Лекция № 8. Тема лекции: “Измерение мощности и сопротивлений”

Лекция № 8

Тема лекции: “Измерение мощности и сопротивлений”

План лекции:

1.Измерение мощности в цепях постоянного тока

2. Измерение мощности в цепях переменного тока

3. Прямое и косвенное измерение сопротивлений в цепях постоянного тока

4. Измерение сопротивлений в цепях переменного тока

1.Измерение мощности в цепях постоянного тока

1)косвенный метод:

Исходя из произведения Р = UI,

мощность может быть определена по результатам измерения напряжения и тока магнитоэлектрическим амперметром и вольтметром.

Несмотря на простоту этого способа, его применяют мало, т. к ·требуется два прибора, которые дают дополнительную погрешность

2)Прямой метод

– с помощью измерительных приборов – ваттметров. Наиболее широко распространены электродинамические ваттметры.

Устройство электродинамического ваттметра

Элементы конструкции:

А – неподвижная катушка (последовательная или катушка тока), работает как амперметр.

Включается последовательно с приемником энергии (Rн) – поэтому называется последовательной катушкой или катушкой тока.

В – подвижная катушка с добавочным сопротивлением Rд (параллельная или катушка тока), работает как вольтметр.

Вместе с Rд включается параллельно приемнику энергии – поэтому называется параллельной катушкой или катушкой напряжения.

Угол поворота подвижной части ваттметра всегда пропорционален измеряемой мощности: , т. е. шкала ваттметра равномерная.

Направление поворота указателя ваттметра зависит от взаимного направления токов в его катушках. Поэтому для правильного включения ваттметра в измеряемую цепь следует различать его зажимы:

Генераторные зажимы отмечаются звездочками. Эти зажимы называются генераторными потому, что при соединении их друг с другом и с одним из полюсов генератора, указатель ваттметра будет отклоняться в нужном направлении.

При правильном включении ваттметра токи в его катушках направлены от генераторных зажимов к нагрузочным.

2. Измерение мощности в цепях переменного тока

Однофазная цепь

1.Активная мощность

, где — угол сдвига фаз между
I
и
U
.

В однофазных цепях активную мощность измеряют электродинамическими ваттметрами.

Они непосредственно показывает измеряемую мощность с учетом коэффициента мощности — .

А реактивную мощность

в условиях производства измеряют только в трехфазных цепях.

Трехфазная цепь

В трехфазных цепях активную мощность

измеряют электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами.

Число и схе­мы включения ваттметров определяют в зависимости от:

·вида трехфазной системы (трех — или четырехпроводная),

·ее симметрии (равномерная или неравномерная нагрузка фаз)

·схемы соединении фаз приемника энергии (звездой или треугольником).

1)Трехпроводная система с симметричной нагрузкой фаз

– метод одного ваттметра.

а) при соединении приемников (нагрузки) звездой

Параллельная цепь ваттметра включена под фазное напряжение (), а по его последовательной обмотке протекает фазный ток, равный линейному (),то ваттметр показывает мощность,

равную мощности одной фазы нагрузки: .

Т. к. нагрузка симметрична, то общая измеряемая мощность равна утроенному показанию ваттметра:

Примечание

: — поэтому заменили, а .

Следовательно

б) при соединении нагрузки в треугольник или при недоступной нулевой точке.

1.Тогда показание ваттметра Pw

равно мощности фазы, т. е.:

2. А вся измеряемая мощность равна утроенному показанию ваттметра:

.

Примечание

: при соединении нагрузки в треугольник (заменили), а .

Тогда — сравнить с а)

2)Трехпроводная система с несимметричной нагрузкой фаз

независимо от схемы соединения – метод двух ваттметров.

Показания этих ваттметров: (линейные!).

? 3 фазы, а ваттметров 2. Доказательство:

1.Мгновенная мощность трехфазной цепи может быть выражена как сумма мощностей отдельных фаз: . (1)

2.Для нулевой точки приемников энергии, соединенных звездой, по первому закону Кирхгофа: ,

откуда каждый из линейных токов можно выразить через два других:

.

