Saat menguji rangkaian listrik daya, seringkali ada kebutuhan untuk mengukur arus. Untuk mengukur nilainya DC Biasanya, resistor shunt digunakan, dihubungkan secara seri dengan beban, yang tegangannya sebanding dengan arus. Namun jika ada kebutuhan untuk mengukur arus yang besar, maka diperlukan shunt dengan daya yang besar, sehingga lebih disarankan untuk menggunakan metode pengukuran lain.

Dalam hal ini, saya mendapat ide untuk merakit pengukur arus berdasarkan sensor Hall. Diagramnya ditunjukkan pada gambar.

Fitur Ammeter:

• Ukur arus AC atau DC tanpa kontak listrik dengan rantai
• Mengukur arus True RMS apa pun bentuk gelombangnya, serta nilai maksimum per periode (kira-kira 0,5 detik)
• Mengeluarkan informasi menjadi simbolis layar LCD
• Dua mode pengukuran (hingga 10A dan hingga 50A)

Skema ini bekerja sebagai berikut. Kawat pembawa arus terletak di dalam cincin ferit, menciptakan medan magnet yang besarnya berbanding lurus dengan kuat arus. Sensor aula terletak di celah udara inti, mengubah besarnya induksi medan menjadi tegangan, dan tegangan ini disuplai ke penguat operasional. Op amp diperlukan untuk mencocokkan level tegangan dari sensor dengan rentang tegangan input ADC. Data yang diterima diproses oleh mikrokontroler dan ditampilkan pada layar LCD.

Perhitungan awal skema

Cincin R20*10*7 yang terbuat dari bahan N87 digunakan sebagai inti. Sensor aula - SS494B.

Dengan menggunakan file, dibuat celah pada cincin dengan ketebalan sedemikian rupa sehingga sensor dapat muat di sana, yaitu sekitar 2 mm. Pada pada tahap ini Sudah dimungkinkan untuk memperkirakan secara kasar sensitivitas sensor terhadap arus dan arus terukur maksimum yang mungkin.

Permeabilitas ekuivalen suatu inti yang mempunyai celah kira-kira sama dengan perbandingan panjang garis magnet dengan besarnya celah:

Kemudian, dengan memasukkan nilai ini ke dalam rumus untuk menghitung induksi pada inti dan mengalikannya dengan sensitivitas sensor, kami menemukan ketergantungan tegangan keluaran sensor pada kekuatan arus:

Di Sini K B- sensitivitas sensor terhadap induksi medan magnet, dinyatakan dalam V/T (diambil dari datasheet).

Misalnya, dalam kasus saya akuH= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T, di mana kita mendapatkan:

Sensitivitas sebenarnya terhadap arus ternyata sama 0,03V/A, artinya perhitungannya ternyata sangat akurat.

Berdasarkan datasheet pada SS494B, induksi maksimum yang diukur oleh sensor adalah 420 Gauss, oleh karena itu arus maksimum yang diukur adalah:

Foto sensor di celah:

Perhitungan rangkaian op-amp

Ammeter memiliki dua saluran: hingga 10 A (pin 23 MK), dan hingga 50 A (pin 24 MK). Multiplexer ADC mengganti mode.

Sebagai tegangan referensi ADC mempunyai referensi internal, sehingga sinyal harus dibawa pada kisaran 0 – 2,56 V. Saat mengukur arus ±10 A, tegangan sensor adalah 2,5 ± 0,3 V, oleh karena itu perlu dilakukan penguatan dan pergeseran agar titik nolnya tepat berada di tengah-tengah rentang ADC. Untuk tujuan ini, digunakan op-amp IC2:A, dihubungkan sebagai penguat non-pembalik. Tegangan pada keluarannya digambarkan dengan persamaan:

Di sini, R2 berarti R2 dan P2 dihubungkan secara seri, dan R3, masing-masing, R3 dan P3, sehingga ekspresinya tidak terlihat terlalu rumit. Untuk mencari resistansi resistor, kita tulis persamaannya dua kali (untuk arus -10A dan +10A):

Kita tahu tegangannya:

Dengan menetapkan R4 sama dengan 20 kOhm, kita memperoleh sistem dua persamaan, dimana variabelnya adalah R2 dan R3. Solusi sistem dapat dengan mudah ditemukan menggunakan paket matematika, misalnya MathCAD (file perhitungan terlampir pada artikel).

Rangkaian kedua, terdiri dari IC3:A dan IC3:B, dihitung dengan cara yang sama. Di dalamnya, sinyal dari sensor terlebih dahulu melewati repeater IC3:A, dan kemudian menuju ke pembagi pada resistor R5, R6, P5. Setelah sinyal dilemahkan, sinyal tersebut dibiaskan lebih lanjut oleh op-amp IC3:B.

Deskripsi operasi mikrokontroler

Mikrokontroler ATmega8A memproses sinyal dari op-amp dan menampilkan hasilnya pada layar. Ini memiliki clock dari osilator internal pada 8 MHz. Sekeringnya standar, kecuali CKSEL. Di PonyProg mereka diatur seperti ini:

ADC dikonfigurasi untuk beroperasi pada 125 kHz (faktor pembagian 64). Ketika konversi ADC selesai, pengendali interupsi dipanggil. Ini menyimpan nilai arus maksimum dan juga menjumlahkan kuadrat arus sampel yang berurutan. Setelah jumlah sampel mencapai 5000, mikrokontroler menghitung nilai RMS arus dan menampilkan datanya di layar. Kemudian variabel direset dan semuanya terjadi dari awal. Diagram menunjukkan tampilan WH0802A, tetapi tampilan lain dengan pengontrol HD44780 dapat digunakan.

Firmware mikrokontroler, proyek untuk CodeVision AVR dan file simulasi di Proteus terlampir pada artikel.

Menyiapkan skema

Menyiapkan perangkat dilakukan dengan menyesuaikan resistor pemangkas. Pertama, Anda perlu mengatur kontras tampilan dengan memutar P1.

Kemudian, beralih dengan tombol S1 ke mode hingga 10A, kami mengkonfigurasi P2 dan P3. Kami memutar salah satu resistor sejauh mungkin ke kanan dan, dengan memutar resistor kedua, kami mencapai pembacaan nol pada perangkat. Kami mencoba mengukur arus yang nilainya diketahui secara pasti, dan pembacaan ammeter harus lebih rendah dari yang sebenarnya. Kami memutar kedua resistor sedikit ke kiri sehingga titik nol dipertahankan, dan mengukur arus lagi. Kali ini pembacaannya harus sedikit lebih tinggi. Kami melanjutkan ini hingga kami mencapai tampilan nilai saat ini yang akurat.

Sekarang mari kita beralih ke mode hingga 50A dan mengkonfigurasinya. Resistor P4 menetapkan nol pada tampilan. Kami mengukur arus dan melihat bacaannya. Jika amperemeter terlalu tinggi, putar P5 ke kiri; jika terlalu rendah, putar ke kanan. Sekali lagi kita atur ke nol, periksa pembacaan pada arus tertentu, dan seterusnya.

Foto perangkat

Pengukuran arus DC:

Karena kalibrasi yang kurang akurat, nilainya sedikit dilebih-lebihkan.

Pengukuran arus bolak-balik dengan frekuensi 50 Hz, besi digunakan sebagai beban:

Secara teori, arus rms sinusoidal sama dengan maksimum 0,707, tetapi dilihat dari pembacaannya, koefisien ini sama dengan 0,742. Setelah dicek bentuk tegangan pada jaringan, ternyata hanya menyerupai gelombang sinus. Mengingat hal ini, pembacaan instrumen tersebut terlihat cukup dapat diandalkan.

Perangkat ini masih memiliki kekurangan. Ada kebisingan konstan pada keluaran sensor. Melewati op-amp, mereka sampai ke mikrokontroler, akibatnya tidak mungkin mencapai nol sempurna (sekitar 30-40 mA RMS yang ditampilkan, bukan nol). Hal ini dapat diperbaiki dengan meningkatkan kapasitas C7, namun kemudian akan bertambah parah karakteristik frekuensi: pada frekuensi tinggi pembacaan akan diremehkan.

Sumber yang digunakan

Daftar elemen radio

Salah satu yang paling banyak cara sederhana mengukur arus dalam suatu rangkaian listrik adalah mengukur jatuh tegangan pada suatu resistor yang dihubungkan secara seri dengan beban. Tetapi ketika arus melewati resistor ini, daya yang tidak berguna dilepaskan dalam bentuk panas, sehingga dipilih ke nilai seminimal mungkin, yang pada gilirannya memerlukan penguatan sinyal selanjutnya. Perlu dicatat bahwa rangkaian yang diberikan di bawah ini memungkinkan untuk mengontrol tidak hanya arus searah, tetapi juga arus berdenyut, dengan distorsi yang sesuai ditentukan oleh bandwidth elemen penguat.

Pengukuran arus pada kutub negatif beban.

Rangkaian pengukuran arus beban pada kutub negatif ditunjukkan pada Gambar 1.

Diagram ini dan beberapa informasinya dipinjam dari majalah “Komponen dan Teknologi” No. 10 Tahun 2006. Mikhail Pushkarev [dilindungi email]
Keuntungan:
tegangan mode umum masukan rendah;
sinyal input dan output memiliki kesamaan;
Mudah diimplementasikan dengan satu catu daya.
Kekurangan:
tidak ada beban komunikasi langsung dengan "bumi";
tidak ada kemungkinan mengganti beban dengan kunci di kutub negatif;
kemungkinan kegagalan rangkaian pengukuran akibat hubungan pendek pada beban.

