ولتاژ یک کمیت فیزیکی است که مقدار جریان در مدار و تجهیزات را بر حسب ولت نشان می دهد. جریان می تواند ثابت یا متناوب باشد. تفاوت این است که مفهوم اول به این معنی است که جریان دائماً قطبیت خود را تغییر می دهد و به طور متناوب در شبکه جریان می یابد. در حالت دوم، جریان بدون وقفه از مدار الکتریکی عبور می کند. با ولت متر اندازه گیری می شود.

جریان الکتریکی (I) حرکت جهتی بارهای الکتریکی (یونها در الکترولیتها، الکترونهای رسانش در فلزات) است.
شرط لازم برای جریان الکتریکی مدار بسته است.

جریان الکتریکی با آمپر (A) اندازه گیری می شود..

واحدهای جریان مشتق شده عبارتند از:
1 کیلو آمپر (kA) = 1000 A;
1 میلی آمپر (mA) 0.001 A;
1 میکرو آمپر (µA) = 0.000001 A.

یک فرد شروع به احساس جریان 0.005 A از بدن خود می کند که جریانی بیشتر از 0.05 A برای زندگی انسان خطرناک است.

ولتاژ الکتریکی (U)اختلاف پتانسیل بین دو نقطه نامیده می شود میدان الکتریکی.

واحد اختلاف پتانسیل الکتریکیولت (V) است.
1 V = (1 W): (1 A).

واحدهای ولتاژ مشتق شده عبارتند از:

1 کیلو ولت (کیلو ولت) = 1000 ولت؛
1 میلی ولت (mV) = 0.001 ولت؛
1 میکروولت (µV) = 0.00000 1 ولت.

مقاومت بخشی از مدار الکتریکیکمیتی است که به جنس هادی، طول و سطح مقطع آن بستگی دارد.

مقاومت الکتریکی بر حسب اهم (اهم) اندازه گیری می شود.
1 اهم = (1 ولت): (1 A).

واحدهای مقاومت مشتق شده عبارتند از:

1 کیلو اهم (کیلو اهم) = 1000 اهم؛
1 مگا اهم (MΩ) = 1،000،000 اهم؛
1 میلی اهم (mOhm) = 0.001 اهم؛
1 میکرو اهم (µOhm) = 0.00000 1 اهم.

مقاومت الکتریکی بدن انسان بسته به شرایط مختلف از 2000 تا 10000 اهم متغیر است.

خاص مقاومت الکتریکی (ρ) مقاومت سیمی به طول 1 متر و سطح مقطع 1 میلی متر مربع در دمای 20 درجه سانتیگراد است.

به حالت متقابل مقاومت، ویژگی می گویند رسانایی الکتریکی (γ).

توان (P)کمیتی است که سرعت تبدیل انرژی یا سرعت انجام کار را مشخص می کند.
توان ژنراتور کمیتی است که میزان تبدیل انرژی مکانیکی یا دیگر انرژی به انرژی الکتریکی در ژنراتور را مشخص می کند.
قدرت مصرف کننده کمیتی است که سرعت وقوع دگرگونی را مشخص می کند انرژی الکتریکیدر بخش های خاصی از زنجیره به انواع مفید دیگر انرژی تبدیل می شود.

واحد قدرت سیستم SI وات (W) است. برابر است با توانی که 1 ژول کار در 1 ثانیه انجام می شود:

1W = 1J/1sec

واحدهای اندازه گیری توان الکتریکی به دست آمده عبارتند از:

1 کیلووات (کیلووات) = 1000 وات؛
1 مگاوات (MW) = 1000 کیلو وات = 1،000،000 W;
1 میلی وات (mW) = 0.001 W; o1i
1 اسب بخار (اسب بخار) = 736 وات = 0.736 کیلو وات.

واحدهای اندازه گیری انرژی الکتریکیهستند:

1 وات ثانیه (W sec) = 1 J = (1 N) (1 m);
1 کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) = 3.6 106 وات ثانیه.

مثال. جریان مصرف شده توسط یک موتور الکتریکی متصل به شبکه 220 ولت 10 آمپر به مدت 15 دقیقه بود. انرژی مصرف شده توسط موتور را تعیین کنید.
W*sec یا با تقسیم این مقدار بر 1000 و 3600، انرژی را بر حسب کیلووات ساعت دریافت می کنیم:

W = 1980000/(1000*3600) = 0.55 کیلووات ساعت

میز 1. کمیت ها و واحدهای الکتریکی

ذرات باردار وارد شده به میدان الکتریکی به طور منظم در جهت خاصی شروع به حرکت می کنند. ذرات انرژی خاصی به دست می آورند، یعنی کار انجام می شود. برای تعیین میزان کار برای حرکت بارهای الکتریکی در یک میدان الکتریکی با قدرت Eنیاز به معرفی یک مقدار فیزیکی دیگر - ولتاژ الکتریکی داشت U.

کار میدان الکتریکی چیست؟

نگرش کاری آتوسط هر میدان الکتریکی هنگام جابجایی یک بار مثبت از یک نقطه از میدان به نقطه دیگر به میزان بار انجام می شود qولتاژ الکتریکی نامیده می شود Uبین این نکات:

$$ U = ( A \ بیش از q ) $$

می توان گفت که ولتاژ الکتریکی برابر با کاری است که برای جابجایی بار 1 کولن از یک نقطه در میدان الکتریکی به نقطه دیگر انجام می شود.