3.Подставив одно из этих выражений, например для тока ic,

в формулу (1), получим:

4.Переходим от мгновенной мощности к средней (актив­ной): .

3)Четырехпроводная система –

метод трех ваттметров.

·Можно пользоваться и одним трехэлементным ваттметром. Он имеет три неподвижные катушки и три подвижные, укрепленные на одной оси.

Если ваттметр включен в цепь, то вращающий момент, действующий на каждую из подвижных катушек, будет пропорционален мощности соответствующей фазы. Результирующий вращающий момент, равный сумме от­дельных моментов, будет пропорционален активной мощ­ности четырехпроводной цепи трехфазного тока. Этой же мощности будет пропорционален и угол поворота подвижной части ваттметра.

Измерение реактивной мощности в трехфазных цепях

Т. е. для измерения реактивной мощности, необходимо последовательную цепь ваттметра включить так же как и при измерении активной мощности, а параллельную – на такое напряжение, чтобы обеспечить отставание по фазе.

Это условие справедливо при измерении реактивной мощности как в трехпроводной, так и в четырехпроводной системах. Эту схему называют схемой с замененным напряжением

.

Частные случаи

1)В четырехпроводной цепи —

метод трех ваттметров.

Реактивная мощность такой цепи равна сумме показаний трех ваттметров активной мощности, деленной на : /См рис. в активной мощности/.

2)В трехпроводной цепи

а)при равномерной нагрузке фаз

Используют метод двух ваттметров.

Общую реактивную мощность можно определить по показаниям двух ваттметров по формуле:

,

т. е. она определяется умножением на алгебраической разности показаний двух ваттметров,

где — показания ваттметра, включенного в опережающую фазу,

— показания ваттметра, включенного в отстающую фазу.

б)при неравномерной нагрузке фаз

Используют метод трех ваттметров.

Общую реактивную мощность определяют по формуле: /См рис./

3. Прямое и косвенное измерение сопротивлений в цепях постоянного тока

Прямое измерение сопротивлений

Для этого используют специальные приборы:

Омметры

Рассмотрим устройство омметра с последовательным включением

Указатель прибора устанавливают на нулевое деление шкалы с помощью регулировочного резистора при замкнутом

ключе
Кл
(тогда через ток не протекает – по пути наименьшего сопротивления).

При разомкнутом ключе Кл

через прибор протекает ток: , где — регулировочный резистор.

При постоянных значениях U

, и угол поворота под­вижной части зависит только от сопротивления , значения которого наносятся на шкале.

Частные случаи:

1)если (min), то I

и
(т. к. ) — max.
2)если (max), то I

и = 0 (min)

Поэтому шкала имеет вид: . Т. е. такой омметр лучше использовать для измерения средних сопротивлений — до нескольких кОм. (при малых он имеет маленькую чувствительность).

А у омметров с параллельным включением

шкала обычная — . Используют для измерения небольших сопротивлений.

Мегаомметры

Недостаток омметров:

показания зависят от напряжения батареи, требуется постоянная калибровка.

Поэтому в омметрах используют логометрические измерительные механизмы. Такие приборы называют мегомметрами

. В этом случае для питания используется сеть постоянного тока или специальный встроенный генератор.

Угол отклонения логометра определяется отношением тока в его рамках (см. уравнение шкалы логометра): .

Т. к. R1,
R2иRд—
для каждого логометра величины по­стоянные, то угол отклонения зависит только от измеряемого сопротивления.

Современные мегомметры изготовляют на напряжение 100, 250, 500, 1000 и 2500 В.

Косвенное измерение сопротивлений

Метод амперметра и вольтметра

Для

: измерения средних сопротивлений.

В основе метода

— измерение тока и напряжения в цепи с искомым резистором и определение его сопротивления по закону Ома: .

Применяют две схемы включения амперметра и вольт­метра.

