Схема прибора для измерения напряжения до 25 кВ

September 16, 2012 by admin Комментировать »

   Для измерения высокого напряжения в телевизорах, видеомагнитофонах, ионизаторах воздуха, электрорентгенографических аппаратах типа ЭРГА-МП и других устройствах можно воспользоваться киловольтметром, схема которого приведена на рис. 74, а. Он состоит из микроамперметра Р1 и добавочных резисторов R1—R3. Верхние пределы измерения киловольтметра 25, 10 и 5 кВ.

   В киловольтметре применен микроамперметр типа М24 с током полного отклонения 50 мкА. Его внутреннее сопротивление 1731 Ом. Добавочные резисторы — КЭВ (композиционные эмалировадные высоковольтные). В приборе можно использовать и резисторы МЛ Т-2, но с таким расчетом, чтобы на каждый из них падало напряжение не более 1,5—2 кВ. Следует отметить, что при использовании микроамперметра с током полного отклонения, большим чем 100 мкА, происходит заметное шунтирование киловольтметром измеряемой цепи, что приводит к заниженным результатам измерения. Переключение пределов измерений осуществляется с помощью кабеля со штекером в гнездах .25, 10, 5 кВ.

   Рис. 74. Прибор для измерения напряжения до 25 кВ

   Все детали киловольтметра, в том числе и микроамперметр, размещены в корпусе размером 130 X 120X 25 мм (рис. 74, б), изготовленном из прозрачного органического стекла толщиной 5 мм. Для подключения прибора к высоковольтным устройствам используют Кабель ПРМПВ (рассчитан на напряжение 30 кВ) и монтажный провод МГШВ (для подключения к корпусу проверяемого устройства). Все резисторы размещены на плате из органического стекла и прикреплены к микроамперметру. Конденсатор С1 предназначен для прохождения переменных составляющих.

   При измерениях киловольтметр следует подключать и отключать только при выключенных высоковольтных устройствах. Например: вывод корпуса подключают к телевизору первым, а отключают последним. Необходимо помнить, что на аноде кинескопа, даже после выключения телевизора, электрический заряд сохраняется длительное время.

nauchebe.net

Измерение высокого напряжения

Измерения токов высокого напряжения в домашних условиях, при конструировании высоковольтных схем – весьма затруднительное дело. Объясняется это тем, что большинство любительской измерительной техники позволяет измерять диапазон напряжения от 0 до 1000 вольт. Это очень мало, когда требуется измерение токов напряжением более 5кВ. Для изготовления такого измерительного прибора нам потребуется стрелочный индикатор, соединительные провода, каркас для катушки, высоковольтный провод длиной не менее 2 метров, зажимы типа «крокодил», обмоточный провод, корпус прибора, переменный резистор.

Каркас лучше всего использовать пластмассовый или деревянный со щечками, чтобы провод не съезжал. Диаметр отверстия каркаса должен быть таким, чтобы можно было протянуть 4 высоковольтных провода. Намотайте в навал не менее 1000 витков провода как можно меньшего диаметра, в моем случае это был провод 0.125мм. После намотки погрузите катушку в расплавленный парафин и подержите не менее 5 минут. В идеале залейте катушку эпоксидной смолой, предварительно припаяв выводы из толстого провода для подключения к вольтметру. Пока не застыла эпоксидная смола, обязательно проверьте пробником на разрыв катушку. После высыхания катушки намотайте на каркас трансформаторную бумагу, фторопластовую ленту или другой хороший изолятор. Сверху намотайте соединительный провод (можно многожильный) диаметром не менее 1мм в один слой, не менее 10 витков. К выводам первой катушки с большим количеством витков следует припаять отрезки высоковольтного провода с зажимами на конце. А к соединительному проводу, которым намотана вторая обмотка, припаивается стрелочный индикатор. В разрыв одного из проводов следует включить переменный резистор. Устройство собирается в подходящий корпус, предварительно залив эпоксидной смолой все соединения. Особое внимание следует обратить на вводные отверстия высоковольтного кабеля, изолировав их кусками толстого резинового шланга. Для калибровки прибора следует включить его в цепь переменного тока 110 вольт. Резистор при этом поставить в среднее сопротивление. Прибор покажет определенное значение. Резистором выставите стрелку на «0». Затем включите его в цепь питания 220 вольт и измерьте расстояние отклонения стрелки прибора от «0» до текущего значения. Предположим, что оно равно «1», соответственно шаг прибора в одну единицу соответствует увеличению напряжения на 110 вольт. Прибор готов к работе. Важно правильно откалибровать прибор. В идеале следует иметь источник питания с регулятором напряжения и отградуировать шкалу прибора по нему. Однако у такого прибора есть недостаток, он работает только в том случае, если он включен в цепь. Если требуется бесконтактно измерить напряжение в цепи, то обычно пользуются токовыми клещами. Однако они в большинстве совсем рассчитаны на напряжение не более 1000 вольт. В таком случае рекомендуется растянуть шкалу прибора установкой внутри него дополнительного сопротивления. Но есть и более простой способ. – изготовить насадку на кабель, как в токовых клещах. Это достаточно трудоемкое дело, однако оно себя оправдает. Возьмите сердечник трансформатора с большим зазором. Не разбирая сердечник – отпилите отрезным кругом часть сердечника на обоих его половинах так, как показано на рисунке. Затем соединить скобой две половины сердечника. После этого следует намотать на сердечник толстый соединительный провод в качестве второй обмотки. Лучше всего использовать одножильный провод в изоляции. После намотки зафиксируйте провод суперклеем или эпоксидной смолой. Затем разрежьте его по лини скрепления обоих половинок сердечника. Концы облудите. Важно, чтобы во время того, когда половинки скреплены – был хороший контакт на всех соединениях. Обязательно следует надрезать провод и с другой стороны вырезав при этом примерно 0.5см и заменив провод гибкими проводниками. В противном случае сердечник не будет открываться. Изготовленный измерительный прибор, подключите к стрелочному индикатору и произведите калибровку как указано выше.

