Katalog amatérských radioamatérských obvodů. DIGITÁLNÍ VOLTMETR.

DC nemění směr v čase. Příkladem může být baterie ve svítilně nebo rádiu nebo baterie v autě. Vždy víme, kde je kladná značka zdroje energie a kde záporná.

Střídavý proud – jedná se o proud, který s určitou periodicitou mění směr pohybu. Tento proud teče v naší zásuvce, když k ní připojíme zátěž. Neexistuje žádný kladný a záporný pól, ale pouze fáze a nula. Napětí při nule se potenciálem blíží potenciálu země. Potenciál na fázovém výstupu se mění z kladného na záporný s frekvencí 50 Hz, takže proud pod zatížením změní svůj směr 50krát za sekundu.

Během jedné periody kmitání se proud zvýší z nuly na maximum, pak se sníží a projde nulou a pak dojde k opačnému procesu, ale s jiným znaménkem.

Přijímat a vysílat střídavý proud je mnohem jednodušší než stejnosměrný: dochází k menším ztrátám energie Pomocí transformátorů můžeme snadno měnit napětí střídavého proudu.

Při přenosu vysokého napětí je pro stejný výkon potřeba menší proud. To umožňuje použití jemnějších argumentů. Svařovací transformátory používají opačný proces – snižují napětí, aby se zvýšil svařovací proud.

Měření stejnosměrného proudu

Pro měření proudu v elektrickém obvodu je nutné zapojit ampérmetr nebo miliampérmetr do série s přijímačem elektřiny. Současně, aby se vyloučil vliv měřicího zařízení na provoz spotřebiče, musí mít ampérmetr velmi malý vnitřní odpor, aby jej bylo možné prakticky považovat za rovný nule, takže pokles napětí na zařízení lze jednoduše zanedbat.

Ampérmetr je vždy zapojen do série se zátěží. Pokud připojíte ampérmetr paralelně se zátěží, paralelně se zdrojem energie, pak ampérmetr jednoduše vyhoří nebo vyhoří zdroj, protože veškerý proud bude protékat slabým odporem měřicího zařízení.

Shunt

Shunt – obvod zapojený paralelně k danému obvodu nebo zařízení. Bočníky se používají k rozšíření mezí měření ampérmetrů, protože část proudu tekoucího v obvodu je odbočena v bočníku, čím menší je odpor bočníku, tím je větší.

Meze měření ampérmetrů určených pro měření ve stejnosměrných obvodech se rozšiřují zapojením ampérmetru nikoli přímo s měřicí cívkou do série se zátěží, ale paralelním zapojením měřicí cívky ampérmetru s bočníkem.

Cívkou přístroje tedy vždy projde jen malá část měřeného proudu, jehož hlavní část poteče bočníkem zapojeným do série do obvodu. To znamená, že zařízení bude ve skutečnosti měřit pokles napětí na bočníku známého odporu a proud bude přímo úměrný tomuto napětí.

V praxi bude ampérmetr fungovat jako milivoltmetr. Protože je ale stupnice přístroje odstupňována v ampérech, uživatel dostane informaci o velikosti měřeného proudu. Boční faktor se obvykle volí jako násobek 10.

Bočníky určené pro proudy do 50 ampérů se montují přímo do pouzder zařízení a bočníky pro měření vysokých proudů se dělají vzdáleně a pak se zařízení připojuje sondami k bočníku. U zařízení určených pro nepřetržitý provoz s bočníkem jsou stupnice okamžitě odstupňovány v konkrétních hodnotách proudu se zohledněním součinitele bočníku a uživatel již nemusí nic počítat.

Pokud je bočník externí, pak v případě kalibrovaného bočníku je na něm uveden jmenovitý proud a jmenovité napětí: 45 mV, 75 mV, 100 mV, 150 mV. Pro měření proudu volte bočník takový, aby se ručička maximálně vychýlila – na plný rozsah, to znamená, že jmenovitá napětí bočníku a měřicího zařízení musí být stejná.