سپس برای تعیین میزان کار انجام شده توسط فیلد می توانیم عبارت زیر را بدست آوریم:

$$ A = ( q * U ) $$

برنج. 1. الکترون ها در میدان الکتریکی.

واحدها

در سیستم بین المللی واحدها (SI)، واحد ولتاژ (V) به نام کاشف ایتالیایی الساندرو ولتا (1745-1827) نامگذاری شده است که سهم زیادی در درک ماهیت الکتریسیته داشته است. از آنجایی که کار با ژول (J) و بار با کولن (K) اندازه گیری می شود، پس:

$$ =( \over ) $$

ولتاژ می تواند در محدوده وسیعی متفاوت باشد، بنابراین واحدهای غیر سیستمی مانند:

• 1 میکروولت (µV) = 0.0000001 ولت؛
• 1 میلی ولت (mV) = 0.001 ولت؛
• 1 کیلو ولت (کیلو ولت) = 1000 ولت؛
• 1 MV (مگاولت) = 1,000,000 ولت.

ولتاژ DC و AC

دو نوع ولتاژ وجود دارد - ثابت و متناوب. نمونه ای از منابع ولتاژ DCباتری های معمولی مورد استفاده در لوازم خانگی: کنترل از راه دور، تلفن و غیره علامت های "-" و "+" همیشه روی سطح باتری ها وجود دارد.

این بدان معناست که جهت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط باتری در تمام مدت ثابت خواهد بود. منابع ولتاژ ACبعدها اختراع شدند و به دلیل این واقعیت که جریان متناوب تبدیل (تقویت، تضعیف) و انتقال در فواصل طولانی آسان تر است، بسیار گسترده شدند.

برنج. 2. نمودار ولتاژهای مستقیم و متناوب.

نمودارها نشان می دهند که ولتاژ ثابت به زمان بستگی ندارد،

$$U(t) = هزینه $$

ولتاژ متناوب تغییر می کند، با عبور از یک مقدار صفر، علامت "+" را به "-" تغییر می دهد. برای فرمول ولتاژ الکتریکی U(t)، توابع مثلثاتی سینوس یا کسینوس به خوبی مناسب هستند:

$$ U(t) = U_А * sin(ω*t) $$

جایی که U A — دامنه ولتاژ متناوب، یعنی حداکثر مقدار ولتاژ؛

ω - فرکانس ولتاژ متناوب، نشان می دهد که چند بار در یک ثانیه علامت ولتاژ تغییر می کند، یعنی "بعلاوه" به "منفی" تغییر می کند. مقدار فرکانس نشان می دهد که قطبیت ولتاژ با چه سرعتی (هر چند وقت یکبار) تغییر می کند. به عنوان مثال، در پریزهای برقدر آپارتمان های ما، ولتاژ 50 بار در ثانیه (با فرکانس 50 هرتز) تغییر می کند.

اثر ولتاژ الکتریکی، با شروع از مقادیر معین، برای انسان ناامن می شود. در اتاق های خشک، ولتاژ تا 36 ولت ایمن در نظر گرفته می شود.

چگونه و با چه ولتاژی اندازه گیری می شود

ولتاژ با استفاده از ابزاری به نام ولت متر اندازه گیری می شود. یک ولت متر به موازات عنصر مدار الکتریکی که در آن افت ولتاژ باید اندازه گیری شود وصل می شود. یک ولت متر در نمودارها به صورت دایره ای با حرف V در داخل آن نشان داده شده است.

برنج. 3. ولت مترهای مختلف و نامگذاری آنها بر روی نمودارها.

قبلاً همه ولت مترها ولت متر شماره گیری بودند و مقدار ولتاژ با یک فلش روی مقیاس ابزار با مقادیر دیجیتال چاپ شده روی آن نشان داده می شد. در حال حاضر اکثر این دستگاه ها با نمایشگر الکترونیکی (LED یا کریستال مایع) تولید می شوند. خود ولت متر نباید بر نتیجه اندازه گیری تأثیر بگذارد، بنابراین مقاومت خود آن بسیار بالا است به طوری که عملا هیچ بار (جریان الکتریکی) از آن عبور نمی کند.

ما چه آموخته ایم؟

بنابراین، ما آموختیم که ولتاژ الکتریکی یک کمیت فیزیکی است که کار نیروی میدان الکتریکی برای حرکت بارهای الکتریکی را مشخص می کند. ولتاژ می تواند ثابت یا متغیر باشد. ولت متر برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شود.

در مورد موضوع تست کنید

ارزیابی گزارش

امتیاز متوسط: 4.8. مجموع امتیازهای دریافتی: 26.

در این مقاله به طور مفصل تجزیه و تحلیل خواهیم کرد که ولتاژ چیست، چگونه به سادگی آن را نشان داده و اندازه گیری کنیم.

تعریف

ولتاژ یک نیروی محرکه الکتریکی است که الکترون های آزاد را از یک اتم به اتم دیگر در یک جهت هل می دهد.