ВНИМАНИЕ! С данным прибором следует работать только соблюдая правила техники безопасности. Существует риск поражения электрическим током, что может закончиться травмами и даже смертью! Помните, что работа на электроустановках разрешается толкьо при соблюдении правил ТБ, соответсвующего допуска и оборудования. Данный прибор не может быть использован для измерения напряжения в промышленных установках, так как не обладает должной защитой от случайного удара током. Данный материал дан в ознакомительных целях, автор не несет отвественности за последствия, вызванные использованием данного измерительного устройства непрофессионалом и в непригодных для этого местах! Будьте внимательны и осторожны при работе с оборудованием, находящимся под напряжением и не используйте самодельные измерительные приборы! Не собирайте это устройство, если у Вас нет опыта работы с высоковольтным оборудованием!

Автор: Орлов Сергей

konvenat.ru

Прибор для измерения напряжения. Как измерить напряжение мультиметром

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Основной единицей измерения электрического напряжения является вольт. В зависимости от величины напряжение может измеряться в вольтах (В), киловольтах (1 кВ = 1000 В), милливольтах (1 мВ = 0,001 В), микровольтах (1 мкВ = 0,001мВ = 0,000001 В). На практике, чаще всего, приходится сталкиваться с вольтами и милливольтами.

Существует два основных вида напряжений – постоянное и переменное. Источником постоянного напряжения служат батареи, аккумуляторы. Источником переменного напряжения может служить, например, напряжение в электрической сети квартиры или дома.

Для измерения напряжения используют

вольтметр. Вольтметры бывают стрелочные (аналоговые) и цифровые.

На сегодняшний день стрелочные вольтметры уступают пальму первенства цифровым, так как вторые более удобны в эксплуатации. Если при измерении стрелочным вольтметром показания напряжения приходится вычислять по шкале, то у цифрового результат измерения сразу высвечивается на индикаторе. Да и по габаритам стрелочный прибор проигрывает цифровому.

Но это не значит, что стрелочные приборы совсем не применяются. Есть некоторые процессы, которые цифровым прибором увидеть нельзя, поэтому стрелочные больше применяются на промышленных предприятиях, лабораториях, ремонтных мастерских и т.п.

На электрических принципиальных схемах вольтметр обозначается кружком с заглавной латинской буквой «V» внутри. Рядом с условным обозначением вольтметра указывается его буквенное обозначение «PU» и порядковый номер в схеме. Например. Если вольтметров в схеме будет два, то около первого пишут «PU 1», а около второго «PU 2».

При измерении постоянного напряжения на схеме указывается полярность подключения вольтметра, если же измеряется переменное напряжение, то полярность подключения не указывается.

Напряжение измеряют между двумя точками схемы: в электронных схемах между плюсовым и минусовым полюсами, в электрических схемах между фазой и нулем. Вольтметр подключают параллельно источнику напряжения или параллельно участку цепи — резистору, лампе или другой нагрузке, на которой необходимо измерить напряжение:

Рассмотрим подключение вольтметра: на верхней схеме напряжение измеряется на лампе HL1 и одновременно на источнике питания GB1. На нижней схеме напряжение измеряется на лампе HL1 и резисторе R1.

Перед тем, как измерить напряжение, определяют его вид и приблизительную величину. Дело в том, что у вольтметров измерительная часть рассчитана только для одного вида напряжения, и от этого результаты измерений получаются разными. Вольтметр для измерения постоянного напряжения не видит переменное, а вольтметр для переменного напряжения наоборот, постоянное напряжение измерить сможет, но его показания будут не точными.

Знать приблизительную величину измеряемого напряжения также необходимо, так как вольтметры работают в строго определенном диапазоне напряжений, и если ошибиться с выбором диапазона или величиной, прибор можно повредить. Например. Диапазон измерения вольтметра составляет 0…100 Вольт, значит, напряжение можно измерять только в этих пределах, так как при измерении напряжения выше 100 Вольт прибор выйдет из строя.

Помимо приборов, измеряющих только один параметр (напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота), существуют многофункциональные, в которых заложено измерение всех этих параметров в одном приборе. Такой прибор называется тестер (в основном это стрелочные измерительные приборы) или цифровой мультиметр.

На тестере останавливаться не будем, это тема другой статьи, а сразу перейдем к цифровому мультиметру. В основной своей массе мультиметры могут измерять два вида напряжения в пределах 0…1000 Вольт. Для удобства измерения оба напряжения разделены на два сектора, а в секторах на поддиапазоны: у постоянного напряжения поддиапазонов пять, у переменного — два.

У каждого поддиапазона есть свой максимальный предел измерения, который обозначен цифровым значением: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. Например. На пределе «200V» измеряется напряжение, находящееся в диапазоне 0…200 Вольт.