Pokud mluvíme o individuálním bočníku pro konkrétní zařízení, pak je vše samozřejmě jednodušší. Podle tříd přesnosti se bočníky dělí na: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 a 0,5 – to je dovolená chyba ve zlomcích procenta.

Bočníky jsou vyrobeny z kovů s nízkým teplotním součinitelem odporu a výrazným měrným odporem: konstantan, nikl, manganin, takže když proud protékající bočníkem zahřeje, neovlivní to údaje zařízení. Aby se také snížil teplotní faktor během měření, je do série s ampérmetrovou cívkou zapojen přídavný odpor vyrobený ze stejného druhu materiálu.

Měření stejnosměrného napětí

Pro měření stejnosměrného napětí mezi dvěma body v obvodu je paralelně k obvodu mezi těmito dvěma body zapojen voltmetr. Voltmetr je vždy připojen paralelně k přijímači nebo zdroji. A aby připojený voltmetr neovlivňoval činnost obvodu, nezpůsoboval pokles napětí, nezpůsoboval ztráty, musí mít dostatečně vysoký vnitřní odpor, aby bylo možné zanedbat proud voltmetrem.

Přídavný odpor

A aby se rozšířily meze měření voltmetru, je s jeho pracovním vinutím zapojen do série přídavný rezistor, takže na měřicí vinutí přístroje dopadá přímo úměrně jeho odporu pouze část měřeného napětí. A při známé hodnotě odporu přídavného rezistoru lze z napětí na něm zaznamenaného snadno určit celkové naměřené napětí působící v daném obvodu. Takto fungují všechny klasické voltmetry.

Koeficient, který se objeví jako výsledek přidání dalšího rezistoru, ukáže, kolikrát je naměřené napětí větší než napětí dopadající na měřicí cívku zařízení. To znamená, že meze měření zařízení závisí na hodnotě přídavného odporu.

V zařízení je zabudován přídavný odpor. Pro snížení vlivu okolní teploty na měření je přídavný odpor vyroben z materiálu s nízkým teplotním koeficientem odporu. Vzhledem k tomu, že odpor přídavného rezistoru je mnohonásobně větší než odpor zařízení, odpor měřicího mechanismu zařízení nakonec nezávisí na teplotě. Třídy přesnosti přídavných rezistorů jsou vyjádřeny podobně jako třídy přesnosti bočníků – ve zlomcích procent udávají velikost chyby.

Pro další rozšíření měřicích limitů voltmetrů se používají děliče napětí. To se děje tak, že při měření zařízení přijímá napětí odpovídající jmenovité hodnotě zařízení, to znamená, že nepřekračuje limit na jeho stupnici. Dělicí poměr děliče napětí je poměr vstupního napětí děliče k výstupnímu měřenému napětí. Dělicí koeficient se bere rovný 10, 100, 500 nebo více, v závislosti na možnostech použitého voltmetru. Dělič nezavádí velkou chybu, pokud je odpor voltmetru také vysoký a vnitřní odpor zdroje nízký.

Měření střídavého proudu

Pro přesné měření parametrů střídavého proudu přístrojem je nutný přístrojový transformátor. Přístrojový transformátor používaný pro účely měření také zajišťuje bezpečnost personálu, protože transformátor zajišťuje galvanické oddělení od vysokonapěťového obvodu. Obecně platí, že bezpečnostní opatření zakazují připojení elektrických měřicích přístrojů bez takových transformátorů.

Použití přístrojových transformátorů umožňuje rozšířit měřící limity přístrojů, to znamená, že je možné měřit vysoká napětí a proudy pomocí nízkonapěťových a slaboproudých přístrojů. Přístrojové transformátory jsou tedy dvou typů: transformátory napětí a transformátory proudu.

Napěťový transformátor

Pro měření střídavého napětí se používá napěťový transformátor. Jedná se o snižovací transformátor se dvěma vinutími, jehož primární vinutí je připojeno ke dvěma bodům v obvodu, mezi kterými je potřeba měřit napětí, a sekundární vinutí je připojeno přímo k voltmetru. Přístrojové transformátory ve schématech jsou znázorněny jako běžné transformátory.