Mengukur arus pada kutub negatif beban tidaklah sulit. Banyak op-amp yang dirancang untuk beroperasi dengan suplai suplai tunggal cocok untuk tujuan ini. Rangkaian untuk mengukur arus menggunakan penguat operasional ditunjukkan pada Gambar. 1. Pemilihan jenis penguat tertentu ditentukan oleh akurasi yang diperlukan, yang terutama dipengaruhi oleh offset nol penguat, penyimpangan suhu dan kesalahan pengaturan penguatan, serta kecepatan rangkaian yang diperlukan. Pada awal skala, kesalahan konversi yang signifikan tidak dapat dihindari, yang disebabkan oleh nilai tegangan keluaran minimum penguat yang bukan nol, yang bagi sebagian besar orang aplikasi praktis tidak penting. Untuk menghilangkan kelemahan ini, hal ini diperlukan catu daya bipolar penguat

Mengukur arus pada kutub positif beban

Keuntungan:
beban dibumikan;
Terdeteksi hubungan pendek pada beban.
Kekurangan:
tegangan input mode umum yang tinggi (seringkali sangat tinggi);
kebutuhan untuk menggeser sinyal keluaran ke tingkat yang dapat diterima untuk pemrosesan selanjutnya dalam sistem (referensi ke ground).
Mari kita pertimbangkan rangkaian untuk mengukur arus di kutub positif beban menggunakan penguat operasional.

Dalam diagram pada Gambar. 2 Anda dapat menggunakan salah satu tegangan suplai yang sesuai penguat operasional, dirancang untuk beroperasi dengan suplai tunggal dan tegangan mode umum masukan maksimum yang mencapai tegangan suplai, seperti AD8603. Tegangan suplai maksimum rangkaian tidak boleh melebihi tegangan suplai maksimum yang diizinkan dari amplifier.

Namun ada op-amp yang mampu beroperasi pada tegangan input mode umum yang jauh lebih tinggi daripada tegangan suplai. Pada rangkaian yang menggunakan op-amp LT1637 ditunjukkan pada Gambar. 3, tegangan suplai beban dapat mencapai 44 V dengan tegangan suplai op-amp 3 V. Penguat instrumentasi seperti LTC2053, LTC6800 dari Linear Technology, INA337 dari Linear Technology cocok untuk mengukur arus pada kutub positif beban dengan a kesalahan yang sangat kecil. Instrumen Texas. Ada juga sirkuit mikro khusus untuk mengukur arus di kutub positif, misalnya INA138 dan INA168.

INA138 dan INA168

— monitor arus unipolar bertegangan tinggi. Berbagai macam tegangan input, konsumsi arus rendah dan dimensi kecil - SOT23, memungkinkan chip ini digunakan di banyak sirkuit. Tegangan catu daya adalah dari 2,7 V hingga 36 V untuk INA138 dan dari 2,7 V hingga 60 V untuk INA168. Arus input tidak lebih dari 25 μA, yang memungkinkan Anda mengukur penurunan tegangan pada shunt dengan kesalahan minimal. Sirkuit mikro adalah konverter arus-tegangan dengan koefisien konversi dari 1 hingga 100 atau lebih. INA138 dan INA168 dalam paket SOT23-5 memiliki kisaran suhu pengoperasian -40°C hingga +125°C.
Diagram koneksi tipikal diambil dari dokumentasi sirkuit mikro ini dan ditunjukkan pada Gambar 4.

OPA454

- Penguat operasional tegangan tinggi berbiaya rendah baru perusahaan Texas Instrumen dengan arus keluaran lebih dari 50 mA dan bandwidth 2,5 MHz. Salah satu kelebihannya adalah stabilitas OPA454 yang tinggi pada penguatan kesatuan.

Perlindungan terhadap suhu berlebih dan arus berlebih diatur di dalam op-amp. Kinerja IC dipertahankan pada rentang tegangan suplai yang luas dari ±5 hingga ±50 V atau, dalam kasus ini catu daya unipolar, dari 10 hingga 100 V (maksimum 120 V). OPA454 memiliki pin "Status Flag" tambahan - output status op-amp dengan saluran terbuka, - yang memungkinkan Anda bekerja dengan logika tingkat mana pun. Penguat operasional tegangan tinggi ini memiliki presisi tinggi, rentang tegangan keluaran lebar, dan tidak ada masalah inversi fasa yang sering ditemui pada amplifier sederhana.
Fitur teknis OPA454:
Rentang tegangan suplai yang luas dari ±5 V (10 V) hingga ±50 V (100 V)
(maksimum hingga 120 V)
Arus keluaran maksimum besar > ±50 mA
Kisaran suhu pengoperasian yang luas dari -40 hingga 85°C (maksimum dari -55 hingga 125°C)
Desain paket SOIC atau HSOP (PowerPADTM)
Data tentang sirkuit mikro diberikan dalam “Berita Elektronik” No. 7 tahun 2008. Sergei Pichugin

Penguat sinyal shunt arus pada bus daya utama.

Dalam praktik radio amatir, untuk sirkuit yang parameternya tidak terlalu ketat, op-amp ganda LM358 murah cocok, memungkinkan pengoperasian dengan tegangan input hingga 32V. Gambar 5 menunjukkan salah satu dari sekian banyak skema standar menyalakan chip LM358 sebagai monitor arus beban. Omong-omong, tidak semua “lembar data” memiliki diagram untuk mengaktifkannya. Kemungkinan besar, sirkuit ini adalah prototipe sirkuit yang disajikan di majalah Radio oleh I. Nechaev dan yang saya sebutkan di artikel “ Indikator batas saat ini».
Sirkuit yang diberikan sangat nyaman digunakan dalam catu daya buatan sendiri untuk pemantauan, telemetri dan pengukuran arus beban, untuk membangun sirkuit perlindungan terhadap sirkuit pendek. Sensor arus pada rangkaian ini dapat memiliki resistansi yang sangat kecil dan tidak perlu menyetel resistor ini, seperti yang dilakukan pada amperemeter konvensional. Misalnya, tegangan pada resistor R3 pada rangkaian pada Gambar 5 sama dengan: Vo = R3∙R1∙IL / R2 yaitu Vo = 1000∙0,1∙1A / 100 = 1V. Satu ampere arus yang mengalir melalui sensor sama dengan satu volt penurunan tegangan pada resistor R3. Nilai rasio ini tergantung pada nilai seluruh resistor yang termasuk dalam rangkaian konverter. Oleh karena itu, dengan menjadikan resistor R2 sebagai pemangkas, Anda dapat dengan mudah menggunakannya untuk mengkompensasi penyebaran resistansi resistor R1. Hal ini juga berlaku untuk rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3. Pada rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar. 4, resistansi resistor beban RL dapat diubah. Untuk mengurangi penurunan tegangan keluaran catu daya, umumnya lebih baik mengambil resistansi sensor arus - resistor R1 pada rangkaian pada Gambar 5 sama dengan 0,01 Ohm, sambil mengubah nilai resistor R2 menjadi 10 Ohm atau menaikkan nilai resistor R3 menjadi 10 kOhm.

Dalam prakteknya, pengukuran tegangan harus dilakukan cukup sering. Tegangan diukur dalam teknik radio, perangkat listrik dan rantai, dll. Jenis arus bolak-balik bisa berdenyut atau sinusoidal. Sumber tegangan adalah generator arus.

Voltase arus pulsa memiliki parameter amplitudo dan tegangan rata-rata. Sumber tegangan tersebut dapat berupa generator pulsa. Tegangan diukur dalam volt dan diberi nama “V” atau “V”. Jika tegangannya bolak-balik, maka simbol “ ~ ", Untuk tegangan searah simbol “-” ditunjukkan. Tegangan AC di rumah jaringan rumah tangga bertanda ~220 V.

Ini adalah perangkat yang dirancang untuk mengukur dan mengontrol karakteristik sinyal listrik. Osiloskop bekerja berdasarkan prinsip defleksi berkas elektron, yang menampilkan nilai besaran variabel pada layar.

Pengukuran tegangan AC

Menurut dokumen peraturan Tegangan pada jaringan rumah tangga harus sebesar 220 volt dengan ketelitian deviasi 10%, yaitu tegangan dapat bervariasi pada kisaran 198-242 volt. Jika penerangan di rumah Anda semakin redup, lampu mulai sering mati, atau peralatan rumah tangga menjadi tidak stabil, maka untuk mengidentifikasi dan menghilangkan masalah tersebut, Anda perlu mengukur tegangan pada jaringan terlebih dahulu.

Sebelum melakukan pengukuran, sebaiknya persiapkan alat ukur yang ada untuk digunakan:

• Periksa integritas insulasi kabel kontrol dengan probe dan tip.
• Setel sakelar ke tegangan bolak-balik, dengan batas atas 250 volt atau lebih tinggi.
• Masukkan kabel uji ke dalam soket alat pengukur, misalnya. Untuk menghindari kesalahan, lebih baik melihat peruntukan soket pada case.
• Nyalakan perangkat.