Теперь сам процесс измерения.

1. Измерение постоянного напряжения.

Вначале определяемся с видом измеряемого напряжения (постоянное или переменное) и переводим переключатель в нужный сектор. Для примера возьмем пальчиковую батарейку, постоянное напряжение которой составляет 1,5 Вольта. Выбираем сектор постоянного напряжения, а в нем предел измерения «2V», диапазон измерения которого составляет 0…2 Вольта.

Измерительные щупы должны быть вставлены в гнезда, как показано на нижнем рисунке:

красный щуп принято называть плюсовым, и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых параметров: «VΩmA»;
черный щуп называют минусовым или общим и вставляется он в гнездо, напротив которого стоит значок «СОМ». Относительно этого щупа производятся все измерения.

Плюсовым щупом касаемся положительного полюса батарейки, а минусовым — отрицательного. Результат измерения 1,59 Вольта сразу виден на индикаторе мультиметра. Как видите, все очень просто.

Теперь еще нюанс. Если на батарейке щупы поменять местами, то перед единицей появится знак минуса, сигнализирующий, что перепутана полярность подключения мультиметра. Знак минуса бывает очень удобен в процессе наладке электронных схем, когда на плате нужно определить плюсовую или минусовую шины.

Ну а теперь рассмотрим вариант, когда величина напряжения неизвестна. В качестве источника напряжения оставим пальчиковую батарейку.

Допустим, мы не знаем напряжение батарейки, и чтобы не сжечь прибор измерение начинаем с самого максимального предела «600V», что соответствует диапазону измерения 0…600 Вольт. Щупами мультиметра касаемся полюсов батарейки и на индикаторе видим результат измерения, равный «001». Эти цифры говорят о том, что напряжения нет или его величина слишком мала, или выбран слишком большой диапазон измерения.

Опускаемся ниже. Переключатель переводим в положение «200V», что соответствует диапазону 0…200 Вольт, и щупами касаемся полюсов батарейки. На индикаторе появились показания равные «01,5». В принципе этих показаний уже достаточно, чтобы сказать, что напряжение пальчиковой батарейки составляет 1,5 Вольта.

Однако нолик, стоящий впереди, предлагает снизиться еще на предел ниже и точнее измерить напряжение. Снижаемся на предел «20V», что соответствует диапазону 0…20 Вольт, и снова производим измерение. На индикаторе высветились показания «1,58». Теперь можно с точностью сказать, что напряжение пальчиковой батарейки составляет 1,58 Вольта.

Вот таким образом, не зная величину напряжения, находят ее, постепенно снижаясь от высокого предела измерения к низкому.

Также бывают ситуации, когда при измерении в левом углу индикатора высвечивается единица «1». Единица сигнализирует о том, что измеряемое напряжение или ток выше выбранного предела измерения. Например. Если на пределе «2V» измерить напряжение равное 3 Вольта, то на индикаторе появится единица, так как диапазон измерения этого предела всего 0…2 Вольта.

Остался еще один предел «200m» с диапазоном измерения 0…200 mV. Этот предел предназначен для измерения совсем маленьких напряжений (милливольт), с которыми иногда приходится сталкиваться при наладке какой-нибудь радиолюбительской конструкции.

2. Измерение переменного напряжения.

Процесс измерения переменного напряжения ни чем не отличается от измерения постоянного. Отличие состоит лишь в том, что для переменного напряжения соблюдать полярность щупов не требуется.

Сектор переменного напряжения разбит на два поддиапазона 200V и 600V.
На пределе «200V» можно измерять, например, выходное напряжение вторичных обмоток понижающих трансформаторов, либо любое другое находящееся в диапазоне 0…200 Вольт. На пределе «600V» можно измерять напряжения 220 В, 380 В, 440 В или любое другое находящееся в диапазоне 0…600 Вольт.

В качестве примера измерим напряжение домашней сети 220 Вольт.
Переводим переключатель в положение «600V» и щупы мультиметра вставляем в розетку. На индикаторе сразу появился результат измерения 229 Вольт. Как видите, все очень просто.

И еще один момент.
Перед измерением высоких напряжений ВСЕГДА лишний раз убеждайтесь в исправности изоляции щупов и проводов вольтметра или мультиметра, а также дополнительно проверяйте выбранный предел измерения. И только после всех этих операций производите измерения. Этим Вы убережете себя и прибор от неожиданных сюрпризов.

А если что осталось не понятно, то посмотрите видеоролик, где показано измерение напряжения и силы тока с помощью мультиметра.

Как Вы убедились, измерить напряжение мультиметром не так уж и сложно. Главное понимать что, где и как. И в заключении хочу предложить Вам прочитать статью прибор для измерения силы тока, как измерить силу тока мультиметром.
Удачи!

sesaga.ru

как называется электрический прибор для измерения ЭДС

Ток, проходящий в проводнике, имеет определённую электродвижущую силу. Когда возникает необходимость определить её значение на отдельно выбранном участке цепи, используют измеритель напряжения. Единицей измерения принято считать вольт, а прибор получил название вольтметр. Этот аппарат широко применяется в промышленности, научных исследованиях и повседневном быте человека.