در روزهای اولیه برق، ولتاژ به عنوان شناخته شده بود نیروی محرکه برقی(EMF). به همین دلیل است که در معادلاتی مانند ولتاژ با نماد نشان داده می شود E.

الساندرو ولتا

واحد پتانسیل الکتریکی ولت است که به افتخار الساندرو ولتا، فیزیکدان ایتالیایی که بین سال های 1745 تا 1827 زندگی می کرد، نامگذاری شده است.

الساندرو ولتا یکی از پیشگامان برق دینامیک بود. او در حین بررسی خواص اساسی الکتریسیته، اختراع کرد اولین باتری و درک الکتریسیته را عمیق تر کرد.

نمایش ولتاژ

ساده ترین راه برای درک ولتاژ، تصور فشار در یک لوله است. در ولتاژ (فشار) بالاتر جریان بالاتری جریان می یابد. در حالی که درک این نکته مهم است که ولتاژ (فشار) می تواند بدون جریان (جریان) وجود داشته باشد، جریان نمی تواند بدون ولتاژ (فشار) وجود داشته باشد.

ولتاژ را اغلب اختلاف پتانسیل می نامند، زیرا بین هر دو نقطه در مدار، انرژی پتانسیل الکترون ها تفاوت خواهد داشت. وقتی الکترون ها از باتری عبور می کنند، انرژی پتانسیل آنها افزایش می یابد، اما زمانی که از طریق یک لامپ عبور می کنند، انرژی پتانسیل آنها کاهش می یابد، این انرژی به صورت نور و گرما از مدار خارج می شود.

به عنوان مثال یک باتری معمولی 1.5 ولت AA را در نظر بگیرید، اختلاف پتانسیل 1.5 ولتی بین دو پایانه (+ و -) وجود دارد.

ولتاژ یا اختلاف پتانسیل صرفاً اندازه گیری مقدار انرژی (بر حسب ژول) در واحد بار (کولن) است. به عنوان مثال، در یک باتری AA 1.5 ولتی، هر کولن (شارژ) 1.5 ولت یا ژول انرژی دریافت می کند.

ولتاژ = [ژول ÷ کولن]

1 ولت = 1 ژول در هر کولن

100 ولت = 100 ژول در هر کولن

1 کولن = 6,200,000,000,000,000,000 الکترون (6.2 × 10 18)

چگونه ولتاژ اندازه گیری می شود؟

ما ولتاژ را در واحدهای "ولت" اندازه گیری می کنیم، که معمولاً به سادگی با حرف "V" در نقشه ها و ادبیات فنی مشخص می شوند. اغلب لازم است مقدار ولتاژ را کمی کنید، این کار بر اساس واحدهای SI انجام می شود، رایج ترین مقادیر ولتاژی که مشاهده خواهید کرد عبارتند از:

• مگا ولت (mV)
• کیلوولت (کیلو ولت)
• ولت (V)
• میلی ولت (mV)
• میکروولت (μV)

ولتاژ همیشه در دو نقطه با استفاده از دستگاهی به نام اندازه گیری می شود ولت متر. ولت مترها یا دیجیتال یا آنالوگ هستند که دومی دقیق ترین است. همانطور که در زیر نشان داده شده است معمولاً ولت مترها در مولتی مترهای دیجیتال دستی تعبیه می شوند و ابزاری رایج و اغلب ضروری برای هر برقکار یا مهندس برق هستند. معمولاً ولت مترهای آنالوگ را در تابلوهای برق قدیمی مانند تابلوهای توزیعو ژنراتورها، اما تقریباً تمام تجهیزات جدید با کنتورهای دیجیتال به صورت استاندارد عرضه خواهند شد.

بر نمودارهای الکتریکیدستگاه های ولت متری را خواهید دید که با حرف نشان داده شده اند V داخل دایرهمانند زیر:

محاسبه ولتاژ

در مدارهای الکتریکی می توان ولتاژ را بر اساس مثلث اهم. برای یافتن ولتاژ (V)، کافی است جریان (I) را در مقاومت (R) ضرب کنید.

ولتاژ (V) = جریان (I) * مقاومت (R)

V = I *R

مثال

جریان مدار (I) = 10 A
مقاومت مدار (R) = 2 اهم

ولتاژ (V) = 10 A * 2 Ohm

پاسخ: V = 20 ولت

خلاصه

• ولتاژ نیرویی است که الکترون ها را از یک اتم به اتم دیگر منتقل می کند
• ولتاژ به عنوان اختلاف پتانسیل نیز شناخته می شود
• ولتاژ با واحد "ولت" (V) اندازه گیری می شود.
• باتری ها انرژی پتانسیل الکترون ها را افزایش می دهند
• لامپ ها و بارهای دیگر انرژی پتانسیل الکترون ها را کاهش می دهند
• ولتاژ با استفاده از ولت متر اندازه گیری می شود
• ولتاژ مدار را می توان با ضرب جریان و مقاومت محاسبه کرد

اطلاعات کلی

اندازه گیری جریان و ولتاژ در مدارهای جریان مستقیم و متناوب طیف وسیعی از فرکانس ها و پالس ها انجام می شود.