Gambar tersebut menunjukkan bahwa batas pengukuran 300 volt dipilih pada tester, dan 700 volt pada multimeter. Beberapa perangkat memerlukan beberapa sakelar berbeda untuk diatur ke posisi yang diinginkan untuk mengukur tegangan: jenis arus, jenis pengukuran, dan juga memasukkan ujung kabel ke dalam soket tertentu. Ujung ujung hitam pada multimeter dimasukkan ke dalam soket COM (common socket), ujung berwarna merah dimasukkan ke dalam soket bertanda “V”. Soket ini umum untuk mengukur segala jenis tegangan. Soket bertanda “ma” digunakan untuk mengukur arus kecil. Soket bertanda “10 A” digunakan untuk mengukur arus dalam jumlah besar, yang bisa mencapai 10 ampere.

Jika Anda mengukur tegangan dengan kabel yang dimasukkan ke dalam soket “10 A”, perangkat akan rusak atau sekring akan putus. Oleh karena itu, kehati-hatian harus dilakukan saat melakukan pekerjaan pengukuran. Paling sering, kesalahan terjadi ketika resistansi pertama kali diukur, dan kemudian, karena lupa beralih ke mode lain, mereka mulai mengukur tegangan. Dalam hal ini, sebuah resistor yang bertanggung jawab untuk mengukur resistansi terbakar di dalam perangkat.

Setelah menyiapkan perangkat, Anda dapat memulai pengukuran. Jika tidak ada yang muncul pada indikator saat Anda menghidupkan multimeter, berarti baterai yang ada di dalam perangkat telah kedaluwarsa dan perlu diganti. Paling sering, multimeter mengandung “Krona”, yang menghasilkan tegangan 9 volt. Masa pakainya sekitar satu tahun, tergantung pabrikannya. Jika multimeter sudah lama tidak digunakan, kenop mungkin masih rusak. Jika baterainya bagus, multimeter akan menunjukkannya.

Probe kabel harus dimasukkan ke dalam soket atau disentuh dengan kabel telanjang.

Tampilan multimeter akan langsung menunjukkan nilai tegangan jaringan masuk bentuk digital. Pada dial gauge, jarum akan menyimpang dengan sudut tertentu. Penguji penunjuk memiliki beberapa skala bertingkat. Jika Anda melihatnya dengan cermat, semuanya menjadi jelas. Setiap skala dirancang untuk pengukuran tertentu: arus, tegangan, atau hambatan.

Batas pengukuran pada alat diatur sebesar 300 volt, sehingga perlu dihitung pada skala kedua yang mempunyai batas 3, dan pembacaan alat harus dikalikan 100. Skala tersebut mempunyai nilai pembagian sebesar 0,1 volt, jadi kita mendapatkan hasil seperti pada gambar, sekitar 235 volt. Hasil ini masih dalam batas yang dapat diterima. Jika pembacaan meteran terus berubah selama pengukuran, mungkin saja demikian kontak yang buruk pada sambungan kabel listrik, yang dapat menyebabkan busur api dan gangguan jaringan.

Pengukuran tegangan DC

Sumber tegangan konstan adalah baterai, tegangan rendah atau baterai yang tegangannya tidak melebihi 24 volt. Oleh karena itu, menyentuh kutub baterai tidak berbahaya dan tidak memerlukan tindakan pengamanan khusus.

Untuk menilai kinerja baterai atau sumber lain, perlu dilakukan pengukuran tegangan pada kutubnya. Untuk baterai AA, tiang listriknya terletak di ujung casing. Kutub positif bertanda “+”.

Arus searah diukur dengan cara yang sama seperti arus bolak-balik. Satu-satunya perbedaan adalah dalam mengatur perangkat ke mode yang sesuai dan mengamati polaritas terminal.

Tegangan baterai biasanya ditandai pada casingnya. Namun hasil pengukuran belum menunjukkan kesehatan baterai, karena gaya gerak listrik baterai diukur. Durasi pengoperasian perangkat tempat baterai akan dipasang bergantung pada kapasitasnya.

Untuk menilai kinerja baterai secara akurat, perlu dilakukan pengukuran tegangan pada beban yang terhubung. Untuk baterai AA, bola lampu senter biasa 1,5 volt cocok sebagai beban. Jika voltase sedikit berkurang saat lampu menyala, yaitu tidak lebih dari 15%, maka baterai layak untuk dioperasikan. Jika tegangan turun jauh lebih banyak, maka baterai seperti itu hanya dapat berfungsi jam dinding, yang mengkonsumsi sangat sedikit energi.

: Arus dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan.

KEKUATAN SAAT INI adalah karakteristik kuantitatif arus listrik adalah besaran fisis yang sama dengan jumlah listrik yang mengalir melalui suatu penampang konduktor per satuan waktu. Diukur dalam ampere.

Untuk kabel listrik di apartemen, kekuatan arus memainkan peran besar, karena berdasarkan nilai maksimum yang mungkin untuk saluran terpisah yang berasal dari panel listrik, penampang konduktor dan nilai arus maksimum tergantung pemutus arus, melindungi kabel listrik dari kerusakan jika terjadi kecelakaan.

Oleh karena itu, jika penampang dan pemutus arus tidak dipilih dengan benar, maka ia akan roboh begitu saja, dan menggantinya dengan yang lebih kuat tidak akan berhasil.

Misalnya, kabel dan kabel yang paling umum pada kabel listrik dengan penampang 1,5 milimeter persegi terbuat dari tembaga atau aluminium 2,5 milimeter persegi. Mereka dirancang untuk arus maksimum 16 Ampere atau sambungan listrik tidak lebih dari 3 setengah kilowatt. Jika Anda menghubungkan konsumen listrik yang kuat melebihi batas ini, maka Anda tidak bisa begitu saja mengganti pemutus arus dengan yang 25 A - kabel listrik tidak akan tahan dan Anda harus mentransfer kabel tembaga dengan penampang 2,5 meter persegi. dari switchboard. mm, yang dirancang untuk arus maksimum 25 A.

Satuan untuk mengukur kekuatan arus listrik.

Selain Ampere, kita juga sering menjumpai konsep daya arus listrik. Nilai ini menunjukkan usaha yang dilakukan arus per satuan waktu.

Daya sama dengan perbandingan usaha yang dilakukan dengan waktu yang dilakukan. Daya diukur dalam Watt dan dilambangkan dengan huruf P. Dihitung dengan rumus P = A x B, yaitu untuk mengetahui daya perlu mengalikan tegangan jaringan listrik dengan arus yang dikonsumsi oleh peralatan listrik yang terhubung dengannya, peralatan Rumah Tangga, pencahayaan, dll.

Pada konsumen listrik, pelat atau paspor seringkali hanya menunjukkan konsumsi daya, sehingga Anda dapat dengan mudah menghitung arusnya. Misalnya konsumsi daya sebuah TV adalah 110 watt. Untuk mengetahui jumlah arus yang dikonsumsi, bagi daya dengan tegangan 220 Volt dan kita mendapatkan 0,5 A.
Namun perlu diingat bahwa ini adalah nilai maksimum; pada kenyataannya mungkin lebih kecil karena TV dengan kecerahan rendah dan dalam kondisi lain akan mengkonsumsi lebih sedikit listrik.

Alat untuk mengukur arus listrik.

Untuk mengetahui konsumsi energi riil dengan memperhitungkan pekerjaan di mode yang berbeda untuk peralatan listrik, peralatan Rumah Tangga dll. - kita membutuhkan alat ukur listrik:

1. Pengukur amper- diketahui semua orang dari pelajaran praktik fisika di sekolah (Gambar 1). Tapi mereka tidak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan oleh para profesional karena ketidakpraktisan.
2. Multimeter- Ini perangkat elektronik melakukan berbagai pengukuran, termasuk kekuatan arus (Gambar 2). Sangat tersebar luas, baik di kalangan tukang listrik maupun dalam kehidupan sehari-hari. Saya sudah memberi tahu Anda cara mengukur kekuatan arus dengan menggunakannya.
3. Penguji- Praktis sama dengan multimeter, namun tanpa menggunakan elektronik dengan tanda panah yang menunjukkan nilai pengukuran berdasarkan pembagian di layar. Jarang terlihat saat ini, mereka banyak digunakan pada masa Soviet.
4. Meteran penjepit tukang listrik (Gambar 3), inilah yang saya gunakan dalam pekerjaan saya, karena tidak memerlukan pemutusan konduktor untuk pengukuran, tidak perlu berada di bawah tegangan dan memutus beban. Mengukur dengan mereka adalah suatu kesenangan - dengan cepat dan mudah.

Cara mengukur arus dengan benar.

Untuk mengukur daya bagi konsumen, perlu menghubungkan satu klem dari ammeter, tester atau multimeter ke terminal positif baterai atau kabel dari catu daya atau trafo, dan klem kedua ke kabel menuju ke konsumen dan setelah mengaktifkan mode pengukuran DC dengan margin batas maksimum atas - lakukan pengukuran.

Hati-hati saat membuka sirkuit yang berfungsi, busur muncul, yang besarnya meningkat seiring dengan kekuatan arus.

Untuk mengukur arus bagi konsumen yang terhubung langsung ke stopkontak atau ke kabel listrik dari catu daya rumah, alat pengukur dialihkan ke mode pengukuran arus bolak-balik dengan margin di batas atas. Selanjutnya tester atau multimeter dihubungkan ke celah tersebut kawat fase. Apa fase yang kita baca.

