Меню

Способы измерения частота электрического тока

Частота электрического тока — определение, физический смысл

Частота электрического тока 3

Переменный ток имеет ряд важных характеристик, влияющих на его физические свойства. Одним из таких параметров является частота переменного тока. Если говорить с точки зрения физики, то частота – это некая величина, обратная периоду колебания тока. Если проще – то это количество полных циклов изменения ЭДС, произошедших за одну секунду.

Известно, что переменный ток заставляет электроны двигаться в проводнике сначала в одну сторону, потом — в обратную. Полный путь «туда-обратно» они совершают за некий промежуток времени, называемый периодом переменного тока. частота же является количеством таких колебаний за 1 секунду.

Васильев Дмитрий Петрович

В республиках бывшего СССР стандартной считается частота тока в 50 Гц.

Это значит, что синусоида тока движется в течение 1 секунды 50 раз в одном направлении, и 50 — в обратном, 100 раз проходя чрез нулевое значение. Получается, что обычная лама накаливания, включенная в сеть с такой частотой, будет затухать и вспыхивать примерно 100 раз за секунду, однако мы этого не замечаем в силу особенностей своего зрения.

Частота электрического тока 1

Для измерения частоты переменного тока применяют приборы, называемые частотомерами. Частотомеры используют несколько основных способов измерения, а именно:

Метод дискретного счета основывается на подсчете импульсов необходимой частоты за конкретный промежуток времени. Его наиболее часто используют цифровые частотомеры, и именно благодаря этому простому методу можно получить довольно точные данные.

Частота электрического тока 2

Более подробно о частоте переменного тока Вы можете узнать из видео:

Метод перезаряда конденсатора тоже не несет в себе сложных вычислений. В этом случае среднее значение силы тока перезаряда пропорционально соотносится с частотой, и измеряется при помощи магнитоэлектрического амперметра. Шкала прибора, в таком случае, градуируется в Герцах.

Погрешность подобных частотомеров находится в пределах 2%, и поэтому такие измерения вполне пригодны для бытового использования.

Резонансный способ измерения базируется на электрическом резонансе, возникающем в контуре с подстраиваемыми элементами. Частота, которую необходимо измерить, определяется по специальной шкале самого механизма подстройки.

Абрамян Евгений Павлович

Такой метод дает очень низкую погрешность, однако применяется только для частот больше 50 кГц.

Метод сравнения частот применяется в осциллографах, и основан на смешении эталонной частоты с измеряемой. При этом возникают биения определенной частоты. Когда же частота этих биений достигает нуля, то измеряемая частота становится равной эталонной. Далее, по полученной на экране фигуре с применением формул можно рассчитать искомую частоту электрического тока.

Ещё одно интересное видео о частоте переменного тока:

Источник

Измерение частоты и периода электрических сигналов

Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.

Как выполняется измерение частоты

Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:

  1. Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
  2. Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
  3. Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.

Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.

Конструкция мультиметра


Тестер со встроенным частотомером — отличное приспособление для измерений, но существует ряд альтернативных методов, изучить которые можно ознакомившись со строением прибора.
Основной состав данного аппарата включает в себя функции амперметра, омметра и вольтметра. Используют такое приспособление при замерах постоянного и переменного напряжения, а также сопротивления.

Наиболее распространенной моделью данного прибора является цифровая, поскольку она, в отличии от аналоговой, позволяет произвести более точные замеры. Классическая конструкция включает в себя:

  • Индикатор. Он расположен в верхней части аппарата и служит экраном, на котором отображаются данные проверки.
  • Переключатель. Позволяет выбирать пределы показателей и величины. Вокруг переключателя нанесена шкала, которая в большинстве современных аппаратов имеет пять диапазонов. Первое значение указывает на 200 Ом. Если установить переключатель на эту шкалу, то измерить сопротивление больше данного показателя не будет возможности. Также шкала включает в себя показатели переключения между постоянным и переменным током, и значок прозвонки.
  • Гнезда для щупов. Позволяют подключить к тестеру измеряемый прибор. В большинстве моделей в нижней части размещено три разъема. Для тех же, кто интересуется тем, как замерить частоту мультиметром, необходимо обратить внимание на модели со специальными функциями. Помимо данного показателя, померить тестером можно индуктивность, температуру, электрическую емкость. Наличие дополнительных функций существенно влияет на стоимость, потому не каждый может позволить себе приобрести для применения в быту такое приспособление. Отличным решением может стать приставка к мультиметру. Она позволяет при помощи аппарата со стандартным набором функций измерить нужный показатель.