Классификация и принцип действия

Чтобы лучше понять, каким прибором измеряется напряжение и почему он так называется, стоит обратиться к физике. По определению — это сила, которая действует на электроны и заставляет их перемещаться в одном или в разных направлениях. Единица измерения — вольт.

Вольтметры используются людьми в различных сферах деятельности. Существует множество разновидностей и модификаций этого устройства. В зависимости от конструктивных особенностей и области применения, приборы для измерения электрического напряжения классифицируются по трём основным параметрам:

  1. Принцип действия. Электромеханические и электронные.
  2. Назначение. Постоянного и переменного тока, импульсные и фазочувствительные, а также селективные и универсальные.
  3. Конструкция и применение. Стационарные, переносные и щитовые.

Принцип действия электромеханических вольтметров основывается на изменении магнитного поля. Ток проходит через обмотку, что приводит к возникновению электромагнитного поля. В результате этого стрелка, насаженная на ось с постоянным магнитом, отклоняется и показывает значение электродвижущей силы (ЭДС).

Электронные приборы также могут иметь стрелку. В корпусе находится преобразователь переменного тока в постоянный, а отклонение указателя происходит под действием детектора напряжения.

Цифровые измерители отображают информацию на жидкокристаллическом дисплее. Их работа основана на микросхеме и преобразователе сигнала.

Виды измерителей напряжения

Вольтметр для измерения напряжения в цепи постоянного тока имеет маркировку В2. Применяется в качестве тестера для проводки и электроприборов.

Если приходится иметь дело с переменным током, прибор маркируется В3. Он имеет компактный преобразователь для выпрямления и усилитель сигнала.

Импульсный (В4) разработан для измерения помех в электросети. Позволяет найти в цепи место со слабым контактом.

Фазовый (В5) определяет квадратурные составляющие первой гармоники. В быту не применяется из-за своей невостребованности.

Селективный (В6) отличается большими габаритами и напоминает радиоприёмник. Он может различать частоту сигнала.

Универсальный вольтметр (В7) — прибор для измерения напряжения в электросетях любого типа.

Переносные модели (тестер, мультиметр) — это небольшие автономные устройства, оснащённые электродами.

Стационарные вольтметры — это большие и тяжёлые приборы, часто встроенные в оборудование. Используются на производстве для контролирования работы электросистемы.

Щитовые аппараты более простые. Их интегрируют в бытовые электроприборы, а также используют на транспортных средствах в качестве датчиков.

Подключение и технические характеристики

Для проведения адекватного измерения вольтметр должен быть включён в необходимый участок цепи посредством последовательного соединения. Подключение переносных измерителей производится с помощью электродов или специальных прищепок. При снятии показаний от источника питания электроды подсоединяют прямо к клемам.

Перед подключением стоит определить:

  • порядок величины напряжения;
  • полярность;
  • характер и тип тока;
  • режим измерения (на универсальном вольтметре).

Прежде чем купить или начать использовать вольтметр, нелишним будет оценить его эффективность. Нужно определиться со своими потребностями и выбрать необходимый измеритель напряжения.

Оценка технических показателей проходит по таким параметрам:

  1. Внутреннее сопротивление. Чем этот показатель выше, тем точнее он измеряет напряжение.
  2. Диапазон. Как правило, приборы снабжаются универсальным диапазоном, которого с головой хватает любому рядовому потребителю. Однако в научных и узкоспециальных целях могут понадобиться устройства, предназначенные для точного измерения очень маленьких величин. На производстве приходится иметь дело с напряжением в сотни киловатт, что тоже требует высокоспециализированных вольтметров.
  3. Погрешность показателей.
  4. Частотный диапазон переменного тока.

Разобравшись с вопросом, каким прибором измеряют напряжение, стоит напомнить о мерах безопасности. Электрический ток может серьёзно травмировать и даже убить человека. Если проводится снятие показаний высокого напряжения, нельзя притрагиваться к проводам оголёнными участками тела. На руки необходимо надеть защитные перчатки.

220v.guru

3.4. Измерение высоких напряжений

где U0 – зарядное напряжение;L – индуктивность контура;С =n·С1 (еслиС1 =С2 = … =Сn) – емкость разрядного контура.

3.4.1.Шаровые разрядники

Для измерений высоких напряжений широко используются шаровые разрядники. Это универсальное измерительное устройство, которым можно измерять амплитудные значения постоянного, переменного, высокочастотного и импульсного напряжений.

Величина пробивного напряжения зависит от расстояния между шарами, их диаметра, способа подключения (симметричное или один шар заземлен), относительной плотности воздуха δ.

Для получения высокой точности необходимо выполнить ряд усло-

вий.

1.Расстояние между шарами не должно превышать S ≤ 0,5D, гдеD – диаметр шаров. Следовательно, для широкого диапазона измеряемых напряжений нужен набор шаров разного диаметра.

2.Поверхность шаров должна быть гладкой и чистой. Слой пыли снижает пробивное напряжение.

3.Расстояние от шаров до заземленных или находящихся под напряжением предметов должно быть не менее L > 5D.

4.Для получения стабильных результатов измерений необходимо облучение разрядного промежутка ультрафиолетовым излучением или радиоактивными изотопами, особенно при малых расстояниях между шарами.

5.Измерение следует производить 4–5раз и за измеренную величину принимать среднее арифметическое значение, т. к. имеет место статистический разброс пробивных напряжений.