Semua pekerjaan harus dilakukan hanya setelah ketegangan dihilangkan.

Setelah semuanya siap, hidupkan dan periksa kekuatan arusnya. Pastikan Anda tidak menyentuh kontak atau kabel yang terbuka.

Setuju bahwa cara-cara yang dijelaskan di atas sangat merepotkan dan bahkan berbahaya!

Aku sudah lama berada di milikku aktivitas profesional Saya menggunakan tukang listrik untuk mengukur arus klem saat ini(gambar di sebelah kanan). Seringkali mereka datang dalam wadah yang sama dengan multimeter.

Sangat mudah untuk mengukurnya - kami menyalakannya dan mengalihkannya ke mode pengukuran AC, lalu kami memisahkan kumis yang terletak di atas dan memasukkan kabel fase ke dalam, setelah itu kami memastikannya terpasang erat satu sama lain dan melakukan pengukuran. .

Seperti yang Anda lihat, ini cepat, sederhana, dan Anda dapat mengukur arus di bawah tegangan menggunakan metode ini, namun berhati-hatilah agar tidak terjadi hubungan pendek secara tidak sengaja pada kabel yang berdekatan pada panel listrik.

Ingatlah bahwa untuk pengukuran yang benar, Anda hanya perlu membuat lingkar satu kawat fase, dan jika Anda melilitkan kabel padat yang fase dan nolnya menyatu, pengukuran tidak akan dapat dilakukan!

Materi terkait:

Pengukuran arus searah paling sering diproduksi oleh galvanometer magnetoelektrik, mikroammeter, miliammeter dan amperemeter, yang bagian utamanya adalah mekanisme pengukuran magnetoelektrik (meter). Struktur salah satu desain umum dial meter ditunjukkan pada Gambar. 1. Meteran berisi magnet berbentuk tapal kuda 1. Di celah udara antara potongan kutubnya 2 dan inti silinder stasioner 5, terbuat dari bahan magnet lunak, tercipta medan magnet seragam, garis induksinya tegak lurus terhadap magnet permukaan inti. Di celah ini ditempatkan bingkai 4, dililit dengan tembaga tipis kawat terisolasi(diameter 0,02...0,2 mm) di atas kertas ringan atau bingkai aluminium persegi panjang. Bingkai dapat berputar bersama dengan sumbu 6 dan penunjuk 10, yang ujungnya bergerak di atas skala. Pegas spiral datar 5 berfungsi untuk menciptakan momen yang melawan putaran rangka, serta untuk mensuplai arus ke rangka. Satu pegas dipasang di antara poros dan badan. Pegas kedua dipasang di satu ujung ke sumbu, dan di ujung lainnya ke tuas korektor 7, yang garpunya menutupi batang eksentrik sekrup 8. Dengan memutar sekrup ini, penunjuk diatur ke pembagian skala nol. Counterweight 9 berfungsi untuk menyeimbangkan bagian meteran yang bergerak guna menstabilkan posisi anak panah pada saat posisi alat berubah.

Beras. 1. Perancangan mekanisme pengukuran magnetoelektrik.

Arus terukur, melewati putaran bingkai, berinteraksi dengan medan magnet magnet permanen. Torsi yang dihasilkan dalam hal ini, yang arahnya ditentukan oleh aturan tangan kiri yang terkenal, menyebabkan rangka berputar pada sudut yang diimbangi oleh torsi penangkal yang terjadi ketika pegas diputar 5. Karena keseragaman medan magnet konstan di celah udara, torsi, dan oleh karena itu simpangan panah sudut menjadi sebanding dengan arus mengalir melalui bingkai. Oleh karena itu, perangkat magnetoelektrik memiliki skala yang seragam. Besaran lain yang mempengaruhi nilai torsi - induksi magnet di celah udara, jumlah putaran dan luas rangka - tetap konstan dan, bersama dengan gaya elastis pegas, menentukan sensitivitas meteran.

Ketika bingkai diputar, arus diinduksi dalam bingkai aluminiumnya, interaksinya dengan medan magnet permanen menciptakan torsi pengereman yang dengan cepat menenangkan bagian meteran yang bergerak (waktu penyelesaian tidak melebihi 3 detik).

Meter dicirikan oleh tiga parameter kelistrikan: a) arus defleksi total Ii, yang menyebabkan jarum menyimpang ke ujung skala; b) simpangan total tegangan Ui, yaitu tegangan pada rangka meteran yang menimbulkan arus Ii pada rangkaiannya; c) hambatan dalam Ri, yang merupakan hambatan rangka. Parameter ini saling berhubungan menurut hukum Ohm:

Digunakan dalam alat ukur radio berbagai jenis meter magnetoelektrik, arus simpangan total biasanya berada pada kisaran 10...1000 μA. Meter yang arus simpangan totalnya tidak melebihi 50-100 μA dianggap sangat sensitif.

Beberapa meter dilengkapi dengan shunt magnet dalam bentuk pelat baja, yang dapat didekatkan ke permukaan ujung potongan tiang dan magnet atau dilepas darinya. Dalam hal ini, arus defleksi total I akan berkurang atau bertambah dalam batas kecil karena perubahan fluks magnet yang bekerja pada rangka karena percabangan sebagian fluks magnet total melalui shunt.

Tegangan deviasi total Ui untuk sebagian besar meter terletak pada kisaran 30-300 mV. Resistansi rangka Ri bergantung pada keliling rangka, jumlah lilitan, dan diameter kawat. Semakin sensitif meterannya, semakin banyak lilitan kawat tipis yang dimiliki rangkanya dan semakin besar resistansinya. Peningkatan sensitivitas meter juga dicapai dengan menggunakan magnet yang lebih kuat, bingkai tanpa bingkai, pegas dengan momen lawan yang kecil dan suspensi bagian yang bergerak pada kabel pria (dua benang tipis).

Pada meter sensitif dengan bingkai tanpa bingkai, jarum, yang dibelokkan oleh arus yang melewati bingkai, membuat serangkaian osilasi sebelum berhenti pada posisi setimbang. Untuk mengurangi waktu penyelesaian jarum, rangka dilangsir dengan resistor dengan resistansi ribuan atau ratusan ohm. Peran yang terakhir terkadang dimainkan oleh diagram kelistrikan perangkat terhubung paralel ke bingkai.

Meter dengan bingkai yang dapat digerakkan memungkinkan Anda memperoleh sudut defleksi penuh jarum hingga 90-100°. Meteran berukuran kecil terkadang dibuat dengan bingkai tetap dan magnet bergerak yang dipasang pada sumbu yang sama dengan panah. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk meningkatkan sudut defleksi penuh panah hingga 240°.

Meter yang sangat sensitif yang digunakan untuk mengukur arus yang sangat kecil (kurang dari 0,01 μA) dan tegangan (kurang dari 1 μV) disebut galvanometer. Mereka sering digunakan sebagai indikator nol (indikator tidak adanya arus atau tegangan dalam suatu rangkaian) ketika mengukur dengan metode perbandingan. Menurut metode pembacaannya, galvanometer dibagi menjadi penunjuk dan cermin; yang terakhir, tanda acuan pada skala dibuat menggunakan berkas cahaya dan cermin yang dipasang pada bagian perangkat yang bergerak.

Meter magnetoelektrik hanya cocok untuk pengukuran arus searah. Perubahan arah arus pada rangka mengakibatkan perubahan arah torsi dan defleksi tanda panah pada rangka. sisi sebaliknya. Ketika meter dihubungkan dengan rangkaian arus bolak-balik dengan frekuensi hingga 5-7 Hz, jarum akan terus berosilasi di sekitar nol pada skala dengan frekuensi tersebut. Pada frekuensi arus yang lebih tinggi, sistem yang bergerak karena inersianya tidak mempunyai waktu untuk mengikuti perubahan arus dan jarum tetap pada posisi nol. Jika arus berdenyut mengalir melalui meteran, maka defleksi jarum ditentukan oleh komponen konstan arus ini. Untuk mencegah jarum bergetar, meteran di-shunt dengan kapasitor kapasitas besar.

Meter yang dirancang untuk beroperasi pada rangkaian arus searah, yang arahnya tidak berubah, mempunyai skala satu sisi, yang salah satu ujungnya adalah pembagian nol. Untuk mendapatkan defleksi jarum yang benar, arus harus mengalir melalui rangka searah dari terminal bertanda “+” ke terminal bertanda “-”. Meteran yang dirancang untuk beroperasi pada rangkaian arus searah, yang arahnya dapat berubah, dilengkapi dengan skala dua sisi, yang pembagian nolnya biasanya terletak di tengah; Ketika arus mengalir di perangkat dari terminal “+” ke terminal “-”, panah menyimpang ke kanan.

Meter magnetoelektrik mampu menahan beban berlebih jangka pendek mencapai 10 kali lipat nilai arus Ii, dan 3 kali beban berlebih jangka panjang. Mereka tidak sensitif terhadap medan magnet eksternal (karena adanya medan magnet internal yang kuat), mengkonsumsi sedikit daya selama pengukuran dan dapat dilakukan di semua kelas akurasi.