Измерение частоты электрического сигнала

Измерение частоты электрического сигнала производится двумя методами: непосредственной оценки и методом сравнения.

Для ее измерения методом непосредственной оценки применяют цифровые, конденсаторные и логометрические частотомеры (ЧМ). Для измерений методом сравнения применяют осциллографы, гетеродины и резонансные ЧМ.

Измерение с помощью конденсаторных ЧМ выполняется по схеме приведенной на рис 1. Принцип определения основывается на измерении силы тока на выходе схемы.

Формирователь импульсов ФИ преобразовывает входной сигнал в серию импульсов, имеющую частоту входного сигнала fx

. Переключатель В коммутируется из одного положения в другое, в соответствии с частотой воздействующего на него сигнала.

Читайте также:  Может ли дистиллированная вода пропускать ток

В одном из положений переключателя В

, замыкается схема заряда конденсатора
С
от источника стабильного напряжения ИСН. Затем переключатель В переходит во второе положение, происходит разряд конденсатора.

В цепи разряда устанавливается амперметр. Количество электричества, полученное конденсатором при заряде и отданное им же амперметру, находится из выражения:

Если же коммутации переключателя В будут происходить fx

раз в секунду, то ток на выходе схемы будет определяться выражением:

Откуда может быть найдена:

Если поддерживать параметры схемы С(U1-U2)

постоянными, то шкалу амперметра можно проградуировать в единицах измерения частоты.

Достаточно простым и наглядным является способ определения данного параметра с помощью осциллографа. Такой способ измерения пригоден для значений, находящихся в пределах полосы пропускания электронно-лучевых трубок.

Наиболее точные результаты получаются при сравнении двух колебаний синусоидальной формы на экране осциллографа. Один из сигналов, например известной величины, подают на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, второй измеряемый сигнал, соответственно подается на вторую пару, вертикально отклоняющие пластины.

Далее, регулированием частоты известного сигнала добиваются появления на экране фигуры Лиссажу, которые могут иметь самые замысловатые формы.

Кратность частот определяется по количеству пересечений фигурой Лиссажу горизонтальной и вертикальной осей координат. На рисунке фигура пересекает ось ординат 4 раза, а ось абсцисс – 2 раза.

Соответственно соотношение nг/nв=2/4=1/2

, это означает, что
fг/fв
также соотносится как 1/2. При условии, что известный сигнал имеет стандартное значение 50 гц, а измеряемый
fx
подавался на вертикальные пластины:

fx=fв=fг*2=100Гц;

Такой метод применяют при кратности частот не более 10, так как при большем соотношении фигура Лиссажу имеет очень много пересечений, и расшифровка диаграммы становится затруднительной.

При большей кратности применяют метод круговой развертки. На вход схемы подается сигнал с известной частотой fo

. По средствам реактивных элементов
R
и
C
, фазы сигналов на вертикальных и горизонтальных пластинах осциллографа сдвинуты на 90 эл. градусов.

Если сигнал измеряемой частоты fx

подать на электрод, управляющий яркостью свечения трубки, на экране осциллографа высветится окружность со светлыми и темными полосами. Количество штрихов будет равно кратности
fx/fo=n
. Для диаграммы рис 3 эта кратность составляет 6.

Если искомая частота меньше образцовой, то на отклоняющие пластины подают измеряемый сигнал, а модуляцией яркостью управляют образцовым.

Цифровой ЧМ работает по принципу подсчета импульсов N

за высокоточное время измерения
Ти
. Если время
Ти
равно 1 секунде, то измеряемый параметр находится непосредственно по формуле:

Входное устройство ЦЧ

представляет собой широкополосный усилитель (10 Гц–3,5 МГц ) предназначенный для согласования
ЦЧ
с источником сигнала, а также его усиления или ограничения, запускающего формирователь импульсов
ФИ
.