بیشترین دقت اندازه گیری در به دست می آید زنجیرجریان مستقیم. هنگام اندازه گیری در مدارها جریان متناوبدقت اندازه گیری با افزایش فرکانس کاهش می یابد. در اینجا علاوه بر تخمین مقادیر ریشه میانگین مربع، میانگین تصحیح شده، میانگین و حداکثر، گاهی اوقات باید شکل سیگنال مورد مطالعه را مشاهده کرد و مقادیر لحظه ای جریان و ولتاژ را دانست.

کنتورهای جریان و ولتاژ، صرف نظر از هدفشان، باید هنگام روشن شدن، قوانین را زیر پا نگذارکار کردن مدار اندازه گیری شدههدف - شی؛ از یک خطای کوچک اندازه گیری اطمینان حاصل کنید، در حالی که تأثیر عوامل خارجی بر عملکرد دستگاه را حذف کنید، حساسیت اندازه گیری بالا در حد مطلوب، آمادگی سریع برای عملیات و قابلیت اطمینان بالا.

انتخاب ابزارهایی که اندازه گیری جریان و ولتاژ را انجام می دهند با ترکیبی از عوامل زیادی تعیین می شود که مهم ترین آنها عبارتند از: نوع جریان اندازه گیری می شود. محدوده فرکانس تقریبی محدوده کمیت و دامنه اندازه گیری شده؛ شکل منحنی ولتاژ (جریان) اندازه گیری شده؛ قدرت مداری که اندازه گیری در آن انجام می شود. مصرف برق دستگاه؛ خطای احتمالی اندازه گیری (الزامات برای دستگاه های خاص در زیر نشان داده خواهد شد).

اگر دقت اندازه گیری مورد نیاز، توان مصرفی مجاز و سایر الزامات توسط آمپرمترها و ولت مترهای گروه الکترومکانیکی قابل اطمینان باشد، باید ترجیح می دهنداین روش ساده شمارش مستقیم که در کم قدرتمدارهای DC و AC معمولا برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شوند الکترونیک دیجیتال و آنالوگولت متر در صورت نیاز به اندازه گیری ولتاژ با دقت بالاتر، باید از ابزارهایی استفاده کنید که عملکرد آنها بر اساس روش های مقایسه است، به ویژه روش کنتراست.

اندازه گیری جریان با استفاده از ارزیابی مستقیمآمپرمترهای آنالوگ و دیجیتال و همچنین غیر مستقیم. در این حالت ولتاژ در اندازه گیری می شود مقاومت مدلبا مقاومت شناخته شده برای مطالعه شکل و تعریف ارزش های آنیولتاژ و جریان اعمال می شود اسیلوسکوپ ها.

اندازه گیری ولتاژ در مدارهای DC

روش ارزیابی مستقیم هنگام استفاده از روش ارزیابی مستقیم، ولت متر به موازات بخشی از مدار که در آن ولتاژ باید اندازه گیری شود وصل می شود. هنگام اندازه گیری ولتاژ بار در مداری با منبع انرژی که emf و مقاومت داخلی , ولت متر به موازات بار وصل شده است (شکل 7.1). اگر مقاومت داخلی ولت متر , سپس خطای اندازه گیری ولتاژ نسبی زیر رخ خواهد داد:

جایی که - مقدار ولتاژ واقعی در بار قبل از روشن کردن ولت متر؛ - مقدار ولتاژ بار اندازه گیری شده .

نسبت مقاومت با نسبت مصرف برق ولت متر نسبت معکوس دارد به برق مدار , از همین رو

(7.2)

(هم در و هم در).

برای نزول کردنروش شناختی خطاهااندازه گیری ولتاژ قدرتمصرف ولت متر باید کوچک باشدو داخلی آن مقاومتعالی .

اندازه گیری ولتاژ در مدارهای جریان مستقیم را می توان با هر ولتاژ متری که بر روی جریان مستقیم کار می کند (ولت متر الکترونیکی مغناطیسی، الکترودینامیک، الکترومغناطیسی، الکترواستاتیک، آنالوگ و دیجیتال) انجام داد. انتخاب ولتاژ متر با قدرت جسم اندازه گیری و دقت مورد نیاز تعیین می شود. دامنهمحدوده ولتاژهای اندازه گیری شده از میکروولتتا ده کیلو ولتاگر شی اندازه گیری قدرتمند است، استفاده کنید الکترومکانیکیولت متر و توان مصرفی آنها در نظر گرفته نمی شود، اما اگر جسم اندازه گیری کم مصرف باشد، باید مصرف برق را در نظر گرفت یا از آنها استفاده می شود. الکترونیکیولت متر

روش های مقایسه. روش جبران (روش مخالفت)اندازه‌گیری شامل متعادل‌سازی است که با روشن کردن نشانگر تعادل یا دو ولتاژ الکتریکی غیرمرتبط اما با جهت مخالف یا emf یا دو جریان کنترل‌شده جداگانه انجام می‌شود. روش جبران برای مقایسه مستقیم ولتاژ یا emf، جریان و به طور غیرمستقیم برای اندازه گیری سایر کمیت های الکتریکی و همچنین غیر الکتریکی تبدیل شده به کمیت های الکتریکی استفاده می شود.