Transformátor bez zatíženého sekundárního vinutí pracuje v režimu naprázdno a při připojení voltmetru, jehož odpor je velký, zůstává transformátor prakticky v tomto režimu, a proto lze naměřené napětí považovat za úměrné napětí přivedenému na primární vinutí, přičemž se vezme v úvahu transformační poměr rovný poměru počtu závitů v jeho sekundárním a primárním vinutí.

Tímto způsobem můžete měřit vysoké napětí a přitom zařízení poskytovat malé, bezpečné napětí. Zbývá pouze vynásobit naměřené napětí transformačním poměrem transformátoru měřicího napětí.

Ty voltmetry, které byly původně navrženy pro práci s napěťovými transformátory, mají kalibraci stupnice zohledňující transformační poměr, pak je hodnota změněného napětí okamžitě viditelná na stupnici bez dalších výpočtů.

Pro zvýšení bezpečnosti při práci se zařízením se v případě poškození izolace přístrojového transformátoru nejprve uzemní jedna ze svorek sekundárního vinutí transformátoru a jeho kostra.

Měřicí transformátory proudu

Měřicí transformátory proudu slouží k připojení ampérmetrů k obvodům střídavého proudu. Jedná se o dvouvinuté zvyšovací transformátory. Primární vinutí je zapojeno do série s měřeným obvodem a sekundární vinutí je připojeno k ampérmetru. Odpor v ampérmetrovém obvodu je malý a ukazuje se, že proudový transformátor pracuje prakticky ve zkratovém režimu a můžeme předpokládat, že proudy v primárním a sekundárním vinutí spolu souvisí jako počet závitů v sekundárním a primární vinutí.

Volbou vhodného poměru závitů lze měřit významné proudy, zatímco zařízením budou vždy protékat docela malé proudy. Zbývá jen vynásobit proud naměřený v sekundárním vinutí transformačním poměrem. Ty ampérmetry, které jsou určeny pro nepřetržitý provoz ve spojení s proudovými transformátory, mají stupnice kalibrované s ohledem na transformační poměr a hodnotu měřeného proudu lze snadno odečíst ze stupnice přístroje bez výpočtů. Pro zvýšení bezpečnosti personálu je nejprve uzemněna jedna ze svorek sekundárního vinutí měřicího transformátoru proudu a jeho kostra.

V mnoha aplikacích jsou vhodné průchozí měřicí transformátory proudu, u kterých jsou magnetické jádro a sekundární vinutí izolovány a umístěny uvnitř průchodkového pouzdra, jehož oknem prochází měděná sběrnice přenášející měřený proud.

Sekundární vinutí takového transformátoru není nikdy ponecháno otevřené, protože silné zvýšení magnetického toku v magnetickém obvodu může nejen vést k jeho zničení, ale také indukovat EMF na sekundárním vinutí, které je nebezpečné pro personál. Pro bezpečné měření je sekundární vinutí propojeno s rezistorem známé hodnoty, jehož napětí bude úměrné měřenému proudu.

Přístrojové transformátory se vyznačují dvěma typy chyb: úhlovým a transformačním poměrem. První je spojena s odchylkou fázového úhlu primárního a sekundárního vinutí od 180°, což vede k nepřesným odečtům wattmetrů. Pokud jde o chybu spojenou s transformačním poměrem, tato odchylka ukazuje třídu přesnosti: 0,2, 0,5, 1 atd. – jako procento jmenovité hodnoty.

• Regulace napětí ve stejnosměrných obvodech
• Způsoby připojení přijímačů elektrické energie
• Co určuje dlouhodobý přípustný proud kabelu?