Блочная схема цифрового частотомера

служит для преобразования сигналов синусоидальной или любой другой формы в серию импульсов с большой крутизной фронтов, независимо от его вида. Частота серии импульсов соответствует частоте входного сигнала.

Временной селектор выполняет функцию электронного ключа. Он открывается на высокоточное время, получив сигнал от устройства управления. В открытом состоянии он пропускает определенную серию сигналов на электронный счетчик. Цифровой индикатор автоматически выдает результат измерений в именованных единицах.

Устройство управления с помощью генератора меток времени, выдает строб импульс на открытие временного селектора, управляет электронным счетчиком.

Последний служит для подсчета импульсов N

, а также преобразования двоично-десятичного кода с весами 8-4-2-1 в десятичный сигнал.

Гетеродинный способ измерения заключается в сравнении двух частот. Гетеродином называют генератор малой мощности с регулируемой частотой. Измеряемый сигнал fx

и сигнал гетеродина
fo
подают на смеситель. На выходе этого устройства появляется множество сигналов, в том числе и с
F=fx–fo
.

выделяется из всего потока, усиливается и передается на индикаторное устройство. Индикатором в такой схеме может быть телефон, амперметр или осциллограф. С помощью гетеродина

регулируют так, чтобы
F
было равно 0, либо равно какому-то фиксированному значению. Зная величину
F
и
fo
, вычисляют
fx
.

ЧМ, использующие явление резонанса содержат входное устройство, согласующее источник сигнала с колебательным контуром прибора.

Резонанс настраивается с помощью переменного конденсатора. Такие приборы используют для вычисления частот до 200 МГц.

Наступление резонанса фиксируют индикатором по наибольшим показаниям, пропорциональным току или напряжению в колебательном контуре. fx

непосредственно определяют по шкале калиброванного элемента настройки, или с помощью специальных таблиц.

Методы измерения частоты и применяемые приборы

Измерение основной физической величины — времени и ее производной — частоты, а также воспроизведение и хранение единиц ; их измерения лежат в основе большинства измерительных задач. Основой частотно-временной аппаратуры является группа стандартов частоты, включающая водородный, рубидиевый, цезиевый и кварцевый стандарты, которые хранят единицу времени — секунду и единицу частоты — герц.

Приборы для измерения частоты, называемые частотомерами, делятся на резонансные 42, электронно-счетные 43, гетеродинные 44, и др. Измерять частоту можно разными приборами и методами. Промышленность выпускает стрелочные частотомеры (43-1, 43-7 и др.), которые позволяют отсчитывать частоту непосредственно по шкале используемого в нем стрелочного прибора в диапазоне от 10 Гц и до 500 кГц. Отклонение стрелки прибора зависит от усредненного значения тока заряда или разряда образцового конденсатора, перезаряжаемого напряжением измеряемой частоты. Поскольку ток в цепи прямолинейно зависит от напряжения, такие частотомеры имеют равномерную шкалу и обладают относительно большим входным сопротивлением.

Рис. 43. Функциональная схема гетеродинного частотомера

Для измерения высоких частот и СВЧ используют методы сравнения измеряемой частоты с известной частотой собственных колебаний в резонансной системе. Рассмотрим эти методы.

Гетеродинный метод основан на сравнении исследуемых колебаний fx с колебаниями градуированного высокоточного генератора (гетеродина) fэт с помощью смесителя. На рис. 43 показана функциональная схема гетеродинного частотомера (волномера), состоящего из гетеродина Г, смесителя С и выходного прибора ВП (индикатора), в котором сравнение частоты колебаний производится методом биений.

Принцип измерения состоит в следующем. На блок смесителя подается колебание высокостабильной частоты fэт от гетеродина и колебание частоты fх. С выхода смесителя колебание разностной частоты биений fзв подается на выходной прибор, отградуированный в соответствующих единицах измерений (частотах или длинах волн). Несмотря на простоту устройства, гетеродинные частотомеры позволяют измерять частоту в пределах 30—’ 3000 МГц с высокой точностью.