شکل 7.2 - مدار جبران ولتاژ

درخواست دادن نمودارهای زیرجبران: الف) ولتاژ یا EMF (شکل 7.2). ب) جریان های الکتریکی (شکل 7.3).

نمودار نشان داده شده در شکل. 7.2، رایج ترین. حاوی ولتاژ اندازه گیری شده است با یک علامت مساوی اما مخالف ولتاژ شناخته شده جبران می شود . افت ولتاژ توسط جریانی در مقاومت مرجع جبران کننده ایجاد می شود که مقدار آن متفاوت است . تغییر دادن اتفاق می افتد تا زمانی که برابر نخواهد بود . لحظه جبران با عدم وجود جریان در مدار گالوانومتر مغناطیسی تعیین می شود. در این حالت هیچ برقی از جسم اندازه گیری مصرف نمی شود.

شکل 7.3 - مدار جبران جریان

روش جبران دقت اندازه گیری بالا را تضمین می کند.

دستگاه های مورد استفاده برای انجام اندازه گیری ها با استفاده از روش جبران نامیده می شوند پتانسیومترهایا جبران کننده هادر مدارهای جبران کننده عملی، برای اطمینان از دقت اندازه گیری مورد نیاز، جریان در مدار عملیاتی نه با آمپرمتر ارزیابی مستقیم، بلکه با یک روش جبرانی با استفاده از یک EMF استاندارد یک عنصر معمولی تعیین می شود. المان های معمولی یک EMF ثابت زمانی برابر با 1.01865 ولت در دمای 20 درجه سانتیگراد، مقاومت داخلی 500-1000 اهم و جریان اضافه بار 1 μA را ارائه می دهند. با تغییر دما محیطمقدار EMF برای هر درجه افزایش دما کاهش می یابد:

جایی که - EMF در دما؛ - EMF در 20 ثانیه w:space="720"/>"> ;.

مدار جبران کننده در شکل نشان داده شده است. 75. حاوی منبع emf کمکی است. برای تغذیه مدار کار، که شامل تنظیم است , جبران کننده و نمونه مقاومت. به گیره ها NEیک عنصر معمولی که emf آن را وصل کنید , به گیره ها ایکس - EMF مورد نظر . یک گالوانومتر مغناطیسی بسیار حساس به عنوان شاخص تعادل استفاده می شود. جی.هنگام کار با یک جبران کننده، دو عملیات انجام می شود:

1) با استفاده از منبع EMF کمکی (موقعیت) جریان را در مدار کار جبران کننده تنظیم کنید 1 تعویض که در)؛

2) EMF مورد نظر را اندازه گیری کنید (موقعیت 2 تعویض که در).

شکل 7.4 - مدار جبران کننده

برای تنظیم جریان عملیاتی، ابتدا دمای محیط تعیین می شود، سپس مقدار دقیق EMF یک عنصر معمولی برای دمای معین با استفاده از (7.3) محاسبه می شود. سپس مقاومت نمونه را تنظیم کنید , مقدار آن بسته به مقادیر جریان در مدار عملیاتی و emf در دما انتخاب می شود (مقاومت متشکل از یک سیم پیچ با مقدار مقاومت ثابت و یک دهه دما که به صورت سری به آن متصل است). سپس سوئیچ کنید که دردر موقعیت قرار دادن 1 و EMF یک عنصر معمولی با افت ولتاژ مخالف است که با تغییر مقدار جریان در مدار عملکرد با یک مقاومت تنظیم می شود. . گشتاور جبرانی مربوط به انحراف صفر گالوانومتر است , یعنی .

پس از تعیین جریان عملیاتی برای اندازه گیری تعویض که دردر موقعیت قرار دادن 2 و تنظیم مقاومت جبران کننده نمونه جریان در مدار گالوانومتر به صفر برمی گردد . سپس

جایی که من- مقدار فعلی در موقعیت تنظیم شده است 1 تعویض که در؛ - مقدار مقاومت جبران کننده مثالی که در آن حالت تعادل رخ می دهد.

مقاومت طبق مدارهای خاصی انجام می شود که مقاومت ثابتی را بین نقاط ایجاد می کند 3, 4 و مقاومت متغیر بین نقاط 3، D،و همچنین تعداد کاراکترهای مورد نیاز و دقت شمارش.

شرایط مشخص شده توسط مدارهای با جایگزینی (شکل 7.5) و دهه شنت (شکل 7.6) برآورده می شود. در طرحی با دهه‌های جایگزین، تمام بخش‌های دهه‌های بالا به طور کامل توسط بخش‌های مربوط به دهه‌های پایین کپی می‌شوند. سوئیچ های دو دهه یکسان به صورت مکانیکی وصل شده اند. هنگام حرکت سوئیچ ها، مقاومت کل بدون تغییر باقی می ماند: اگر مقادیر مقاومت دهه های بالا کاهش یابد، مقادیر مقاومت دهه های پایین افزایش می یابد و بالعکس. ولتاژ جبرانی را می توان از دهه های بالا یا پایین حذف کرد. هر دهه بعدی دارای مقاومت مقطع ده برابر کمتر از دهه قبل است. در مداری با دهه های شنت، در هر موقعیت کلیدهای دوتایی، یک بخش از دهه بالایی توسط 9 بخش از دهه پایینی با مقاومت کلی بین نقاط شنت می شود. 3 و 4 (شکل 7.4 را ببینید) بدون تغییر باقی می ماند. جریان عبوری از مقاطع مقاومت دهه پایین ده برابر کمتر از جریان عبوری از مقاطع مقاومت دهه بالایی است، یعنی.