1)

В первой схеме, т. к. амперметр и измеряемое сопротивление соединены последовательно, то

Т. е. показания вольтметра равны сумме напряжений на амперметре и на сопротивлении .

Виды устройств для проведения замеров

Практически во всех многофункциональных приборах для замеров существует возможность измерить значение импеданса. По своему принципу работы и функциональности выпускаемые устройства могут быть цифровыми и аналоговыми. При этом важными их характеристиками являются погрешность и диапазон измерения.

Перед началом работы с тестером нужно убедиться в исправности его элементов питания. Если на цифровом типе прибора высвечивается индикация с мигающей батарейкой, это означает что батарейку необходимо заменить. Для стрелочного прибора сигналом о замене питающих элементов будет невозможность установить стрелку в нулевое положение.

Для правильного получения результата необходимо не только использовать настроенный прибор, но и проследить за окружающей температурой. Как известно из законов физики, при нагревании величина сопротивления у проводников увеличивается, а у полупроводников уменьшается. Оптимальной температурой считается 20 градусов по Цельсию.

Цифровой мультиметр

Главной особенностью цифрового мультиметра является наличие экрана, на нём наглядно отображается измеряемая величина. В основе принципа действия устройства лежит сравнение измеряемого сигнала с опорным, для этого используется аналого-цифровой преобразователь.

Для проведения измерения тестер подключается набором проводов к измеряемому элементу. На одном конце каждого из проводов находится штекер, предназначенный для установки в гнездо измерителя, а на другом контактный щуп. Порядок измерения сопротивления резистора электронным мультиметром можно представить в виде следующих действий:

1. Нажтием на кнопку ON/OFF включается устройство.
2. Подключаются щупы к двум концам резистора, обратные концы проводов к разъёмам Ω и СОМ.
3. Переключателем устанавливается примерное сопротивление.
4. В случае когда на индикаторе высвечивается единица, переключатель следует переставить на одну позицию вверх, т. е. увеличить предел измерения.
5. Если при снятии показаний на экране отображаются цифры, отличные от единицы, это и будет значение сопротивления.

Таким же образом можно измерить и сопротивление p-n перехода полупроводника. Цифровым прибором удобно измерить постоянное сопротивление, но он бесполезен, когда понадобится узнать его переменную величину. Для таких измерений предпочтительно использовать стрелочный прибор.

Стрелочный прибор

Самые первые измерительные приборы снабжались стрелочным устройством. Это устройство представляло собой электромеханическую головку. Конструктивно она выполнена в виде рамки, находящейся в магнитном поле. На эту головку через различные сопротивления подаётся электрический сигнал. В зависимости от силы тока стрелка в рамке отклоняется, устанавливаясь в определённое положение. Диапазон отклонения стрелки проградуирован, согласно этим значениям и вычисляется требуемая величина.

Технические возможности аналогового тестера во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Главным его достоинством является инерционность и невосприимчивость к помехам во время измерения постоянного напряжения и величины сопротивления.

Стрелочные приборы идеально подходят для отображения динамики сигнала. Тестер мгновенно показывает его изменение. Вместе с тем такой прибор обладает большой погрешностью при измерениях в высокоомных цепях, и имеется некоторая сложность в интерпретации результатов измерения.

Включение прибора осуществляется согласно инструкции, указанной на обратной стороне крышки элементов питания. Кнопкой переключения выбирается режим работы для постоянной, переменной величины или сопротивления (соответственно «—», «~», «Ω»). Для пары измерения используется двойное нажатие. Галетный переключатель диапазонов вычисления устанавливается на фиксированное значение, соответствующее предполагаемому показателю измерения.

Перед измерением величины сопротивления тестер настраивается путём вращения ручки нуля до тех пор, пока стрелка не установится на значение «∞». При выборе диапазона измерения «Ω» значения сопротивления маркируются не максимальными числами в этом диапазоне, а имеют такой вид: х1, х10, х100. Это означает, что полученное значение будет измеряться в Ом, кОм, и МОм. Измерение активного сопротивления производится от установленного в устройстве источника постоянного тока (батарейки).