Untuk pengukuran arus bolak-balik, meter magnetoelektrik digunakan bersama dengan konverter semikonduktor, elektronik, fotolistrik, atau termal; bersama-sama mereka masing-masing membentuk perangkat penyearah, elektronik, fotolistrik, atau termoelektrik.

Alat ukur terkadang menggunakan meter elektromagnetik, elektrodinamik dan ferrodinamik, yang cocok untuk pengukuran langsung baik arus searah maupun nilai rms arus bolak-balik yang memiliki frekuensi hingga 2,5 kHz. Namun, meteran jenis ini secara signifikan lebih rendah daripada meteran magnetoelektrik dalam hal sensitivitas, akurasi, dan konsumsi daya selama pengukuran. Selain itu, mereka memiliki skala yang tidak rata, dikompresi pada bagian awal, dan sensitif terhadap efek medan magnet eksternal, untuk melemahkannya perlu menggunakan layar magnetik dan mempersulit desain perangkat.

Penentuan parameter listrik meter magnetoelektrik

Saat menggunakan mekanisme pengukuran sebagai meteran perangkat magnetoelektrik tipe yang tidak diketahui parameter yang terakhir - arus deviasi total I dan resistansi internal R dan - harus ditentukan secara eksperimental.

Beras. 2. Skema pengukuran parameter kelistrikan meter magnetoelektrik

Resistansi bingkai Ri dapat diukur secara kasar dengan ohmmeter yang memiliki batas pengukuran yang diperlukan. Kehati-hatian harus diberikan saat menguji meteran yang sangat sensitif arus tinggi ohmmeter dapat merusaknya. Jika digunakan ohmmeter baterai multi-rentang, maka pengukuran harus dimulai dari batas resistansi tertinggi, dimana arus pada rangkaian daya ohmmeter adalah yang terkecil. Transisi ke batas lain hanya diperbolehkan jika hal ini tidak menyebabkan jarum meteran keluar skala.

Parameter meter dapat ditentukan dengan cukup akurat menggunakan diagram pada Gambar. 2, sebuah. Rangkaian ini ditenagai dari sumber tegangan konstan B melalui resistor R1, yang berfungsi untuk membatasi arus pada rangkaian. Rheostat R2 digunakan untuk membelokkan jarum meter AND hingga skala penuh. Dalam hal ini, nilai arus Ii dihitung dengan menggunakan mikroammeter standar (referensi) (miliammeter) μA (Saat memasang, memeriksa dan mengkalibrasi alat ukur, jika tidak ada instrumen dan ukuran standar, instrumen kerja dan ukuran kelas akurasi yang lebih tinggi dari apa yang sedang diuji digunakan; perangkat dan tindakan tersebut akan disebut pendukung). Kemudian simpanan resistansi referensi Ro dihubungkan secara paralel ke meter, dengan mengubah resistansi sehingga arus yang melalui meter dikurangi tepat dua kali dibandingkan dengan arus masuk sirkuit umum. Hal ini akan terjadi dengan hambatan Ro = Ri. Alih-alih majalah perlawanan, Anda bisa menggunakan majalah apa saja resistor variabel dilanjutkan dengan mengukur hambatannya Ro = Ri menggunakan ohmmeter atau jembatan DC. Dimungkinkan juga untuk menghubungkan secara paralel ke meter sebuah resistor yang tidak diatur dengan resistansi yang diketahui R, sebaiknya dekat dengan resistansi yang diharapkan R; maka nilai yang terakhir ditentukan oleh rumus

Ri = (I/I1 - 1) * R,

dimana I dan I1 adalah arus, masing-masing diukur dengan perangkat μA dan I.

Jika meter I mempunyai skala seragam yang mengandung pembagian αn, maka rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar dapat diterapkan. 2, dgn B. Parameter meteran yang diperlukan dihitung menggunakan rumus:

Ii = U/(R1+R2) * αп/α1 ; Ri = (α2 * R2)/(α1-α2) - R1,

dimana U adalah tegangan suplai, diukur dengan voltmeter V, α1 dan α2 adalah pembacaan pada skala meter ketika saklar B diatur ke posisi 1 dan 2, dan R1 dan R2 adalah resistansi resistor yang diketahui, yang diambil dengan nilai yang kurang lebih sama. Semakin dekat pembacaan α1 ke ujung skala, semakin kecil kesalahan pengukuran, yang dicapai dengan pilihan resistansi yang tepat.

Miliammeter dan amperemeter magnetoelektrik

Meter magnetoelektrik bila dihubungkan langsung dengan rangkaian listrik hanya dapat digunakan sebagai mikroammeter arus searah dengan batas pengukuran sama dengan arus simpangan total Ii. Untuk memperluas batas pengukuran, I meter dihubungkan ke rangkaian arus yang sejajar dengan shunt - resistor resistansi rendah Rsh (Gbr. 3); dalam hal ini, hanya sebagian dari arus terukur yang akan mengalir melalui meteran, dan semakin kecil, semakin rendah hambatan Rsh dibandingkan dengan hambatan meter Ri. Untuk pengukuran elektronik, batas maksimum yang diperlukan untuk mengukur arus searah jarang melebihi 1000 mA (1 A).

Pada nilai batas yang dipilih dari arus terukur Ip, arus simpangan total Ii harus mengalir melalui meter; ini akan terjadi pada resistensi shunt

Rsh = Ri:(Ip/Ii - 1). (1)

Misalnya diperlukan perluasan batas pengukuran mikroammeter tipe M260 yang mempunyai parameter Ip = 0,2 mA dan Ri = 900 Ohm, hingga nilai Ip = 20 mA maka perlu digunakan shunt dengan resistansi sebesar Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.

Beras. 3. Diagram kalibrasi miliammeter magnetoelektrik (ammeter)

Shunt untuk miliammeter terbuat dari kawat manganin atau konstantan. Berkat yang tinggi resistivitas material, dimensi shunt kecil, yang memungkinkannya dihubungkan langsung antara terminal perangkat di dalam atau di luar casingnya. Jika nilai arus Iп (dalam ampere) diketahui, maka diameter kawat shunt d (dalam milimeter) dipilih dari kondisi

d >= 0,92 I p 0,5 , (2)

dimana rapat arus pada shunt tidak melebihi 1,5 A/mm 2. Misalnya, shunt miliammeter dengan batas pengukuran Iп = 20 mA harus dibuat dari kawat dengan diameter 0,13 mm.

Setelah memilih kawat dengan diameter yang sesuai d (dalam milimeter), panjangnya (dalam meter) yang diperlukan untuk membuat shunt dengan hambatan Rsh (dalam ohm) kira-kira ditentukan dengan rumus

L = (1.5...1.9)d 2 * Rsh (3)

dan diatur secara tepat saat perangkat dihidupkan sesuai dengan diagram pada Gambar. 3 seri dengan referensi miliammeter mA.

Shunt untuk arus tinggi (hingga amperemeter) biasanya dibuat dari lembaran manganin. Untuk menghilangkan pengaruh resistansi transien kontak dan resistansi konduktor penghubung, shunt tersebut memiliki empat klem (Gbr. 4, a). Klem besar eksternal disebut klem arus dan digunakan untuk memasukkan shunt ke dalam rangkaian arus yang diukur. Terminal internal disebut potensial dan dimaksudkan untuk menghubungkan meteran. Desain ini juga menghilangkan kemungkinan kerusakan pada meteran akibat arus yang tinggi jika shunt terputus secara tidak sengaja.

Untuk mengurangi kesalahan pengukuran suhu yang disebabkan oleh ketergantungan suhu yang berbeda dari resistansi rangka meteran dan shunt, resistor manganin Rk dihubungkan secara seri dengan meteran (Gbr. 4, b); kesalahan berkurang seiring dengan meningkatnya resistansi rangkaian meteran. Lagi hasil terbaik dicapai dengan menyalakan termistor Rк dengan koefisien resistansi suhu negatif. Saat menghitung perangkat dengan kompensasi suhu, resistansi R dan dalam rumus perhitungan harus dipahami sebagai resistansi total meter dan resistor Rk.

Beras. 4. Sirkuit untuk menghubungkan shunt untuk arus tinggi (a) dan elemen kompensasi suhu (b)

Dengan mempertimbangkan pengaruh shunt, resistansi internal miliammeter (ammeter)

Rma = RiRsh/(Ri+Rsh). (4)

Untuk memastikan akurasi yang cukup tinggi pada rentang arus terukur yang luas, perangkat harus memiliki beberapa batas pengukuran; Hal ini dicapai dengan menggunakan serangkaian shunt yang dapat dialihkan yang dirancang untuk itu arti yang berbeda batasi Ip saat ini.

Faktor skala transisi N adalah perbandingan nilai batas atas dari dua batas pengukuran yang berdekatan. Ketika N = 10, misalnya, dalam miliammeter empat batas dengan batas 1, 10, 100 dan 1000 mA, skala instrumen yang dibuat untuk salah satu batas (1 mA) dapat dengan mudah digunakan untuk mengukur arus pada batas lain. batas dengan mengalikan pembacaan dengan pengali yang sesuai adalah 10, 100 atau 1000. Dalam hal ini, rentang pengukuran akan mencapai 90% dari rentang pembacaan, yang akan menyebabkan peningkatan nyata dalam kesalahan pengukuran nilai-nilai saat ini yang sesuai dengan pembacaan di bagian awal skala.