Измерение постоянных и переменных напряжений производится следующим образом. Вначале устанавливается заведомо большое расстояние между шарами, исключающее пробой при измеряемом напряжении. Затем на шаровой разрядник подается напряжение, и расстояние между шарами плавно уменьшается до возникновения пробоя промежутка. Эта процедура повторяется 4–5раз. Определяется среднее пробивное расстояние, затем по таблицам находится соответствующее напряжение.

При измерении амплитуды импульсного напряжения за пробивное расстояние между шарами принимают такое, при котором половина поданных импульсов, приложенных к разряднику, вызывает пробой про-

studfiles.net

Измерение высоких постоянных напряжений

Для измерения высоких постоянных напряжений используется три основных метода: измерение с помощью измерительного шарового разрядника, измерение электростатическим вольтметром и измерение с помощью добавочных резисторов.

Измерительный шаровой разрядник представляет собой два металлических шара с хорошо обработанными поверхностями и с возможностью изменения расстояния между шарами. Этот разрядник считается очень надежным прибором для измерения постоянного напряжения, а также для измерения амплитуды переменного и импульсного напряжений.

Разброс разрядных напряжений шарового разрядника не превышает , и при соблюдении условий измерения напряжения такова же и погрешность измерения напряжения.

Возможность измерения основана на законе Пашена, который связывает пробивное напряжение промежутка с расстоянием между поверхностями шаров. Зависимости пробивных напряжений от расстояния для шаров разных диаметров приведены в специальных таблицах, полученных путем тщательной обработки многочисленных экспериментальных данных.

Таблицы составлены для давления воздуха 760 мм рт.ст. и температуры 20оС. При других атмосферных условиях требуется корректировка табличного значения пробивного напряжения на относительную плотность воздуха.

Для защиты поверхности шаров от оплавления при пробое последовательно с разрядником устанавливается резистор сопротивлением, выбираемым из соотношения 1..10 Ом/В.

Если по шаровому разряднику градуируется другой измерительный прибор (электростатический киловольтметр или система с добавочным резистором), то расстояние между шарами выставляется на напряжение, на которое рассчитывается градуируемое устройство и напряжение медленно повышается до пробоя шарового разрядника.



Если проводятся измерения самим разрядником, то шары медленно сближаются до пробоя. По таблице для данного диаметра шаров из расстояния определяют разрядное напряжение, которое умножают на поправочный коэффициент, равный относительной плотности воздуха

,

если последняя отличается от единицы не более чем на 10% (то есть искомое пробивное напряжение равно табличному значению, умноженному на относительную плотность воздуха).

Электростатический вольтметр представляет собой конденсатор, одна из пластин которого подвижна и закреплена на пружине. Сила взаимодействия пластин определяется согласно закону Кулона произведением их зарядов, то есть , где q - заряд одной из пластин, k - коэффициент пропорциональности, зависящий от расстояния между электродами.

Поскольку , где C - емкость конденсатора, U - напряжение между пластинами, то и отклонение подвижной пластины, пропорциональное действующей силе, зависит от квадрата измеряемого напряжения. Шкала такого киловольтметра квадратична.

Из высоковольтных электростатических киловольтметров распространен настольный прибор С-100, имеющий три предела измерения 25, 50, 75 кВ со входной емкостью в пределах 5..50 пФ и сопротивлением утечки порядка 1015 Ом. Киловольтметр С-96 позволяет измерять напряжения до 30 кВ, а киловольтметр С-101, представляющий собой напольную конструкцию достаточно больших размеров, - до 300 кВ.

Измерение высокого постоянного напряжения проще всего проводить с помощью магнитоэлектрического измерительного механизма, включенного последовательно с высоковольтным добавочным резистором с большим сопротивлением (рис. 11.1).

Магнитоэлектрический механизм обладает высокой чувствительностью среди измерительных механизмов электромагнитного плана, что позволяет ограничиться очень небольшими токами в измерительной цепи.

Рис. 11.1. Схема измерения высокого напряжения магнитоэлектрическим прибором с добавочным резистором

Добавочный резистор Rд рассчитан на полное измеряемое напряжение и обычно выполняется в виде цепочки последовательно соединенных резисторов с углеродистым или металлическим полупроводящим слоем.

Сопротивление добавочного резистора выбирается не менее чем 1 МОм/кВ (ток менее 1 мА), чтобы обеспечить небольшое тепловыделение. Из-за возникновения токов утечки по поверхностям резисторов ограничивают сопротивление сверху, не более 10 МОм/кВ (ток 0.1 мА).

При напряжениях выше 100 кВ цепочку резисторов располагают по спирали и помещают в изоляционный цилиндр с маслом или элегазом.

Масляная изоляция улучшает теплоотвод, а масло или элегаз позволяют увеличить допустимые напряжения на каждом резисторе цепочки. Величина измеряемого напряжения определяется протекающим током и сопротивлением резисторов, .

11.2. Измерение высоких переменных напряжений

Измерительный шаровой разрядник является универсальным измерительным прибором, пригодным и для измерения амплитуды переменного напряжения. Методика измерений остается такой же, как и для случая измерения высокого постоянного напряжения.

Электростатический вольтметр принципиально пригоден для измерения эффективного значения переменного напряжения. Сила взаимодействия пластин электростатического вольтметра в данном случае периодически меняется во времени, а отклонение подвижной пластины из-за ее инерционности определяется средним за период значением силы, , то есть среднеквадратичным значением мгновенного напряжения, которое по определению является эффективным значением напряжения.