شکل 7.5 - طرح با دهه های جایگزین

ولتاژ جبرانی را می توان به صورت زیر تعریف کرد:

جایی که , - به ترتیب، تعداد بخش های شامل دهه های بالا و پایین. , - افت ولتاژ در بخش های جداگانه دهه های مربوطه.

گزینه های مقاومت در نظر گرفته شده است عدم تغییر آن را تضمین کند معنی کاملو در نتیجه جریان ثابت در لحظه جبران، اگر EMF منبع کمکی باشد.

شکل 7.6 - طرح با دهه های شانت

بسته به مقدار مقاومت مدار کار، بین جبران کننده های DC با مقاومت بالا (مقاومت بالا 10-40 کیلو اهم، جریان مدار عملیاتی، ترتیب ولتاژ اندازه گیری شده 1-2.5 ولت، خطای اندازه گیری 0.02٪ از مقدار اندازه گیری شده) تمایز قائل می شود. ) و مقاومت کم (مقاومت کم 10 -1000 اهم؛ جریان مدار عملیاتی، سفارش ولتاژ اندازه گیری شده تا 100 میلی ولت، خطای اندازه گیری 0.6٪ از مقدار اندازه گیری شده).

طراحی مدار و طراحی جبران کننده های DC ممکن است متفاوت باشد.

جبران کننده های مقاومت بالا برای آزمایش ولت مترهای مغناطیسی و الکترودینامیکی برای گسترش محدودیت های اندازه گیری ولتاژ استفاده می شوند، جبران کننده ها از تقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی بالا با شیرهایی از قسمت های خاص استفاده می کنند که باعث می شود ولتاژ اندازه گیری شده کاهش یابد. بار (10، 100، 1000) تا یک مقدار نزدیک به حد بالای اندازه گیری جبران کننده. هنگام استفاده از یک تقسیم کننده ولتاژ، مقداری توان از جسم اندازه گیری مصرف می شود، یعنی یکی از مزایای اصلی روش جبران از بین می رود.

هنگام اندازه گیری منابع EMFبا مقاومت داخلی یا ولتاژهای زیاد در مدارهای با مقاومت بالا، مقاومت ورودی ولت مترهای مغناطیسی و الکترونیکی ممکن است به اندازه کافی بزرگ نباشد، بنابراین توصیه می شود از روش دیفرانسیل یا جبران استفاده کنید.

شکل 7.7 - مدار اندازه گیری ولتاژ DC با استفاده از روش دیفرانسیل

روش دیفرانسیلبر اساس اندازه گیری اختلاف بین ولتاژ اندازه گیری شده و مرجع با جبران ناقص آنها است. طرح اندازه گیری در شکل نشان داده شده است. 7.7. ولت متر الکترونیکی با مقاومت بالا با یک حد حساس برای اندازه گیری اختلاف ولتاژ بین اندازه گیری شده استفاده می شود و ولتاژهای نمونه ولت متر آنالوگ یا دیجیتال مغناطیسی برای اندازه گیری ولتاژ مرجع استفاده می شود . توصیه می شود با ولت متر اندازه گیری کنید ارزش تقریبی , و تنها پس از آن ولتاژ مناسب برای خواندن را با استفاده از ولت متر تنظیم کنید . ولتاژ اندازه گیری شده با قطبیت مشخص شده روشن شدن ولت متر به صورت .

روش دیفرانسیل دقت بالایی در اندازه گیری ولتاژ فراهم می کند. خطای اندازه گیری عمدتاً با خطای اندازه گیری ولت متر تعیین می شود .

امپدانس ورودی مدار

و بسیار بالاتر از امپدانس ورودی ولت متر

جبران کننده های گالوانومتریبرای اندازه گیری ولتاژهای DC کوچک (از مرتبه V) استفاده می شود. عناصر اصلی جبران کننده گالوانومتری (شکل 7.8) عبارتند از: مکانیسم اندازه گیری گالوانومتر آینه مغناطیسی الکتریک , مقاومت مرجع بازخورد , مقاومت نوری و , منابع ولتاژ DC با , میکرو آمپرمتر مغناطیسی روی آینه گالوانومتر پرتو نور از کانون توجه هدایت می شود و غیره.زمانی که ولتاژ وجود ندارد یک پرتو نور منعکس شده از آینه به همان اندازه مقاومت نوری را روشن می کند و در نتیجه جریان ایجاد می کند. هنگامی که به ورودی یک متر ولتاژ اعمال می شود در مدار گالوانومتر جریان ظاهر می شود , قسمت متحرک گالوانومتر در یک زاویه مشخص می چرخد ​​و نور مقاومت های نوری دوباره توزیع می شود و مقاومت آنها تغییر می کند. مطابق نمودار برای اتصال مقاومت نوری و قطبیت مقاومت مقاومت نوری کاهش خواهد یافت، الف افزایش خواهد یافت. از طریق یک مقاومت جریان جاری خواهد شد , ایجاد در ولتاژ جبرانی , تقریبا برابر با ولتاژ اندازه گیری شده است . ارزش فعلی بسته به تغییرات ولتاژ اندازه گیری شده به طور خودکار تغییر می کند , اما همیشه شرط برقرار است , با تغییرات کوچک در جریان ایجاد می شود در مدار گالوانومتر:

هرچه گالوانومتر حساس تر باشد، تغییرات کوچکتر است یک تغییر متناظر در جریان لازم برای تحقق شرط وجود خواهد داشت .