В основу резонансного метода измерения частоты положено явление электрического резонанса. Волномеры состоят из высокодобротного контура, механизма настройки и индикатора.

В зависимости от диапазона измеряемых частот колебательный контур частотомера может выполняться из высокодобротного контура LC с сосредоточенными постоянными, либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора.

Функциональная схема резонансного частотомера показана на рис. 44. На измеряемую частоту настраивается в резонанс контур ЬКС«.

Зная индуктивность
LK
и емкость Ск, легко вычислить изме­ряемую частоту. Наличие резонанса в контуре
LKCb
регистрирует­

ся по максимальному показанию индикатора. Обычно резонансный частотомер имеет набор сменных катушек LK,

Читайте также:  Какао ток не отправляет сообщение

позволяющих пере­крыть диапазон частот от нескольких сотен килогерц до несколь­ких десятков мегагерц.

Резонансные частотомеры сверхвысоких частот состоят из коаксиальных и объемных резонаторов. Отрезок коаксиальной линии, представляющей собой колебательный контур, связывается с источником колебаний (генератором) и детектором петлями свя­зи (рис. 45). Настройка контура в резонанс осуществляется изменением длины I

внутреннего проводника коаксиальной линии. Если на длине отрезка линии укладывается четверть волны изме­ряемого колебания, возникает резонанс. Момент настройки в резо­нанс отмечают по максимальному отклонению стрелки индикато­ра, включенного в цепь детектора. Измерение исследуемой длины волны состоит в нахождении двух соседних резонансов в линии и определении расстояния между ними; оно равно половине длины волны исследуемого колебания. Резонансные волномеры позволя­ют измерять длины волн от нескольких сантиметров до нескольких дециметров.

Отечественная промышленность выпускает большую номенкла­туру частотомеров для измерения в диапазоне СВЧ: например, резонансные коаксиальные частотомеры на частоты от 40 до 10700 МГц (Ч2-2А и 42-37) и волноводные на частоты от 8 до 16,6 ГГц (42-33 и 42-31). Типы частотомеров и измеряемый ими диапазон частот приведены на рис. 46.

Для осуществления автоматического измерения частоты в диа­пазоне до 10 ГГц предназначен резонансный волноводный пано­рамный частотомер 42-55, который позволяет осуществлять авто­матическое измерение по индикатору прибора одновременно нескольких частот, излучаемых генераторами СВ4. Он широко

применяется при проверке и ремонте генераторов в лабораторных и производственных условиях. Частотомер выполнен полностью на полупроводниковых приборах, погрешность измерений 0,5%, чувствительность 5-10

3 мВт. Габариты прибора 480X255X480 мм, масса 28 кг.

Для лабораторных измерений частоты применяют электронносчетные частотомеры, выдающие результаты измерений в цифровой форме.

Действие этих при­боров основано на преобразо­вании измеряемого синусои­дального напряжения в корот­кие прямоугольные импульсы, соответствующие измеряемой частоте. Эти импульсы регист­рируются счетчиком.

Например, за 1 с счетчик регистрирует 1 • 106 импульсов, значит, измеряемая частота будет равна 1 МГц. Такие ча- тотомеры облегчают процесс измерения в широких преде

лах частот (от нескольких герц до сотен мегагерц), период следо­вания и длительность импульсов. Они также могут быть исполь­зованы в качестве источников кварцованных частот, датчиков ка­либрованных интервалов времени и др.

Электронно — счетные частотомеры (универсальные ЧЗ-47А, 43-49 и упрощенные 43-44, 43-45, 43-46) осуществляют програм­мируемое измерение частоты радиосигналов от долей герца до СВ4-диапазонов с погрешностью ±5-10-9 и интервалов времени от 1 до 104 мкс с погрешностью ±0,1 мкс. Они выдают результаты измерений в коде, обеспечивающем математические вычисления, статистическую обработку и регистрацию их в цифровой и анало­говой формах.

