Digitální měřič napětí a proudu. Měření napětí. Druhy a princip měření. Zvláštnosti

Co lze udělat na základě malého mikrokontroléru Attiny13? Mnoho věcí. Například měřič napětí, proudu, teploty s výsledky zobrazenými na displeji typu HD44780. Tak to dáme dohromady univerzální zařízení, který lze s úspěchem použít jako modul v napájecích zdrojích, nabíječkách, UMZCH a v těch místech, kde není vyžadována velmi vysoká přesnost. Velikost desky je pouze 35 x 16 mm.

Obvod U, I, T metrů na Attiny13

Rozsah měření napětí 0-99V s rozlišením 0,1V.
Rozsah měření proudu 0-9,99A s rozlišením 10 mA.
Rozsah měření teploty 0-99C s rozlišením 0,1C.
Vlastní proudový odběr měřiče je 35 mA.

Nejprve musíte vědět, v jakém rozsahu napětí bude zařízení pracovat. K tomu je nutné vypočítat dělič napětí. Například, abychom získali měření 10V, dělič by byl 1/10 (vynásobíme x 10, protože napětí by bylo 10násobek základního 1V), pro 30V by to bylo 1/30 a tak dále. Poté je třeba nakonfigurovat program pro tento rozsah. Těchto 30 V vynásobíme 640, a výsledek vydělíme 1023. Výsledné číslo se přibližně zapíše na začátku programu, konstantní napětí a program se musí sestavit (pro rozsah 100 V 8,2k).

Podobně můžeme nastavit i měření proudu, dát jiný dělič, jiný rozsah a vypsat to, ale nebudu to popisovat. Není zde žádná analogová kalibrace teploty, protože se zdála být zcela nadbytečná.

V programu opravujeme experimentálně, je za to zodpovědná konstanta const temp. Rezistor 1K mezi zemí a výstupem snímače nastavuje napětí, lze jej snížit i na 100 ohmů.

Jak schéma funguje

Napětí, které chceme změřit, přivedeme na body V a V + na desce, bod GND spojíme se vstupem závaží zdroje a do bodu B - výstup závaží (měření probíhá na zemi). Mezi body GND a V - je zapojen bočník. Elektroměr je napájen z bodu V a V+ přes regulátor 7805. Na desce je místo pro regulátor v pouzdře TO252, ale lze s úspěchem použít i větší regulátor 78L05 v pouzdře TO92. Maximální napětí, který lze specifikovat pro V a V + bod, u běžné 7805 to bude do 35V, u 78L05 to bude samozřejmě méně, ale ne více než 30. Aby bylo možné měřit velká napětí, čip nutno doplnit samostatně - na straně tisku je třeba přerušit cestu pod potenciometrem nastavení napětí a přivést napájení do bodu A. Systém pracuje s displejem 16x1 s ovladačem HD44780 nebo 16x2.

Video měřiče

Při flashování mikrokontroléru musíte nastavit reset pinu jako normální pin (povolit fusebit RSTDISBL). Před provedením této operace se ujistěte, že je vše dobře nastaveno, že po vypnutí je resetováno a k procesoru nemá přístup běžný programátor! Zdroje, stejně jako veškerá další dokumentace a soubory, jsou umístěny

Chci vám představit vylepšenou verzi pro laboratorní blok výživa. Přidána možnost vypnout zátěž při překročení určitého předem nastaveného proudu. Firmware pro vylepšený voltampérmetr je možný.

Schéma digitálního měřiče proudu a napětí

Do schématu bylo přidáno také několik detailů. Z ovládacích prvků - jedno tlačítko a proměnný odpor s nominální hodnotou 10 kiloohmů až 47 kiloohmů. Jeho odpor není pro obvod kritický a jak vidíte, může se lišit v poměrně širokých mezích. se trochu změnil a vzhled na obrazovce. Přidáno zobrazení výkonu a ampér*hodin.

Proměnná vypínacího proudu je uložena v EEPROM. Po vypnutí tedy nebudete muset vše znovu konfigurovat. Chcete-li vstoupit do aktuální nabídky nastavení, musíte stisknout tlačítko . Otáčením knoflíku proměnlivého odporu je třeba nastavit proud, při kterém se relé vypne. Je připojen přes spínač na tranzistoru k výstupu PB5 mikrokontrolér Atmega8.