Beras. 5. Skala miliammeter magnetoelektrik multi-batas

Untuk meningkatkan keakuratan pengukuran pada beberapa instrumen, nilai batas arus yang diukur dipilih dari sejumlah angka 1, 5, 20, 100, 500, dst, menggunakan skala umum dengan beberapa baris angka. tanda untuk membaca (Gbr. 5, a). Terkadang nilai batas dipilih dari rangkaian angka 1, 3, 10, 30, 100, dst., yang memungkinkan untuk menghilangkan penghitungan pada sepertiga pertama skala; namun, skala harus memiliki dua baris tanda, yang masing-masing diberi nilai kelipatan 3 dan 10 (Gbr. 5, b).

Peralihan shunt yang diperlukan untuk berpindah dari satu batas pengukuran ke batas pengukuran lainnya dapat dilakukan dengan menggunakan sakelar saat menggunakan terminal masukan umum di semua batas (Gbr. 6) atau menggunakan sistem soket terpisah, yang bagiannya dihubungkan oleh logam steker kabel pengukur (Gbr. 7 ). Sebuah fitur dari sirkuit pada Gambar. 6, b, dan 7, b adalah bahwa shunt dari setiap batas pengukuran mencakup resistor shunt dari batas lain yang kurang sensitif.

Beras. 6. Skema miliammeter multi-batas dengan sakelar batas pengukuran.

Ketika beralih di bawah batas pengukuran perangkat saat ini, kerusakan pada meteran mungkin terjadi jika dihubungkan secara singkat tanpa shunt ke sirkuit arus yang diukur. Untuk menghindari hal ini, desain sakelar (Gbr. 6) harus memastikan transisi dari satu kontak ke kontak lainnya tanpa memutus sirkuit. Oleh karena itu, desain soket terpisah (Gbr. 7) harus memungkinkan steker kabel pengukur, ketika dihidupkan, awalnya ditutup dengan shunt, dan kemudian dengan rangkaian meteran.

Beras. 7. Sirkuit miliammeter multi-jarak dengan peralihan batas pengukuran colokan-soket.

Untuk melindungi meteran dari beban berlebih yang berbahaya, tombol Kn dengan kontak putus kadang-kadang ditempatkan sejajar dengannya (Gbr. 7, b); Meteran disertakan dalam sirkuit hanya ketika tombol ditekan. Cara efektif untuk melindungi meteran sensitif adalah dengan melewatinya (in arah ke depan) dipilih secara khusus dioda semikonduktor; namun dalam kasus ini, pelanggaran terhadap keseragaman skala mungkin terjadi.

Dibandingkan dengan perangkat dengan shunt yang dapat dialihkan, perangkat multi-jarak dengan shunt universal lebih andal dalam pengoperasiannya. Shunt universal adalah sekelompok resistor yang dihubungkan secara seri, membentuk rangkaian tertutup bersama dengan meter (Gbr. 8). Untuk menyambung ke rangkaian yang diteliti, digunakan klem negatif umum dan klem yang dihubungkan ke salah satu keran shunt. Dalam hal ini, dua cabang paralel terbentuk. Misalnya, ketika sakelar B diatur ke posisi 2 (Gbr. 8, a), satu cabang mencakup resistor dari bagian aktif shunt, yang memiliki resistansi Rsh.d = Rsh2 + Rsh3, dan cabang kedua mencakup resistor Rsh1 secara seri dengan meteran. Resistansi Rsh.d harus sedemikian rupa sehingga pada arus terukur maksimum Ip, arus deviasi total Ii mengalir melalui meter. Umumnya

Rsh.d = (Rsh + Ri) (Ii/Ip). (5)

dimana Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... adalah hambatan total shunt.

Shunt universal umumnya menjalankan fungsi shunt aktif pada batas 1, yang sesuai dengan nilai batas terkecil dari arus terukur Iп1; hambatannya dapat dihitung dengan menggunakan rumus (1). Jika batas pengukuran dipilih Iп2 = = N12*Iп1; Iп3 = N23*Iп2; Iп4 = N34*Iп3, dst., maka resistansi masing-masing bagian shunt akan ditentukan oleh persamaan:

Rsh2 + Rsh3 + RSH4 + ... = Rsh/N12;

Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23);

Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23*N34), dst. Perbedaan resistansi dari dua persamaan yang berdekatan memungkinkan kita menentukan resistansi komponen individu shunt Rsh1, Rsh2, Rsh3, dll.

Beras. 8. Skema miliammeter multi-batas dengan shunt universal

Dari ungkapan di atas jelas bahwa faktor transisi N12, N23, N34, dll. sepenuhnya ditentukan oleh rasio resistansi masing-masing bagian shunt dan sepenuhnya tidak bergantung pada data meteran. Oleh karena itu, shunt universal yang sama, yang dihubungkan secara paralel ke meter yang berbeda, akan mengubah batasnya dengan jumlah yang sama; dalam hal ini batas pengukuran awal ditentukan oleh rumus

Iп1 = Ii*(Ri/Rsh + 1). (6)

Dari diagram pada Gambar. Gambar 8 menunjukkan bahwa pada perangkat dengan shunt universal, batas pengukuran dapat dipilih menggunakan sakelar dan soket tipe biasa. Memutuskan kontak di sirkuit ini aman untuk meteran. Jika perkiraan nilai arus yang akan diukur tidak diketahui, maka sebelum menghubungkan perangkat multi-batas ke rangkaian yang diuji, batas pengukuran atas terbesar harus ditetapkan,

Kalibrasi miliammeter dan amperemeter magnetoelektrik

Kalibrasi suatu alat ukur terdiri dari penentuan sifat kalibrasinya, yaitu hubungan antara nilai besaran yang diukur dengan pembacaan alat baca tersebut, yang dinyatakan dalam bentuk tabel, grafik atau rumus. Dalam prakteknya, kalibrasi suatu alat penunjuk diselesaikan dengan menerapkan pembagian pada skalanya yang sesuai dengan nilai numerik tertentu dari besaran yang diukur.

Untuk perangkat magnetoelektrik dengan skala seragam, tugas utama kalibrasi adalah menetapkan korespondensi pembagian skala akhir dengan nilai batas dari nilai yang diukur, yang dapat dilakukan dengan menggunakan diagram yang mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Alat yang akan dikalibrasi dihubungkan pada terminal 1 dan 2. Dengan rheostat R pada rangkaian yang ditenagai oleh sumber arus searah, nilai batas arus Ip diatur menggunakan alat acuan mA dan titik skala dimana meteran tersebut penyimpangan jarum I dicatat. Jika alat yang dikalibrasi mempunyai satu batas, maka Setiap titik di dekat perhentian yang membatasi pergerakan panah dapat diambil sebagai titik akhir skala. Dalam instrumen multi-batas dengan banyak skala, pilihan akhir skala yang sewenang-wenang hanya dapat dilakukan pada satu batas, yang diambil sebagai batas awal.

Jika panah pada Iп saat ini tidak berada pada pembagian skala akhir, penyesuaian perangkat diperlukan. Pada perangkat batas tunggal atau pada batas awal perangkat multibatas, penyesuaian ini dapat dilakukan dengan menggunakan shunt magnetik. Dengan tidak adanya yang terakhir, penyesuaian dilakukan dengan mengatur resistansi shunt. Jika pada arus Ip panah tidak mencapai pembagian akhir, maka resistansi shunt Rsh harus ditingkatkan; ketika panah keluar dari skala, resistansi shunt berkurang.

Saat mengkalibrasi perangkat multi-batas yang beroperasi sesuai dengan skema yang ditunjukkan pada Gambar. 6, b, 7, b dan 8, penyetelan shunt harus dilakukan dalam dalam urutan tertentu, dimulai dengan resistansi shunt Rsh, sesuai dengan arus batas tertinggi Iп3; kemudian resistansi shunt Rsh2 dan Rsh1 disesuaikan secara berurutan. Saat mengganti batas, perangkat referensi mungkin perlu diganti, batas pengukuran atas yang dalam semua kasus harus sama dengan atau sedikit melebihi nilai batas skala yang dikalibrasi.

Mengetahui posisi divisi awal dan akhir pada skala yang seragam, mudah untuk menentukan posisi semua divisi perantara. Namun, harus diingat bahwa beberapa perangkat magnetoelektrik, karena cacat desain atau fitur rangkaian pengukuran, mungkin tidak memiliki proporsionalitas yang tepat antara pergerakan sudut jarum dan arus yang diukur. Oleh karena itu, disarankan untuk memeriksa kalibrasi skala pada beberapa titik perantara dengan mengubah arus dengan rheostat R. Resistor Rо berfungsi untuk membatasi arus pada rangkaian.

Kalibrasi harus dilakukan dengan instrumen telah terpasang sepenuhnya dan dalam kondisi pengoperasian normal. Diterima titik referensi diaplikasikan pada permukaan timbangan dengan pensil runcing (dengan kaca dikeluarkan dari wadah meteran) atau dipasang sesuai dengan tanda pada skala perangkat yang ada. Jika timbangan meteran yang lama sudah tidak dapat digunakan, maka timbangan baru dibuat dari kertas tebal dan halus, yang menggantikan timbangan lama dengan lem tahan lembab. Posisi timbangan baru harus benar-benar sesuai dengan posisi timbangan lama saat perangkat dikalibrasi. Hasil yang bagus dicapai dengan menggambar skala dengan tinta hitam pada skala yang diperbesar dan kemudian membuat fotokopi dengan ukuran yang diperlukan.