Частотный диапазон электростатического киловольтметра ограничен только паразитными индуктивностями; так, для киловольтметра С-100 верхняя граничная частота составляет 10 МГц.

Емкостные делители напряжения позволяют измерять высокие переменные напряжения с помощью низковольтных вольтметров, обеспечивая точное повторение формы высокого напряжения на низковольтном выходе. Последнее требование важно в случае контроля гармонического состава переменного напряжения.

Омические делители на основе резисторов на переменном напряжении не пригодны ввиду наличия паразитных емкостей, что требует применения резисторов со сравнительно небольшим сопротивлением и большой рассеиваемой мощностью; индуктивные делители обладают нелинейностью параметров и паразитными емкостными и омическими свойствами.

Емкостный делитель имеет высоковольтное плечо C1 (рис. 11.2) и низковольтное плечо C2. Емкость высоковольтного плеча много меньше емкости низковольтного плеча, и практически все высокое напряжение приходится на высоковольтное плечо, которое часто выполняют последовательным соединением нескольких конденсаторов. Входное и выходное напряжения делителя связаны друг с другом коэффициентом деления делителя .

Рис. 11.2. Схема емкостного делителя

 

Делитель напряжения должен удовлетворять трем основным требованиям:

- выполнение изоляции делителя таким образом, чтобы отсутствовали частичные разряды, искажающие - форму кривой измеряемого напряжения;

- точное совпадение форм кривых входного и выходного напряжений;

- малая загрузка измеряемых цепей.

- Первое требование приводит к тому, что высота делителя напряжения (не только емкостного, но и омического делителя) составляет обычно 2.5 м/МВ для постоянных напряжений и грозовых импульсов и около 5 м/МВ (эффективное значение) для переменного напряжения.

Искажение формы выходного напряжения (или зависимость коэффициента деления от частоты) возникает из-за ограничения частотного диапазона работы конденсаторов делителя, из-за влияния паразитных индуктивностей схемы и из-за подключения входного сопротивления вольтметра.

Для снижения влияния последнего фактора необходимо соблюдать условие на нижней границе частотного диапазона работы делителя.

Малая загрузка измеряемых цепей создается при малой емкости высоковольтного плеча делителя, однако при слишком малых емкостях становится заметным влияние окружающих предметов на коэффициент деления. Практически при достаточно большой высоте делителя удельная емкость высоковольтного плеча должна быть не менее 30-50 пФ/м.

Рис. 11.3. Схема измерения амплитудного значения и кривые тока и напряжения

 

Для измерения амплитудного значения переменного напряжения может быть использована простая схема рис. 11.3. Микроамперметр PA магнитоэлектрического типа реагирует на среднее за период значение тока, протекающего через него в течение положительного полупериода:

,

так что амплитуда напряжения равна .

Второй вентиль VD2 обеспечивает протекание тока в отрицательный полупериод, что предотвращает накопление заряда на конденсаторе.

Эта схема пригодна только в случае, если в течение каждого полупериода напряжения имеется не более одного максимума.

В условиях эксплуатации наиболее распространенным методом измерения напряжения является применение низковольтных вольтметров с трансформаторами напряжения.

При соблюдении условий загрузки трансформаторов напряжения этот метод обеспечивает высокую точность измерений, однако несинусоидальность напряжения приводит к достаточно большим погрешностям.

Некоторые типы трансформаторов напряжения вносят большие искажения уже в третью гармонику (например, трансформатор ЗНОМ-35), хотя есть сообщения о нормальном преобразовании частот трансформаторами напряжения вплоть до 1 кГц.

В испытательных установках переменного напряжения измерения высокого напряжения производятся путем измерения напряжения первичной обмотки испытательного трансформатора с пересчетом по коэффициенту трансформации.

Этот метод измерения может приводить к большим погрешностям в связи с наличием индуктивности рассеяния трансформатора.

Рис. 11.4. Т-образная схема замещения трансформатора с емкостной нагрузкой

 

Поскольку объект испытаний представляет собой емкостную нагрузку с высокой добротностью, то вместе с индуктивностью рассеяния образуется последовательный колебательный контур (рис. 11.4). При достаточно большой емкости испытуемого объекта напряжение на нем может быть существенно выше рассчитанного по коэффициенту трансформации.

Несколько меньшие погрешности получаются при подключении низковольтного вольтметра к отводу высоковольтной обмотки, однако для исключения резонансных эффектов рекомендуется измерять непосредственно высокое напряжение.

11.3. Измерение высоких импульсных напряжений

Измерительный шаровой разрядник пригоден и для измерения максимального значения напряжения стандартного грозового импульса. При измерении амплитуды импульса подбирают такое расстояние между шарами разрядника, при котором из десяти поданных импульсов пять закончатся пробоем, а оставшиеся пять - нет.

Пробивное напряжение, определяемое по такому расстоянию с учетом поправки на относительную плотность воздуха (пятидесятипроцентное пробивное напряжение), соответствует амплитуде импульса с погрешностью в . Разряд между шарами в этом случае происходит вблизи максимального значения напряжения импульса.

Сопротивление резистора, включенного последовательно с разрядником, не должно превышать 500 Ом, так как при больших его значениях возникают недопустимые погрешности измерения из-за падения напряжения за счет емкостного тока разрядника до его пробоя.