V okamžiku vypnutí se na displeji zobrazí nápis, že byl překročen maximální nastavený proud. Po stisknutí tlačítka se vrátíme zpět do nabídky nastavení maximálního proudu. Pro přepnutí do režimu měření musíte znovu stisknout tlačítko. K východu PB5 mikrokontrolér dá log 1 a zároveň sepne relé. Toto sledování proudu má i své nevýhody. Ochrana nebude fungovat okamžitě. Operace může trvat několik desítek milisekund. U většiny experimentálních zařízení není tato nevýhoda kritická. U lidí toto zpoždění není vidět. Všechno se děje najednou. Nebyl vyvinut nový plošný spoj. Kdo si chce přístroj zopakovat, může si trochu upravit tištěný spoj z předchozí verze. Změny nebudou výrazné.

Zátěž v elektrickém obvodu je charakterizována silou proudu, měřením proudu v ampérech. Někdy se musí změřit proudová síla, aby se zkontrolovalo přípustné zatížení kabelu. Pro pokládku elektrického vedení se používají kabely různých sekcí. Pokud kabel pracuje se zatížením vyšším, než je přípustná hodnota, pak se zahřívá a izolace se postupně ničí. V důsledku to vede k výměně kabelu.

Po položení nového kabelu je nutné změřit proud, který jím prochází, s veškerou prací elektrických zařízení Ach.
Pokud je ke staré elektroinstalaci připojena další zátěž, měli byste také zkontrolovat množství proudu, které by nemělo překročit povolené limity.
Při zatížení rovném horní dovolené hranici se kontroluje vyhovění protékajícího proudu. Jeho hodnota by neměla překročit jmenovitou hodnotu provozního proudu strojů. Jinak jistič z důvodu přetížení odpojí síť od napájení.
Měření proudu je také nutné pro stanovení provozních režimů elektrických zařízení. Měření proudového zatížení elektromotorů se provádí nejen pro kontrolu jejich výkonu, ale také pro zjištění nadměrného zatížení nad přípustnou, ke kterému může dojít v důsledku velké mechanické síly při provozu zařízení.
Pokud změříte proud v obvodu pracovního, ukáže se provozuschopnost.
Výkon v bytě se kontroluje i měřením proudu.

Aktuální výkon

Kromě síly proudu existuje pojem současné síly. Tento parametr definuje aktuální práci vykonanou za jednotku času. Síla proudu se rovná poměru vykonané práce k časovému úseku, po který byla tato práce vykonána. Označeno písmenem "P" a měřeno ve wattech.

Výkon se vypočítá vynásobením síťového napětí proudem spotřebovaným připojenými elektrickými zařízeními: P \u003d U x I. Elektrické spotřebiče obvykle udávají spotřebu energie, pomocí které můžete určit proud. Pokud má váš televizor výkon 140 W, pak pro určení proudu tuto hodnotu vydělíme 220 V, v důsledku toho získáme 0,64 ampéru. Toto je maximální hodnota proudu, v praxi může být proud menší, když se sníží jas obrazovky nebo se změní jiné nastavení.

Měření proudu přístroji

K určení spotřeby elektrická energie s přihlédnutím k provozu spotřebitelů v různé režimy jsou zapotřebí elektrické měřicí přístroje schopné měřit aktuální parametry.

. Ampérmetry se používají k měření velikosti proudu v obvodu. Jsou zařazeny do měřeného obvodu v sérii. Vnitřní odpor ampérmetru je velmi malý, takže neovlivňuje provozní parametry obvodu Stupnice ampérmetru může být označena v ampérech nebo jiných zlomcích ampéru: mikroampéry, miliampéry atd. Existuje několik typů ampérmetrů: elektronické, mechanické atd.

je elektronický měřicí přístroj schopný měřit různé parametry elektrického obvodu (odpor, napětí, přerušení vodiče, vhodnost baterie atd.), včetně síly proudu. Existují dva typy multimetrů: digitální a analogové. Multimetr má různá nastavení měření.

Jak měřit proud multimetrem

Zjistěte, jaký je interval měření vašeho multimetru. Každé zařízení je určeno k měření proudu v určitém intervalu, který musí odpovídat měřenému elektrickému obvodu. Nejvyšší přípustný proud měření musí být uveden v návodu.
Vyberte vhodný režim měření. Mnoho multimetrů je schopno pracovat v různých režimech a měřit různé veličiny. Chcete-li měřit sílu proudu, musíte se přepnout do příslušného režimu s ohledem na typ proudu (stejnosměrný nebo střídavý).
Na zařízení nastavte požadovaný interval měření. Je lepší nastavit horní limit proudu o něco vyšší, než je očekávaná hodnota. Tento limit můžete kdykoli snížit. Ale bude záruka, že zařízení nevyřadíte z provozu.
Zasuňte testovací zástrčky vodičů do zásuvek. Zařízení je dodáváno se dvěma vodiči se sondami a konektory. Hnízda musí být označena na zařízení nebo uvedena v pasu.