افزایش حساسیت از طریق استفاده از یک طراحی خاص از گالوانومتر به دست می آید که حداکثر زاویه چرخش قسمت متحرک را در جریان های مرتبه بزرگی فراهم می کند.

جبران کننده ارزش فعلی بستگی به مقادیر دارد , تغییر نسبی در مقاومت نوری و می تواند به چندین ده میکرو آمپر برسد.

شکل 7.8 - نمودار یک جبران کننده گالوانومتری

جبران کننده گالوانیکی دارای حساسیت بالا با مقاومت ورودی بالا است.

جبران کننده های الکترومتری- ولتاژ سنج با استفاده از الکترومتر الکترومکانیکی و دارای مقاومت ورودی بسیار بالا (). آنها ساده و آسان برای استفاده هستند. الکترومتر الکترومکانیکی یک مکانیسم اندازه گیری الکترواستاتیک حساس است که بخش متحرک سبک وزن آن توسط یک نخ الاستیک نازک آویزان شده است. این مکانیسم از یک نشانگر نوری از موقعیت قطعه متحرک استفاده می کند. نمودار جبران کننده الکترومتری در شکل نشان داده شده است. 7.9، که در آن یک الکترومتر الکتریکی از دو صفحه ثابت تشکیل شده است 1, 2 و آستر متحرک 3, به طور متقارن نسبت به موارد ثابت قرار دارد. یک آینه مینیاتوری به پوشش متحرک وصل شده است. ولتاژ تحریک به صفحات ثابت اعمال می شود , که امکان افزایش حساسیت و قابلیت تنظیم صفر قرائت الکتریکی (با پایانه های بسته با استفاده از یک مقاومت متغیر) را ممکن می سازد. .

اصل عملکرد یک جبران کننده الکترومتری مشابه عملکرد یک جبران کننده گالوانومتری است.

هنگام اتصال ولتاژ اندازه گیری شده، قسمت متحرک الکترومتر Eدر یک زاویه خاص می چرخد، که منجر به توزیع مجدد شارهای نوری می شود که مقاومت های نوری را روشن می کند. و به ظاهر جریان جبرانی و بر این اساس، ولتاژ , متعادل کردن ولتاژ اندازه گیری شده . قسمت متحرک الکترومتر تا زمانی که ولتاژها برابر شوند منحرف می شود . از آنجایی که مقاومت مقاومت فیدبک R Kممکن است ناچیز باشد، در این صورت جریان می تواند نسبتاً زیاد باشد و با یک میکرو آمپرمتر اندازه گیری شود. جریان ورودی جبران کننده توسط جریان های نشتی تعیین می شود، بنابراین کوچک است و بنابراین مقاومت ورودی بالا (اهم) است. علاوه بر ولتاژ سنج ها، کنتورهای جریان الکترومتری بسیار حساس نیز ساخته می شود.

شکل 7.9 - نمودار یک جبران کننده الکترومتری

اندازه گیری جریان DC

روش ارزیابی مستقیم. آمپرمتر به صورت سری به مدار باز مدار مورد آزمایش متصل می شود.

اتصال سری آمپرمتر با مقاومت داخلی در یک مدار با منبع EMF و مقاومت (مقاومت بار و منبع) منجر به افزایش مقاومت کل و کاهش جریان جریان در مدار می شود.

خطای مربوطه اندازه گیری های فعلی

مقدار واقعی جریان در مدار قبل از روشن شدن آمپرمتر کجاست. - مقدار اندازه گیری شده جریان در مدار .

نسبت مقاومت را می توان با نسبت توان جایگزین کرد و مصرف آمپرمتر و خود مدار به ترتیب:

خطای اندازه گیری موضوع کمتر،کمتر قدرتمصرف آمپر متردر مقایسه با قدرتمصرف زنجیر , که در آن اندازه گیری انجام می شود. بنابراین، آمپرمتر متصل به صورت سری به مدار اندازه گیری باید کم دارندمقاومت، یعنی

دامنه مقادیر جریان های مستقیم، که اندازه گیری آن در زمینه های مختلف فناوری با آن مواجه می شود، بسیار زیاد است (از جریان A تا ده ها و صدها هزارآمپر). بنابراین، به طور طبیعی مواد و روش هاو امکاناتاندازه گیری ها آنها متفاوتند.