Включив и подготовив тестер, нужно приложить щупы к исследуемому объекту. Согласно показаниям стрелки на измерительной шкале появится результат, который затем умножается на множитель диапазона.

Использование мегомметра

Мегомметр является специализированным устройством для измерения. Перед началом измерений необходимо строго придерживаться требований ПУЭ (правила устройства электроустановок). К основным правилам относят:

1. Измерения проводятся на пределе тестера, превышающего возможное наибольшее значение сопротивления. Если такое значение неизвестно, то начинают с максимально возможного предела, который для улучшения точности результата уменьшают до минимально возможного.
2. Перед тем как проверить сопротивление тестером, потребуется убедиться в обесточивании проверяемого объекта.
3. Все элементы с пониженной изоляцией, конденсаторы, полупроводники закорачиваются перед началом тестирования.
4. На время проведения замеров испытуемый объект заземляется.
5. После окончания измерений, особенно для устройств с большой ёмкостью (например, провода большой протяжённости), перед отсоединением щупов устройства необходимо снять остаточный заряд путём замыкания на заземление.
6. Снятие показаний сопротивления изоляции силовых и осветительных проводок происходит при выключенных выключателях, снятых предохранителях, извлечённых лампах.
7. Строго запрещается измерять изоляцию вблизи линий, находящихся под высоким напряжением и во время грозы.

Мегомметр является сложным устройством, состоящим из генератора тока и измерительной головки. Также в состав входят: токоограничивающие резисторы, клеммные колодки, корпус из диэлектрика и переключатель режимов.

Прибор имеет три клеммы для внешнего подключения проводов. К одной подключается земля, к другой линия, а к третьей экран. Куда подключается какой провод — указано в инструкции к прибору.

Клеммы земли и линии задействуются при любых операциях по снятию показаний изоляции относительно контура земли, а экранный контакт нужен для уменьшения влияния токов утечки. Такие токи появляются при замерах между двумя жилами провода, расположенными параллельно друг другу. Экранный контакт подключается специальным проводом, идущим в комплекте к устройству.

Советуем к прочтению: Как сделать ламповый усилитель для наушников своими руками

После подключения всех щупов на приборах старого образца понадобится покрутить ручку, что обеспечит работу внутреннего генератора и подачу напряжения на тестируемый объект. В современных устройствах вместо ручки используется кнопка, а питание берётся от устанавливаемых аккумуляторов или гальванических батарей. Величина напряжения генератора может лежать в диапазоне от 100 вольт до 2,5 кВ. Как только напряжение подано, для стрелочного прибора снимаются показания стрелки на шкале, соответствующей выбранному диапазону, а для цифрового типа прибора снимаются показания в виде цифр на индикаторе.

Тогда измеряемое сопротивление :

, т. е.

Появляется погрешность измерения, равная .

По­этому эту схему при­меняют для измерений сопро­тивлений, больших по срав­нению с сопротивлением амперметра (в 100 раз и боль­ше):

Если , тогда â — им можно пренебречь, и .

2)

Во второй схеме т. к. вольтметр и измеряемое сопротивление соединены параллельно, то

Т. е. показания амперметра равны сумме токов через вольтметр и сопротивление .

Измерение сопротивлений диодов

Диоды — это нелинейный элемент, чьи характеристики находятся в прямой зависимости от напряжения, которое к нему прилагаются. Под воздействием напряжений и рабочих токов, параметры диодов могут существенно изменяться. Кроме этого, значения их сопротивления могут разниться при их измерении разными мультиметрами. Это происходит из-за возникновения на щупах вспомогательного напряжения, неодинакового для разных тестеров.

Советуем к прочтению: Управление шаговым двигателем

По этой причине необходимо знать технические данные мультиметра, которым проводятся замеры. Только после этого станет возможным составить вольт-амперную характеристику диода. Но часто бывает, что в сопроводительных документах на тестер, величины, характеризующие вспомогательное напряжение на щупах, не указываются. Поэтому требуется проведение тестового замера.