Источник



Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Методы измерения тока

С помощью каких способов можно измерить ток в цепи

Ток является очень важным параметром в электронике или электротехнике. В электронных устройствах ток может иметь пропускную способность от нескольких наноампер до сотен ампер. Этот диапазон может быть намного шире в области электротехники, обычно до нескольких тысяч ампер, особенно в электрических сетях. Существуют разные методы измерения тока внутри цепи или проводника. В этой статье мы обсудим, как измерить ток с использованием различных методов измерения тока с их преимуществами, недостатками и приложениями.

Методы измерения тока

Измерение тока с использованием датчика Холла

Эффект Холла был обнаружен американским физиком Эдвином Гербертом Холлом и может использоваться для определения тока. Он обычно используется для обнаружения магнитного поля и может быть полезен во многих приложениях, таких как спидометры, дверная сигнализация, бесколлекторные двигатели и т.п.

Измерение тока с использованием датчика Холла

Датчик Холла выдает выходное напряжение в зависимости от магнитного поля. Соотношение выходного напряжения пропорционально магнитному полю. В процессе измерения ток определяется путем измерения магнитного поля. Выходное напряжение очень низкое и его необходимо увеличить до полезного значения с помощью усилителя с высоким коэффициентом усиления и очень низким уровнем шума. Помимо схемы усилителя датчик Холла требует дополнительных схем, так как это линейный преобразователь.

  • Может использоваться на более высокой частоте
  • Может использоваться как в устройствах переменного, так и постоянного тока
  • Бесконтактный метод
  • Может использоваться в суровых условиях
  • Высокая надежность

  • Датчик дрейфует и требует компенсации
  • Дополнительная схема требует для надежного выходного сигнала
  • Дороже, чем метод на основе шунта

Датчики с эффектом Холла используются в токоизмерительных клещах, а также во многих промышленных и автомобильных системах измерения тока. Многие типы линейных датчиков на эффекте Холла могут измерять ток от нескольких миллиампер до тысяч ампер.

Метод определения тока с помощью датчика потока

Насыщаемый индуктор является основным компонентом метода обнаружения с помощью датчика потока (Fluxgate). Из-за этого датчик Fluxgate называется датчиком тока насыщаемой индуктивности. Сердечник индуктора, который используется для датчика потока, работает в области насыщения. Уровень насыщения этого индуктора высокочувствителен, и любая внутренняя или внешняя плотность потока изменяет уровень насыщения индуктора. Проницаемость сердечника прямо пропорциональна уровню насыщения, поэтому индуктивность также изменяется. Это изменение значения индуктивности анализируется датчиком потока для измерения тока. Если ток высокий, индуктивность становится меньше, если ток низкий, индуктивность становится высокой.

Датчик Холла работает аналогично датчику потока, но между ними есть одно отличие. Разница в основном материале. Датчик потока использует насыщаемый индуктор, а датчик эффекта Холла использует воздушный сердечник.

Метод определения тока с помощью датчика потока

На изображении выше показана базовая конструкция датчика потока. В нем есть две катушки первичной и вторичной обмотки вокруг насыщаемого сердечника индуктора. Изменения в потоке тока могут изменить проницаемость сердечника, что приведет к изменению индуктивности через другую катушку.

  • Можно измерять ток в широком диапазоне частот
  • Имеет большую точность
  • Низкое смещение

  • Высокое вторичное энергопотребление
  • Увеличивается фактор риска повышения шума напряжения или тока в первичном проводнике
  • Подходит только для постоянного или низкочастотного переменного тока

Датчики потока используются в инверторах солнечной энергии для измерения тока. Кроме этого, измерение переменного и постоянного тока с обратной связью может быть легко выполнено с помощью таких датчиков. Этот датчик тока также может быть использован для измерения тока утечки, обнаружения перегрузки по току и т. д.

Метод измерения тока с помощью катушки Роговского

Катушка Роговского названа в честь немецкого физика Вальтера Роговского. Катушка Роговского выполнена с использованием спиральной катушки с воздушным сердечником и намотана на целевой проводник для измерения тока.