اندازه گیری جریان DC را می توان با هر متر DC انجام داد:آمپرمترهای الکترونیکی مغناطیسی الکتریک، الکترودینامیکی، آنالوگ و دیجیتال. در صورت نیاز به اندازه گیری جریان های بسیار کوچک، به طور قابل توجهی کمتر از کل جریان انحراف، مغناطیس الکتریکمتر، دومی در ارتباط با تقویت کننده DC استفاده می شود. تقویت جریان را می توان با روشن کردن ترانزیستورهای دوقطبی با توجه به مدار با قطره چکان مشترک (EC)، که امپدانس ورودی پایینی را برای تقویت کننده فراهم می کند.

جریان A را می توان مستقیماً با استفاده از گالوانومترهای آینه ای مغناطیسی بسیار حساس و جبران کننده های گالوانومتری اندازه گیری کرد.

اندازه گیری جریان غیر مستقیمبجز اندازه گیری مستقیمجریان با آمپرمتر امکان پذیر است اندازه گیری غیر مستقیمجریان با استفاده از مقاومت های نمونه موجود در مدار باز و ولتاژ سنج های بسیار حساس. جریان اندازه گیری شده تعیین می شود , افت ولتاژ در مقاومت مرجع کجاست , توسط یک ولت متر، جبران کننده DC اندازه گیری می شود.

برای به دست آوردن حداقل خطاهای اندازه گیری، مقاومت مقاومت باید بسیار کمتر از مقاومت مداری باشد که جریان در آن اندازه گیری می شود.

در مبدل های جریان به ولتاژ مقاومتیاز مقاومت‌های با مقاومت بالا استفاده می‌شود که مقدار مقاومت آن‌ها به جریان عبوری از مقاومت بستگی دارد و در طول زمان تحت تأثیر دما، رطوبت و غیره تغییر می‌کند. مقادیر مقاومت اسمی مقاومت‌های تولیدی با مقاومت بالا تا اهم به میزان قابل توجهی است. به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد، ضریب دما تا چندین درصد در سال تغییر می کند.

در یک باند فرکانس باریک، یک مقاومت با مقاومت بالا را می توان به صورت نمایش داد اتصال موازیمقاومت و ظرفیت (در حد یک دهم پیکوفاراد).

در مبدل های جریان به ولتاژ خازنینرخ تغییر ولتاژ) از خازن هایی با عایق با کیفیت بالا یا خازن های هوای ویژه استفاده کنید. خطای تبدیل با خطای اندازه گیری ظرفیت خازن و تغییر در ظرفیت در طول انباشت بار تحت تأثیر قطبش آهسته دی الکتریک تعیین می شود، بنابراین ظرفیت خازن به فرکانس جریان اندازه گیری شده بستگی دارد. یک خازن در معرض همان منابع نویز جریان و ولتاژی است که یک مقاومت. مقاومت شنت خازن به اهم می رسد.

در مبدل های لگاریتمی جریان به ولتاژدستگاه های خلاء الکتریکی و نیمه هادی با مشخصه جریان-ولتاژ توصیف شده توسط یک وابستگی لگاریتمی استفاده می شود. مقاومت عنصر لگاریتمی تحت تأثیر جریان اندازه گیری شده به گونه ای تغییر می کند که افزایش ولتاژ مطلق در همان افزایش جریان نسبی بدون تغییر باقی می ماند. بسته به نوع عنصر لگاریتمی و حالت عملکرد آن، افزایش ولتاژ در هر دهه جریان از 50 میلی ولت تا چندین ولت متغیر است. رفتار یک عنصر لگاریتمی به عنوان یک مبدل جریان به ولتاژ کوچک را می توان با مشخصه جریان-ولتاژ آن به طور کامل توصیف کرد. عنصر لگاریتمی توسط مقاومت عایق و ظرفیت بین الکترودها شنت می شود. تأثیر مقاومت شنت در اعوجاج مشخصه جریان-ولتاژ آشکار می شود. باند فرکانس کاری مبدل توسط ظرفیت عنصر لگاریتمی تعیین می شود.

کنتورهای جریان کم با مبدل های جریان به ولتاژ مقاومتی و خازنی برای تقویت ولتاژ خروجی مبدل لازم برای عملکرد دستگاه های نشانگر یا ضبط استفاده می شود. الکترومتریتقویت کننده ها (EMU). مدار ورودی EMU را می توان با مقاومت ورودی، ظرفیت ورودی، منبع ولتاژ نویز معادل مشخص کرد. و منبع معادل جریان تداخل .

افزایش قابل توجه امپدانس ورودی EMUبه دست آمده از طریق استفاده از مکانیسم های اندازه گیری الکترواستاتیک، لامپ های الکترومتری (با جریان شبکه تا A)، خازن های دینامیکی (مبدل ارتعاش خازنی ولتاژ مستقیم به ولتاژ فرکانس بالا) در مرحله ورودی. واریس(خازن های کنترل شده نیمه هادی)؛ MOP- ترانزیستورها ( ترانزیستورهای اثر میدانیبا دروازه عایق)؛ فرودی الکتریک.

فروالکتریک- دسته ای از دی الکتریک ها که در غیاب میدان الکتریکی خارجی، الکتریکی شدن را نشان می دهند.

اگر بردارهای قطبش را با فلش نشان دهید، می توانید به صورت شماتیک نمایش دهید

بدون حاشیه خارجی