Для этого берется конденсатор со средним показателем емкости, заряженный вспомогательным напряжением. На мультиметре регулятор ставится в положение замера сопротивления. Красный щуп прикладывается к плюсовому выводу конденсатора, черный — к минусу. Итогом замеров, после того, как показания на дисплее стабилизируются, будут данные R, затем вставляемые в формулу:

Подставляя значение сопротивления на место «R», находится сила тока «I». Далее, наблюдая вольт-амперную характеристику, анализируется совпадение полученной точки с положением пересечения I и U. В случае незначительных отклонений вывод может быть только один — диод находится в рабочем состоянии. Даже если отклонения сравнительно большие, но, при этом, диод «открывается» и «закрывается», его можно использовать, но только в цепях, где допускается невысокое значение точности.

Справочная информация

Документы • Законы • Извещения • Утверждения документов • Договора • Запросы предложений • Технические задания • Планы развития • Документоведение • Аналитика • Мероприятия • Конкурсы • Итоги • Администрации городов • Приказы • Контракты • Выполнение работ • Протоколы рассмотрения заявок • Аукционы • Проекты • Протоколы • Бюджетные организации Муниципалитеты • Районы • Образования • Программы Отчеты
: • по упоминаниям • Документная база • Ценные бумаги
Положения
: • Финансовые документы
Постановления
: • Рубрикатор по темам • Финансы • города Российской Федерации • регионы • по точным датам Регламенты
Термины
: • Научная терминология • Финансовая • Экономическая
Время
: • Даты • 2015 год • 2016 год Документы в финансовой сфере • в инвестиционной • Финансовые документы — программы

Виды мультиметров

Прежде всего напомню закон Ома. Чтобы найти сопротивление (R), нужно знать напряжение (U) в проводнике и силу тока (I), проходящего по нему. Когда эти величины известны, остается лишь воспользоваться формулой: R = U / I . А простейший омметр представлял из себя амперметр, в который вмонтировали источник тока. Только измерительная шкала была размечена в Омах.

Древний прибор выполнял лишь одну функцию – измерял сопротивление. Но делал это точно и быстро. Теперь омметр выступает в роли составляющей одного современного измерительного устройства под названием мультиметр. Этот цифровой прибор может проводить целый ряд электрических измерений различного направления.

Но аналоговые механизмы не вышли из употребления. Как правило, они выполняют всего три функции – измеряют напряжение, силу тока и сопротивление. Поэтому их называют ампервольтомметрами. А в просторечии – авометрами. Среди старых профессиональных электриков за таким прибором закрепилось еще одно название – тестер.

Аналоговые авометры безнадежно устарели, а также имеют массу серьезных недостатков. Одним из них выступает отсутствие сигнализации при разрядке аккумулятора. Если батарея села, то прибор начинает выдавать неверную информацию и это распознается далеко не сразу. А вот цифровой мультиметр, при недостаточной силе тока, просто сразу отказывается работать. И при этом сигнализирует лампочкой о разряженном аккумуляторе.

Современный мультиметр имеет электронное табло, на которое выводится вся информация. А также переключатель диапазонов измерения, каждый из которых можно точно настроить. И померить сопротивление мультиметром не представляет сложности даже для новичка. Достаточно лишь выбрать нужный режим.

Образование и наука

Наука
: Контрольные работы • Научно-технический прогресс • Педагогика • Рабочие программы • Факультеты • Методические рекомендации • Школа • Профессиональное образование • Мотивация учащихся
Предметы
: Биология • География • Геология • История • Литература • Литературные жанры • Литературные герои • Математика • Медицина • Музыка • Право • Жилищное право • Земельное право • Уголовное право • Кодексы • Психология (Логика) • Русский язык • Социология • Физика • Филология • Философия • Химия • Юриспруденция

В каких единицах измеряется сопротивление

Электросопротивление — противодействие, оказываемое проводником проходящему сквозь него электротоку. Главной единицей измерения в системе СИ станет ом, в системе СГС спецпоказатель отсутствует. Сопротивление (зачастую обозначено буквой R) считается, в некоторых пределах, постоянным показателем для конкретного проводника.