При проведении измерений расстояние между шарами изменяется ступенями, составляющими 2..5% от ожидаемого пробивного расстояния. На каждой ступени к объекту прикладывается не менее 10 импульсов с интервалами не менее 5 с.

Пятидесятипроцентное напряжение определяется путем интерполяции результатов, полученных на двух или более расстояниях. С меньшей точностью можно допустить подбор расстояния, при котором происходит от четырех до шести пробоев разрядника из десяти одинаковых приложенных импульсов.

Другим способом измерения импульсных напряжений является применение делителей напряжения с низковольтным импульсным вольтметром или осциллографом. Делитель напряжения может быть омическим, емкостным или емкостно-омическим. Основной характеристикой делителя является коэффициент деления , где Z1 иZ2 - полные сопротивления высоковольтного и низковольтного плеч делителя. Другой важной характеристикой делителя является частотная характеристика, представляющая собой зависимость коэффициента деления от частоты.

Омические делители напряжения изготовляют из нихромовой или константановой проволоки, наматываемой для снижения индуктивности бифилярно (то есть двумя встречными параллельно включенными катушками) на изоляционный каркас.

Применение жидкостных или объемных угольных резисторов ограничено в связи с зависимостью их сопротивлений от температуры и приложенного напряжения. С целью повышения начального напряжения короны и улучшения охлаждения резисторы помещают в изоляционные цилиндры с маслом.

Паразитные индуктивности делителя и паразитные емкости элементов делителя по отношению к заземленным частям приводят к искажению формы выходного импульса по отношению к входному напряжению, и наибольшие искажения имеют место на фронте импульса (увеличение длительности фронта).

С увеличением сопротивления делителя искажения возрастают, однако сильно снижать сопротивление делителя нельзя из-за влияния делителя на параметры импульса. Типичными значениями сопротивления делителя является 10..20 кОм. Искажения можно уменьшить также с помощью экранирования омических делителей.

Наиболее эффективным является применение кольцевого экрана, надвинутого на высоковольтный конец делителя.

Для снижения влияния паразитных емкостей и входных емкостей низковольтного оборудования (которое обычно подключается с помощью экранированного кабеля) применяют емкостно-омический делитель напряжения (рис. 11.5).

Чтобы коэффициент деления не зависел от частоты, требуется выполнение условия , которое может быть нарушено влиянием измерительных цепей низковольтного плеча.

Рис. 11.5. Емкостно-омический делитель напряжения

 

Емкостный делитель напряжения практически не приводит к искажению измеряемого импульса напряжения (рис. 11.6). Чтобы избежать распространения отраженных волн в кабеле, соединяющем делитель с осциллографом, последовательно с жилой у выхода делителя включается резистор Rc, сопротивление которого равно волновому сопротивлению кабеля.

Рис. 11.6. Емкостный делитель напряжения

 

Схема рис. 11.6 обеспечивает согласование делителя с кабелем, если емкость кабеля много меньше емкости низковольтного плеча делителя C2; в противном случае требуется более сложные схемы согласования.

 

РЕЗЮМЕ

Наиболее распространенными средствами измерения высоких постоянных напряжений являются шаровые разрядники, электростатические вольтметры и добавочные резисторы.

На высоком переменном напряжении для измерений применяются шаровые разрядники, электростатические вольтметры, емкостные делители напряжений, трансформаторы напряжения с низковольтными вольтметрами и низковольтные вольтметры в первичных обмотках повышающих трансформаторов.

Для измерения импульсных напряжений используют шаровые разрядники и делители напряжения.

 

 

Контрольные вопросы

1. Какие средства используют для измерения высоких постоянных напряжений?

 

 

2. Какие средства используют для измерения высоких переменных напряжений?

 

 

3. Какие средства используют для измерения высоких импульсных напряжений?

 

 

4. На чем основан принцип действия измерительного шарового разрядника?

Э

 

5. Можно ли использовать трансформаторы напряжения для контроля высших гармоник переменного напряжения?

 


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Измерение напряжения. Виды и принцип измерений. Особенности

Измерение напряжения на практике приходится выполнять довольно часто. Напряжение измеряют в радиотехнических, электротехнических устройствах и цепях и т.д. Вид переменного тока может быть импульсным или синусоидальным. Источниками напряжения являются химические элементы или генераторы тока.

Напряжение импульсного тока имеет параметры амплитудного и среднего напряжения. Источниками такого напряжения могут быть импульсные генераторы. Напряжение измеряется в вольтах, имеет обозначение «В» или «V». Если напряжение переменное, то впереди ставится символ «~», для постоянного напряжения указывается символ «-». Переменное напряжение в домашней бытовой сети маркируют ~220 В.

На аккумуляторах и гальванических элементах при указании напряжения знак «-» не используют, а ставят только цифры, например, «1,5 В». На корпусе гальванического элемента обязательно присутствует обозначение «+» возле положительного полюса. В практических электротехнических измерениях применяются кратные единицы: милливольты, киловольты и т.д.

Переменное напряжение имеет полярность, которая изменяется с течением времени. В бытовой сети напряжение изменяет полярность 50 раз за секунду, что означает частоту 50 герц. Постоянное напряжение имеет неизменную полярность. Поэтому для замеров напряжений переменного и постоянного тока применяют измерительные приборы, имеющие отличие в устройстве – вольтметры. Они могут быть цифровыми или аналоговыми (стрелочные). Однако существуют универсальные приборы, которые способны измерить постоянное и переменное напряжение, не переключая режимы.