Метод измерения тока с помощью катушки Роговского

На изображении выше показана катушка Роговского с дополнительной схемой. Дополнительная схема является интегральной цепью. Катушка Роговского обеспечивает выходное напряжение в зависимости от скорости изменения тока в проводнике. Для создания выходного напряжения, пропорционального току, требуется дополнительная схема интегратора.

  • Это хороший метод для обнаружения быстрого высокочастотного изменения тока
  • Безопасная работа с точки зрения обращения с вторичной обмоткой
  • Недорогое решение
  • Гибкость в использовании благодаря конструкции с разомкнутым контуром
  • Температурная компенсация не сложна
Читайте также:  Конвекционный ток для чайников

  • Подходит только для переменного тока
  • Имеет более низкую чувствительность, чем трансформатор тока

Катушка Роговского имеет широкий спектр применения. Например, измерение тока в больших силовых модулях, особенно на полевых МОП-транзисторах или мощных транзисторах IGBT. Катушка Роговского обеспечивает гибкость измерения. Поскольку отклик катушки Роговского очень быстр по переходным процессам или высокочастотным синусоидальным волнам, это хороший выбор для измерения высокочастотных переходных процессов в линиях электропередачи. В приложениях распределения мощности или в интеллектуальной электросети катушка Роговского обеспечивает превосходную гибкость для измерений тока.

Измерение тока с помощью трансформатора тока

Трансформатор тока или ТТ используется для измерения тока по вторичному напряжению, которое пропорционально току во вторичной катушке. Это промышленный трансформатор, который преобразует большое значение напряжения или тока в намного меньшее значение в своей вторичной катушке. Измерение производится через вторичный выход.

Измерение тока с помощью трансформатора тока

На изображении выше показана конструкция такого трансформатора. Это идеальный трансформатор тока с первичным и вторичным соотношением 1:N. N зависит от технических характеристик трансформатора.

  • Большая пропускная способность, больше, чем у других рассмотренных методов
  • Не требует дополнительных схем

  • Требуется техническое обслуживание
  • Из-за намагниченности возникает гистерезис
  • Высокий первичный ток насыщает материалы ферритового сердечника

Основное применение метода измерения тока на основе ТТ – в энергосистеме из-за очень высокой способности измерения тока. Некоторые токовые клещи также используют трансформатор тока для измерения переменного тока.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Это наиболее используемый метод в современной электронике. Этот метод основана на законе Ома. Здесь последовательно подключенный в цепь резистор с малым сопротивлением используется для измерения тока. Когда ток протекает через резистор, он создает разницу напряжения на резисторе.

Давайте рассмотрим пример. Предположим, что ток 1А протекает через резистор на 1 Ом. Согласно закону Ома, напряжение эквивалентно току, умноженному на сопротивление. Следовательно, когда ток 1A протекает через резистор с сопротивлением 1 Ом, он создает напряжение 1В на резисторе. Мощность резистора является критическим фактором, который необходимо учитывать. Тем не менее, на рынке также есть резисторы очень малого значения, сопротивление которых находится в диапазоне миллиом. В таком случае разница напряжения на резисторе также очень мала. Но усилитель с высоким коэффициентом усиления необходим для увеличения амплитуды напряжения, и, наконец, ток измеряется с использованием обратного расчета.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Альтернативный подход для этого типа метода измерения тока заключается в использовании трассировки печатной платы в качестве шунтирующего резистора. Поскольку медные дорожки на печатной плате имеют очень небольшое сопротивление, можно использовать часть дорожки для измерения тока. Однако при таком альтернативном подходе несколько зависимостей также являются огромной проблемой для получения точного результата. Основным фактором является температурный дрейф. В зависимости от температуры, сопротивление трассировки изменяется, что приводит к ошибке. Нужно компенсировать эту ошибку в приложении.

  • Очень экономичное решение
  • Может работать с переменным и постоянным током
  • Дополнительное оборудование не требуется

  • Не подходит для работы с большим током из-за рассеивания тепла
  • Измерение с помощью шунта обеспечивает ненужное снижение эффективности системы из-за потери энергии на резисторе
  • Тепловой дрейф обеспечивает ошибку в высокотемпературном приложении

Применение шунтирующего резистора в первую очередь – цифровой амперметр. Это точный и более дешевый метод, кроме датчика Холла. Шунтирующий резистор также может обеспечивать путь с низким сопротивлением.