Dibahas di atas prinsip-prinsip umum Kalibrasi ini berlaku untuk alat ukur penunjuk untuk berbagai keperluan.

Fitur pengukuran arus searah

Untuk mengukur arus, suatu perangkat (misalnya, miliammeter) dihubungkan secara seri ke rangkaian yang diuji; Hal ini menyebabkan peningkatan resistansi total rangkaian dan penurunan arus yang mengalir di dalamnya. Tingkat penurunan ini diperkirakan (dalam persentase) dengan koefisien pengaruh miliammeter

Vma = 100*Rma/(Rma + Rc),

di mana Rts berada resistensi total sirkuit antara titik koneksi perangkat (misalnya, terminal 1 dan 2 pada diagram pada Gambar 3).

Mengalikan pembilang dan penyebut di sisi kanan rumus dengan nilai arus pada rangkaian I dan memperhitungkan bahwa I * Rma adalah jatuh tegangan pada miliammeter Uma, dan I (Rma + Rc) sama dengan ggl. E, yang bekerja pada rangkaian yang diteliti, kita peroleh

Vma = 100*Uma/E.

Dalam rantai kompleks (bercabang) di bawah e. d.s. E perlu memahami ketegangannya kecepatan menganggur antara titik putus di mana perangkat harus dihubungkan.

Nilai tegangan pembatas Uma adalah penurunan tegangan pada perangkat Uп, menyebabkan jarumnya membelok ke tanda skala akhir. Oleh karena itu, nilai koefisien pengaruh maksimum yang mungkin saat menggunakan perangkat ini

Bp = 100Naik/E. (7)

Dari rumus di atas dapat disimpulkan bahwa semakin kecil e. d.s. E, semakin kuat perangkat mempengaruhi arus yang diukur. Misalnya, jika Up/E = 0,1, maka Vp = 10%, yaitu menyalakan perangkat dapat menyebabkan penurunan arus pada rangkaian sebesar 10%; pada Up/E = 0,01, penurunan saat ini tidak melebihi 1%. Oleh karena itu, ketika mengukur arus filamen tabung radio atau arus emitor transistor, kita harus mengharapkan perubahan arus yang jauh lebih besar dalam rangkaian dibandingkan ketika mengukur arus anoda, layar atau kolektor. Jelas juga bahwa, dengan batas pengukuran yang sama, perangkat yang ditandai dengan nilai tegangan Uп yang lebih rendah memiliki pengaruh yang lebih kecil terhadap arus yang diukur. Dalam miliammeter multi-rentang dengan shunt yang dapat dialihkan (Gbr. 6 dan 7), pada semua batas pengukuran, penurunan tegangan maksimum pada perangkat adalah sama dan sama dengan tegangan deviasi total meter, yaitu Naik = Ui = Ii/ Ri, dan daya yang dikonsumsi oleh perangkat dibatasi oleh nilainya

Pn = IiUi = Ip*Ii*Ri. Dalam miliammeter dengan shunt universal (Gbr. 8), penurunan tegangan pada perangkat sama dengan Ii*Ii hanya pada batas awal 1. Pada batas lain meningkat ke nilai Naik ≈ Ii*(Rp + Rsh) (dengan peningkatan daya yang dikonsumsi oleh perangkat dalam (Ri + Rsh)/Ri kali), karena ini mewakili jumlah penurunan tegangan pada meteran dan bagian shunt yang dihubungkan secara seri dengannya. Akibatnya, perangkat dengan shunt universal, jika semua hal lain dianggap sama, memiliki efek yang lebih kuat pada mode rangkaian yang diteliti dibandingkan perangkat dengan shunt yang dapat dialihkan.

Jika kita mengambil resistansi total dari shunt universal Rsh >> Ri, maka batas terendah miliammeter akan mendekati Ii, tetapi pada batas lain, penurunan tegangan pada perangkat mungkin terlalu besar. Jika kita mengambil resistansi Rsh kecil, maka arus batas terkecil Iп1 perangkat akan meningkat. Oleh karena itu, dalam setiap kasus tertentu perlu untuk menentukan nilai resistansi shunt Rsh yang diizinkan.

Saat menghubungkan perangkat magnetoelektrik ke rangkaian arus berdenyut atau berdenyut, untuk mengukur komponen langsung arus ini, perlu untuk menghubungkan kapasitor besar secara paralel ke perangkat, yang memiliki resistansi terhadap komponen arus bolak-balik yang jauh lebih kecil. daripada resistansi internal perangkat Rma. Untuk menghilangkan pengaruh kapasitansi perangkat relatif terhadap badan instalasi yang diteliti, tempat di mana perangkat dihubungkan ke sirkuit frekuensi tinggi dipilih sedemikian rupa sehingga salah satu terminalnya dihubungkan secara langsung atau melalui a kapasitor berkapasitas tinggi ke bodi.

Dalam beberapa kasus di berbagai sirkuit Perangkat radio-elektronik yang diteliti mencakup shunt permanen, yang memungkinkan, dengan menggunakan meteran magnetoelektrik yang sama, untuk memantau arus di sirkuit ini secara bergantian tanpa memutusnya.

Tugas 1. Hitung rangkaian miliammeter dengan shunt universal (Gbr. 8) untuk tiga batas pengukuran: 0,2; 2 dan 20 mA dengan faktor transisi N = 10. Alat pengukur - mikroammeter tipe M94 - mempunyai data: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii/Ri = 0,128 V. Untuk setiap batas, temukan tegangan jatuh pada perangkat pada arus maksimum, serta kemungkinan pengaruh maksimum perangkat pada arus yang diukur, jika terdapat arus listrik pada rangkaian perangkat tersebut. d.s. E = 20V.

1. Pada batas 1 (Iп1 = 0,2 mA), shunt ke meter merupakan shunt universal secara keseluruhan. Resistansi total yang terakhir, ditentukan dengan rumus (1), Rsh = 2550 Ohm.

Penurunan tegangan pada perangkat pada arus maksimum adalah Up1 = Ui = 0,128 V. Koefisien pengaruh maksimum yang mungkin dari miliammeter adalah Vp1 = (Up1/E)*100 = 0,64%.

2. Untuk limit 2 (Ip2 = 2 mA), resistansi bagian shunt universal shunt adalah Rsh2+ Rsh3 = Rsh/N = 255 Ohm. Jadi hambatan Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohm.

Penurunan tegangan maksimum pada perangkat adalah Up2 = Ii/(Ri + Rsh1) = 0,727 V. Koefisien pengaruh maksimum adalah Vp2 = 100*Up2/E = 3,63%.

3. Untuk limit 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh/N 2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 = Ip*(Ri + Rsh1 + Rsh2) = 0,761 V; Bp3 = 100*p3/E = 3,80%.

Tugas 2. Hitung rangkaian miliammeter dengan shunt universal untuk tiga batas pengukuran: 5, 50 dan 500 mA. Meteran perangkat - mikroammeter tipe M260M - memiliki data sebagai berikut: Ii = 500 µA, Ri = 150 Ohm. Tentukan pengaruh perangkat terhadap arus yang diukur jika pengukuran dalam batas 5 dan 50 mA dilakukan di sirkuit yang misalnya. d.s. tidak kurang dari 200 V, dan pada batas 500 mA - dalam rangkaian filamen tabung radio yang ditenagai oleh baterai dengan ggl. abad ke-6

Jawaban : Rsh = 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2= 1,5 Ohm; Rsh3=0,17 Ohm; Naik1 = 75 mV; Bp1 = 0,037%; Naik2 = 82,5 mV; Bp2 = 0,041%; Naik3 = 83 mV; VP3= 1,4%.

Jawaban: 1) Rsh1 = 16,67 Ohm; Rsh2 = 1,52 0m; Rsh3=0,15 Ohm; 2) Rsh1 =15,15 Ohm; Rsh2= 1,37 Ohm; Rsh3 = 0,15 Ohm.

Mikroammeter DC transistor

Jika perlu untuk mengukur arus yang sangat kecil, jauh lebih kecil dari arus deviasi total I dari meteran magnetoelektrik yang ada, yang terakhir digunakan bersama dengan penguat arus searah. Yang paling sederhana dan paling ekonomis adalah amplifier berdasarkan transistor bipolar. Amplifikasi arus dapat dicapai dengan menyalakan transistor sesuai rangkaian dengan emitor bersama dan kolektor biasa, namun skema pertama lebih disukai karena menghasilkan lebih sedikit impedansi masukan penguat

Beras. 9. Rangkaian mikroammeter DC transistor tunggal

Rangkaian paling sederhana dari mikroammeter transistor tunggal yang ditenagai dari sumber dengan ggl. E = 1,5...4,5 V, ditunjukkan pada Gambar. 9, sebuah, garis padat. Arus basis Ib adalah arus terukur, pada nilai nominal tertentu arus Iн Ik mengalir dalam rangkaian kolektor, sama dengan arus simpangan total Ii dari I meter. Koefisien perpindahan arus statis Vst = Ik/Ib = Ii/In, sehingga arus terukur terukur In = Ii/Bst. Misalnya, bila menggunakan transistor tipe GT115A dengan Vst = 60, dan meteran tipe M261 dengan arus Ii = 500 μA, arus pengenal In = 500/60 ≈ 8,3 μA. Karena hubungan antara arus Ik dan Ib mendekati linier, skala meter, yang diberi nilai arus yang diukur, akan hampir seragam (dengan pengecualian pada bagian awal skala yang kecil hingga 10% darinya panjang). Dengan menghubungkan shunt yang dipilih secara khusus antara terminal input, Anda dapat meningkatkan arus terukur maksimum ke nilai yang sesuai untuk perhitungan (misalnya, hingga 10 μA).