Для начала измерений измерительный прибор соединяют параллельно с выводами источника питания или нагрузки специальными щупами.

Кроме вольтметров для измерения напряжения используют электронные осциллографы.

Это приборы, предназначенные для измерения и контроля характеристик электрических сигналов. Осциллографы работают на принципе отклонения электронного луча, который выдает изображение значений переменных величин на дисплее.

Измерение напряжения в сети переменного тока

Согласно нормативным документам величина напряжения в бытовой сети должна быть равной 220 вольт с точностью отклонений 10%, то есть напряжение может меняться в интервале 198-242 вольта. Если в вашем доме освещение стало более тусклым, лампы стали часто выходить из строя, либо бытовые устройства стали работать нестабильно, то для выяснения и устранения этих проблем для начала необходимо измерение напряжения в сети.

Перед измерением следует подготовить имеющийся у вас измерительный прибор к работе:

  • Проверить целостность изоляции контрольных проводов со щупами и наконечниками.
  • Установить переключатель на переменное напряжение, с верхним пределом 250 вольт или выше.
  • Вставить наконечники контрольных проводов в гнезда измерительного прибора, например, мультиметра. Чтобы не ошибиться, лучше смотреть на обозначения гнезд на корпусе.
  • Включить прибор.

Из рисунка видно, что на тестере выбрана граница измерений 300 вольт, а на мультиметре 700 вольт. Некоторые приборы требуют для измерения напряжения устанавливать в нужное положение несколько разных переключателей: вид тока, вид измерений, а также вставить наконечники проводов в определенные гнезда. Конец черного наконечника в мультиметре воткнут в гнездо СОМ (общее гнездо), красный наконечник вставлен в гнездо с обозначением «V». Это гнездо является общим для измерения любого вида напряжения. Гнездо с маркировкой «ma» применяется для замеров небольших токов. Гнездо с обозначением «10 А» служит для измерения значительной величины тока, который может достичь 10 ампер.

Если измерять напряжение со вставленным проводом в гнездо «10 А», то прибор выйдет из строя, или сгорит предохранитель. Поэтому при выполнении измерительных работ следует быть внимательным. Наиболее часто ошибки возникают в случаях, когда сначала измеряли сопротивление, а затем, забыв переключить на другой режим, начинают измерение напряжения. При этом внутри прибора сгорает резистор, отвечающий за измерение сопротивления.

После подготовки прибора, можно начинать измерения. Если при включении мультиметра на индикаторе ничего не появляется, это означает, что элемент питания, расположенный внутри прибора, отслужил свой срок и требует замены. Чаще всего в мультиметрах стоит «Крона», выдающая напряжение 9 вольт. Срок ее службы составляет около года, в зависимости от производителя. Если мультиметром долго не пользовались, то крона все равно может быть неисправной. Если батарейка исправна, то мультиметр должен показать единицу.

Щупы проводов необходимо вставить в розетку или прикоснуться ими к оголенным проводам.

На дисплее мультиметра сразу появится величина напряжения сети в цифровом виде. На стрелочном приборе стрелка отклонится на некоторый угол. Стрелочный тестер имеет несколько градуированных шкал. Если их внимательно рассмотреть, то все становится понятным. Каждая шкала предназначена для определенных измерений: тока, напряжения или сопротивления.

Граница измерений на приборе была выставлена на 300 вольт, поэтому нужно отсчитывать по второй шкале, имеющий предел 3, при этом показания прибора необходимо умножить на 100. Шкала имеет цену деления, равной 0,1 вольта, поэтому получаем результат, изображенный на рисунке, около 235 вольт. Этот результат находится в допустимых пределах. Если при измерении показания прибора постоянно меняются, возможно, плохой контакт в соединениях электрической проводки, что может привести к искрению и неисправностям в сети.

Измерение постоянного напряжения

Источниками постоянного напряжения являются аккумуляторы, низковольтные блоки питания или батарейки, напряжение которых не более 24 вольт. Поэтому прикосновение к полюсам батарейки не опасно, и нет необходимости в специальных мерах безопасности.

Для оценки работоспособности батарейки или другого источника, необходимо измерение напряжения на его полюсах. У пальчиковых батареек полюсы питания расположены на торцах корпуса. Положительный полюс маркируется «+».

Постоянный ток измеряется аналогичным образом, как и переменный. Отличие заключается только в настройке прибора на соответствующий режим и соблюдении полярности выводов.

Напряжение батарейки обычно обозначено на корпусе. Но результат измерения еще не говорит об исправности батарейки, так как при этом измеряется электродвижущая сила батарейки. Продолжительность эксплуатации прибора, в котором будет установлен элемент питания, зависит от его емкости.

Для точной оценки работоспособности батарейки, необходимо проводить измерение напряжения при подключенной нагрузке. Для пальчиковой батарейки в качестве нагрузки подойдет обычная лампочка для фонарика на 1,5 вольта. Если напряжение при включенной лампочке снижается незначительно, то есть, не более, чем на 15%, следовательно, батарейка пригодна для работы. Если напряжение падает значительно сильнее, то такая батарейка может еще послужить только в настенных часах, которые расходуют очень мало энергии.

Похожие темы:

 

electrosam.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о