Как выбрать метод измерения тока

Выбор правильного метода для измерения тока не является сложной задачей. Для выбора правильного метода необходимо учитывать несколько вопросов, таких как:

  • Какая требуется точность
  • Предполагается измерение постоянного или переменного тока (или обоих)
  • Сколько потребляется энергии
  • Какой диапазон тока и полоса пропускания
  • Стоимость

Помимо них, также необходимо учитывать приемлемую чувствительность и подавление помех. Поскольку все факторы не могут быть соблюдены одновременно, приходится идти на некоторые компромиссы в зависимости от приоритета требования приложения.

Источник

Способы измерения частоты тока

Способы измерения разности потенциалов и силы тока

Ваппаратуре для ГИС используются только два способа измерения разности потенциалов ∆U и силы тока/ — это способ непосредственного отсчета (или гальванометрический) и компенсационный (или потенциометрический). Схемы обоих способов представлены на рис. 2.4 и 2.5.

Рис. 2.4. Измерение разности потенциалов (а) и силы тока (б) способом непосредственного

Рис. 2.5. Измерение разности потенциалов(а) и силы тока (б) компенсационным способом отсчета

Измерение силы тока I обоими способами сводится к измерению падения напряжения ∆U на известном сопротивлении Ro и последующем вычислении силы тока по формуле закона Ома (см. рис.).

Как известно, большей точностью отличается компенсационный способ, т.к. при его применении, во-первых, отсутствуют потери напряжения в подводящих проводах, поскольку ток в них в момент измерения равен 0; во-вторых, исключаются погрешности, связанные с изменением чувствительности измерительного прибора; в-третьих, уменьшаются индуктивные помехи и искажения поля, связанные с ответвлением тока в измерительную цепь.

Тем не менее, на сегодняшний день в аппаратуре ГИС большим распространением пользуется способ непосредственного отсчета, т.к. в виду его простоты он стал применяться раньше, и аппаратура, реализующая его, достигла большего совершенства.

Способы измерения частоты тока

Основной метод измерения частоты в каротажной аппаратуре носит название метода заряда и разряда конденсатора.Сущность метода (рис. 2.6) заключается в измерении тока разряда конденсатора, попеременно переключаемого с заряда на разряд с частотой, равной измеряемой f . Если положить, что конденсатор С заряжается до напряжения U1 и разряжается до U2, то за один цикл переключения с заряда на разряд количество электричества, отданное конденсатором через микроамперметр мкА, составит: q = C-∆U, где ∆U = U1 -U2. При количестве переключений f раз за секунду количество электричества, протекающего через мкА, т.е. ток, составит I= q • f = С • ∆U • f . Следовательно, ток через микроамперметр пропорционален измеряемой частоте f.

Рис. 2.6. Измерения частоты электрического сигнала способом заряда-разряда

Для обеспечения линейной зависимости тока от частоты в приборах предусматривают ограничители, поддерживающие постоянные значения напряжений U1 и U2 во всем рабочем диапазоне частот, а в качестве переключателя П применяют электронные коммутаторы, осуществляющие переключение при подаче на вход напряжения измеряемой частоты.

Пределы измерения меняют посредством изменения емкости конденсатора С или шунтирования микроамперметра резистором.

Приборы, реализующие описанный метод измерения, называются конденсаторными частотомерами.

Значительно реже в аппаратуре ГИС применяют еще один метод измерения частоты, называемый методом дискретного счета. Этот метод заключается в преобразовании непрерывных величин в дискретные, а именно, колебаний — в число импульсов п, подсчитываемых электронным счетчиком за строго определенный отрезок времени ∆tK :

Блок-схема такого частотомера (рис. 2.7) включает в себя входное

Рис. 2.7. Измерение частоты способом непосредственного счета устройство, формирующее устройство (обычно усилитель-ограничитель), таймер и счетчик импульсов.

Источник