DI DALAM sirkuit nyata mikroammeter transistor mengambil tindakan yang bertujuan untuk menstabilkan mode operasi dan memperbaiki kemungkinan penyimpangannya. Pertama-tama, ini tidak dapat diterima (terutama bila peningkatan tegangan catu daya) rangkaian terbuka basis transistor, yang mungkin terjadi selama pengukuran. Oleh karena itu, basis dihubungkan ke emitor melalui resistor resistansi kecil atau, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar. 9, a, dengan kutub negatif sumber melalui resistor Rb dengan hambatan ratusan kilo-ohm. DI DALAM kasus terakhir Tegangan bias disuplai ke basis, yang mengatur mode operasi penguat. Kemudian, untuk menyesuaikan diperlukan nilai arus(dengan asumsi 10 μA untuk contoh di atas) nyalakan resistor pemangkas Rsh = (2...5) Ri secara paralel dengan meteran (atau seri dengannya).

Perlu diperhatikan bahwa dengan tidak adanya arus terukur, arus kolektor awal Ik.n akan mengalir melalui meteran, mencapai 5-20 A dan karena adanya arus kolektor balik yang tidak terkendali Ik.o dan arus pada rangkaian resistor basis Rb. Pengaruh Ik.n saat ini dapat dikompensasi dengan menyetel jarum meteran ke nol menggunakan korektor mekanis perangkat. Namun, hal ini lebih rasional untuk dilakukan instalasi listrik nol, misalnya, menggunakan baterai tambahan E0 dan rheostat R0 = (5...10) Rand, menciptakan dalam rangkaian meter arus kompensasi I0, sama nilainya, tetapi berlawanan arah dengan arus Ik.n. Alih-alih dua sumber daya, Anda dapat menggunakan satu (Gbr. 9, b), menghubungkan secara paralel pembagi tegangan yang terdiri dari dua resistor R1 dan R2 dengan resistansi ratusan ohm. Hal ini menciptakan rangkaian jembatan DC (lihat Metode jembatan untuk mengukur hambatan listrik), yang diseimbangkan dengan mengubah hambatan salah satu lengan (R0).

Kebutuhan akan kompleksitas sirkuit asli penguat transistor tunggal mengarah pada fakta bahwa penguatan arus

Ki = Ui/Masuk (8)

ternyata lebih kecil dari koefisien transfer arus Vst dari transistor yang digunakan. Selain itu, pengoperasian mikroammeter transistor yang andal hanya dapat dipastikan jika Ki dipilih<< Вст.

Seperti diketahui, parameter transistor sangat bergantung pada suhu lingkungan. Perubahan yang terakhir menyebabkan osilasi spontan (penyimpangan) arus kolektor terbalik Ik.o, yang pada transistor germanium meningkat hampir 2 kali lipat untuk setiap kenaikan suhu 10 K. Hal ini menyebabkan perubahan nyata pada penguatan arus Ki dan resistansi input penguat, yang dapat menyebabkan pelanggaran total terhadap karakteristik kalibrasi perangkat. Kita juga harus memperhitungkan perubahan parameter (“penuaan”) transistor yang tidak dapat diubah yang diamati dari waktu ke waktu, sehingga memerlukan pemeriksaan dan koreksi berkala terhadap karakteristik kalibrasi perangkat transistor.

Jika perubahan Ik.o saat ini dapat dikompensasi sampai batas tertentu dengan menetapkan nol sebelum memulai pengukuran, maka tindakan khusus harus diambil untuk menstabilkan penguatan Ki. Jadi, bias ke basis (Gbr. 9, b) disuplai melalui pembagi tegangan dari resistor Rb1 dan Rb2, dan termistor yang memiliki koefisien resistansi suhu negatif kadang-kadang digunakan sebagai yang terakhir. Termistor dapat diganti dengan dioda D yang dihubungkan paralel dengan resistor Rb1. Dengan meningkatnya suhu, resistansi balik dioda berkurang, yang menyebabkan redistribusi tegangan antara elektroda transistor, yang melawan peningkatan arus kolektor. Umpan balik negatif antara kolektor dan basis beroperasi dalam arah yang sama, yang muncul karena koneksi output resistor Rb2 ke kolektor (dan bukan ke catu daya minus). Efek paling efektif diberikan oleh umpan balik negatif yang terjadi ketika resistor Re dihubungkan ke rangkaian emitor.

Meningkatkan stabilitas penguat dengan menggunakan umpan balik negatif yang cukup dalam menyebabkan rasio koefisien Ki/Bst yang kecil. Oleh karena itu, untuk memperoleh penguatan Ki yang sama dengan beberapa puluh, perlu dipilih transistor germanium dengan koefisien transfer arus yang tinggi untuk mikroammeter: Vst = 120...200.

Dalam mikroammeter, dimungkinkan untuk menggunakan transistor silikon, yang dibandingkan dengan transistor germanium, memiliki parameter yang lebih stabil baik terhadap waktu maupun terhadap pengaruh suhu. Namun koefisien Vst untuk transistor silikon biasanya kecil. Hal ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan rangkaian transistor gabungan (Gbr. 9, c); yang terakhir memiliki koefisien transfer arus Vst kira-kira sama dengan produk dari koefisien yang sesuai dari transistor penyusunnya, yaitu Vst ≈ Vst1*Vst2. Namun, arus kolektor balik dari transistor komposit adalah:

Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1

secara signifikan melebihi arus yang sesuai dari komponen-komponennya dan mengalami fluktuasi suhu yang nyata, yang menyebabkan perlunya menstabilkan mode amplifier.

Stabilitas tinggi dari pengoperasian mikroammeter transistor lebih mudah dicapai ketika penguatnya dikonfigurasikan dalam rangkaian seimbang dengan dua transistor konvensional atau komposit, yang dipilih secara khusus sesuai dengan identitas parameternya (terutama, sesuai dengan perkiraan persamaan koefisien Vst dan arus Ik.o). Diagram khas perangkat tersebut dengan elemen stabilisasi dan koreksi ditunjukkan pada Gambar. 10. Karena arus kolektor awal transistor kira-kira sama bergantung pada suhu dan tegangan suplai, dan arus tersebut mengalir melalui meter dalam arah yang berlawanan, saling mengimbangi, stabilitas posisi nol jarum meter dan keseragaman skalanya meningkat. Umpan balik negatif yang dalam yang diberikan oleh resistor Re dan Rb.k meningkatkan stabilitas penguatan arus. Rangkaian seimbang juga meningkatkan sensitivitas mikroammeter, karena arus yang diukur menciptakan potensi dengan tanda berbeda pada elektroda masukan kedua transistor; Akibatnya, resistansi internal satu transistor meningkat, dan transistor lainnya menurun, yang meningkatkan ketidakseimbangan titik arus searah, yang diagonalnya termasuk meteran AND.

Saat mengatur mikroammeter seimbang, potensiometer penyetelan Rк digunakan untuk menyamakan potensi kolektor, yang dipantau dengan tidak adanya pembacaan meter ketika terminal input dihubung pendek. Pengaturan nol selama pengoperasian dilakukan dengan menggunakan potensiometer Rb dengan menyamakan arus basis dengan terminal input terbuka. Perlu diingat bahwa kedua penyesuaian ini saling bergantung dan saat melakukan debug pada perangkat, keduanya harus diulang beberapa kali secara bergantian.

Beras. 10. Rangkaian seimbang mikroammeter transistor

Resistansi masukan mikroammeter Rmka terutama ditentukan oleh resistansi total R = Rb1 + Rb2 + R6, yang bekerja antara basis transistor, dan kira-kira (0,8...0,9) * R; penentuan pastinya, serta arus pembatas pengenal In, harus ditentukan secara eksperimental. Lebih mudah untuk menyesuaikan nilai arus pengenal yang diperlukan menggunakan rantai resistor shunt, yang resistansinya harus diperhitungkan saat menentukan resistansi input Rμm.

Stabilitas resistansi masukan memungkinkan perluasan batas pengukuran ke arah penurunan sensitivitas menggunakan shunt. Resistansi shunt yang diperlukan untuk mendapatkan arus terukur maksimum Iп,

Rsh.p = Rmka*In/(Ip - In) = Rmka*Ii/(Ki*Ip - Ii) (9)

Dengan data numerik yang ditunjukkan dalam diagram dan penggunaan transistor dengan Vst ≈ 150, mikroammeter seimbang memiliki penguatan Ki ≈ 34 dan dapat diatur ke arus pengenal In = 10 μA menggunakan resistor pemangkas Rm. Jika perlu untuk mendapatkan arus nominal sekitar 1 μA, penguat dilengkapi dengan tahap kedua, yang sering diimplementasikan dalam rangkaian pengikut emitor, yang membuatnya lebih mudah untuk mencocokkan impedansi keluaran penguat dengan resistansi rendah dari AND meter.