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli:

Digitální voltmetr je určen k měření stejnosměrného napětí a přenosu dat do počítače. Pro přenos dat a napájení se používá sériový port. Sestavený obvod se volně vejde do pouzdra konektoru DB25. Na rozdíl od jiných podobných obvodů sestavených na drahých dovážených ADC se sériovým rozhraním [2] se tento skládá z běžnějších a levnějších prvků a z hlediska výkonu zhruba odpovídá 10bitovému ADC.

2. Schéma.

Obvod voltmetru se skládá ze dvou operačních zesilovačů. První (D1.1) má generátor pilovitého napětí s frekvencí asi 10 Hz a amplitudou asi 1 volt. Druhý (D1.2) je zapojen podle komparátorového obvodu a porovnává vstupní napětí s napětím přicházejícím z generátoru. Na jeho výstupu je v provozním režimu obdélníkové napětí s frekvencí generátoru a pracovním cyklem přímo úměrným měřenému napětí. Pro napájení měřeného napětí na desku je vhodné použít stíněný kabel. Voltmetr má společnou zem s počítačem, to je třeba při měření zohlednit. Toto je asi nejzávažnější nevýhoda obvodu, mám nápad, jak to opravit, ale obvod zatím nebyl otestován, možná se to za chvíli objeví na této stránce.

3. Program.

Pro práci s obvodem je potřeba použít speciální program. Program je napsán pro MS DOS jako rezidentní COM soubor. Po spuštění zůstává v paměti počítače a pracuje paralelně s ostatními programy, přičemž na obrazovce bude vždy zobrazen údaj voltmetru. Při spuštění programu můžete konfigurovat jeho parametry – číslo použitého portu a pozici údaje voltmetru na obrazovce. K tomu jsou určeny parametry příkazového řádku C a P, bezprostředně následované desetinnými číslicemi. Pokud programování trochu rozumíte a chcete změnit další nastavení programu nebo voltmetr používat jako součást některých svých produktů, stáhněte si zdrojový kód programu v assembleru.
Program zabírá minimum paměti (méně než 1,5 KB), ale protože neustále dotazuje port, vyžaduje relativně hodně procesorového času, takže si myslím, že s procesorem 386 a možná ani s některými 486 to fungovat nebude. Při spuštění z okna DOSu Windows zachycují všechny požadavky na port, což výrazně snižuje rychlost a vyžaduje výkonnější procesor.

4. Technické vlastnosti.

Charakteristiky schématu.

*) Pokud potřebujete změřit jiné napětí, jednoduše vyměňte rezistor R1 nebo použijte přepínač rozsahů.
*) Typická hodnota.

Polarita vstupního napětí je určena automaticky. Zařízení je chráněno před přetížením. Při vstupním napětí až 25 voltů se zařízení přepne do režimu saturace, který lze zjistit podle čtyř devítek a znaménka (kladné nebo záporné přepětí) zobrazeného na obrazovce. V tomto režimu může zůstat tak dlouho, jak je požadováno, bez rizika poškození obvodu. Když napětí klesne na přijatelnou úroveň, zařízení pokračuje v normálním provozu.

5. Možné náhrady prvků.

Mikroobvod D1 (KR140UD20) lze nahradit importovaným analogovým LM747 nebo jakýmkoli jiným operačním zesilovačem, nejlépe duálním, s nízkou spotřebou proudu. Kapacitu vyhlazovacích kondenzátorů lze snížit na 1 μF, i když to nezvýší přesnost měření. Rezistor připojený k lince TXD lze zcela vynechat, existuje mnoho obvodů, které odebírají energii přímo z této linky, tím se zvýší napájecí napětí mikroobvodu, ale také se zvýší pravděpodobnost selhání sériového portu. Pro zlepšení stability nuly můžete do obvodu přidat standardní korekční obvody pro mikroobvod, i když stejného výsledku lze dosáhnout i pomocí softwarové korekce.

© Katalog amatérských radioamatérských obvodů

Všechna práva vyhrazena. Stránka amatérského rádia. <br />Reprodukce je povolena pouze s odkazem na tyto stránky.

Napište nám. E-mail: [email protected] nebo [email protected].