• R — сопротивление;
• U — разница электропотенциалов на окончаниях проводника в вольтах;
• I — ток, который протекает меж концов проводника под воздействием разницы потенциалов, замеряется в амперах.

Бизнес и финансы

Бизнес
: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги — контроль • Ценные бумаги — оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит
Промышленность
: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика
Строительство
• Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством

Фотоблоги

Искусство

• Детское творчество • Картины • Искусство • Поздравления • Кинобзор • Музыкальный мир • Русский рок

Мир

• Люди мира • Мир вокруг нас • Моя родина — СССР • Канал «Природа» • Камни и минералы • Кулинария, еда • Строительство и архитектура • Строимся • Транспорт • Оружие • Военный транспорт

Красота

• Fashion Pandia.ru • Girls and Girls

Школа

• Тесты к ЕГЭ • Решебники • ЕГЭ • 10 и 11 классы • Разные учебники • 4 класс • Русский язык 5-9 классы • 5 класс • 6 класс • 7 класс • 8 класс

Мудрость

• Клипарты • Цитаты

Каталог авторов (частные аккаунты)

Измерение величины сопротивления методом непосредственной оценки

Такая методика измерения предполагает использование омметра для снятия показаний параметров электрической системы и определения уровня ее сопротивления. Такой вариант измерений допускается только в тех ситуациях, когда заказчик может мириться с возможностью получения не совсем точных результатов.

Из-за недостаточной точности метод измерения омметром применяется для определения примерных значений сопротивления, а также в случаях, когда требуется проверка коммутационных сетей. Для измерения сопротивления следует использовать омметры с диапазоном измерения сопротивлений от 0,1 Ом до 1000 кОм.

В качестве основного омметра для измерения малых сопротивлений, обычно используются приборы логометрического типа М246, оснащенные оптическим указателем и щупальцами, способными зачищаться самостоятельно.

Стоит также отметить, что в некоторых случаях для измерения сопротивления малых величин могут быть использованы приборы, называемые контактомерами. Это качественное оборудование, способное определять сопротивление с погрешностью не более полутора процентов.

В качестве основных измерительных устройств, для проверки сопротивления на обмотках трансформаторов выступают современные потенциометры, отличающиеся высокой точностью. Они работают по методу компенсационного измерения сопротивления.

Пример технического отчета

Вперед

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Мостовой метод

Устройства, применяемые для реализации такого измерения, именуют измерительными мостами. Четырехплечевой или одинарный мост содержит в себе две диагонали и четыре плеча:

Мост образуют три резистора, значения которых известны – R2, R3, R4 и соответственно сопротивление, значение которого необходимо измерить Rx. В одну из диагоналей моста необходимо подключить источник питания, для данного случая источник Е подключенный к зажимам a и b, а другую нулевой индикатор НИ (зажимы c и d), который выполняет роль указателя симметричности моста. Когда потенциалы в точках c и d будут равны, то отклонение в НИ протекает ток IНИ = 0 и его отклонение тоже равно нулю. Мост в состоянии равновесия. Будут выполнятся следующие соотношения: I1 = I2, I3 = I4, RxI1=R3I3, R2I2=R4I4. Учтя равенство токов и почленно разделив два последних уравнения получим:

Из данного выражения можем выделить искомое сопротивление:

Плечо R2 именуют плечом сравнения, а плечами отношений R3 и R4 соответственно.

Методом одинарного моста измеряют только средние сопротивления. Измерять им малые и большие сопротивления не рекомендуют. Нижний предел измерений моста (единицы Ом) ограничивается влиянием сопротивлений проводов и контактов, которые подключаются в плечо ас последовательно с объектом измерения Rх. Верхний предел (105 Ом) ограничен шунтирующим действием токов утечки.