Chcete-li zahájit měření, musíte připojit multimetr k obvodu. V tomto případě byste měli dodržovat bezpečnostní pravidla a nedotýkat se částí pod proudem nechráněnými částmi těla. Neměřte ve vlhkém prostředí, protože vlhkost vede elektrický proud. Na rukou by se měly nosit gumové rukavice. Pro přerušení obvodu pro měření přestřihněte vodič a odizolujte na obou koncích. Poté připojte sondy multimetru k odizolovaným koncům vodiče a ujistěte se, že mají dobrý kontakt.
Zapněte napájení obvodu a zaznamenejte hodnoty přístroje. V případě potřeby opravte horní mez měření.
Vypněte napájení obvodu a odpojte multimetr.

. Pokud potřebujete měřit proud bez přerušení elektrického obvodu, pak jsou pro tento úkol výbornou volbou klešťové měřiče. Toto zařízení se vyrábí v několika typech a různých provedeních. Některé modely mohou měřit i jiné parametry obvodu. používat měření proudová svorka velmi pohodlně.

Metody měření proudu

Pro měření proudu v elektrickém obvodu je nutné připojit jednu svorku ampérmetru nebo jiného zařízení schopného měřit proud na kladnou svorku zdroje proudu nebo a druhou svorku na vodič spotřebiče. Poté můžete měřit aktuální sílu.

Při měření je třeba dávat pozor, protože při rozpojení aktivního elektrického obvodu může vzniknout elektrický oblouk.

Pro měření síly proudu elektrických zařízení připojených přímo do zásuvky nebo domácího kabelu je měřicí zařízení nastaveno na režim AC s nadhodnocenou horní hranicí. Poté je měřicí zařízení připojeno k přerušení fázového vodiče.

Veškeré připojovací a odpojovací práce lze provádět pouze v beznapěťovém obvodu. Po všech připojeních můžete připojit napájení a měřit proud. V tomto případě se nedotýkejte holých částí pod proudem, aby nedošlo k úrazu elektrickým proudem. Takové metody měření jsou nepohodlné a vytvářejí určité nebezpečí.

Je mnohem pohodlnější provádět měření proudovými kleštěmi, které mohou provádět všechny funkce multimetru v závislosti na verzi zařízení. S takovými klíšťaty je velmi snadné pracovat. Je potřeba nastavit režim měření na stejnosměrný nebo střídavý proud, roztáhnout vousy a zakrýt jimi fázový vodič. Poté je třeba zkontrolovat lícování vousů mezi sebou a změřit proud. Pro správné údaje musí být fázový vodič pokryt knírkem. Pokud zakryjete dva vodiče najednou, měření nebude fungovat.

Klešťové měřiče se používají pouze pro měření AC parametrů. Pokud se používá k měření stejnosměrný proud, vousy se velkou silou smrští a roztlačit je bude možné pouze vypnutím napájení.

: Proud v obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.

AKTUÁLNÍ je kvantitativní charakteristika elektrický proud- Jedná se o fyzikální veličinu rovnající se množství elektřiny, která proteče průřezem vodiče za jednotku času. Měřeno v ampérech.

Pro elektrické rozvody v bytě hraje proudová síla obrovskou roli, protože na základě maximální možné hodnoty pro samostatné vedení vycházející z elektrického panelu, průřez vodiče a maximální proud jističe, který chrání el. kabel před poškozením v případě výskytu závisí.

Pokud tedy sekce a jistič nejsou správně vybrány, jednoduše se vyřadí a výměna za výkonnější prostě nebude fungovat.

Například nejběžnější dráty a kabely v elektrických rozvodech o průřezu 1,5 milimetrů čtverečních jsou vyrobeny z mědi nebo 2,5 z hliníku. Jsou dimenzovány pro maximální proud 16 ampér nebo připojení napájení nejvýše 3 a půl kilowattu. Pokud připojíte výkonné elektrické spotřebiče překračující tyto limity, nemůžete jednoduše vyměnit stroj za 25 A - kabeláž nevydrží a budete muset posunout měděný kabel o průřezu 2,5 metru čtverečních od štítu. mm, který je dimenzován na maximální proud 25 A.

Jednotky měření výkonu elektrického proudu.

Kromě ampérů se často setkáváme s pojmem výkon elektrického proudu. Tato hodnota ukazuje práci vykonanou proudem za jednotku času.

Výkon se rovná poměru vykonané práce k době, za kterou byla vykonána. Výkon se měří ve wattech a označuje se písmenem P. Vypočítá se podle vzorce P \u003d A x B, to znamená, že pro zjištění výkonu je nutné vynásobit napětí sítě proudem spotřebované elektrickými spotřebiči k němu připojenými, domácí přístroje, osvětlení atd.

Na elektrických spotřebičích, často na štítcích nebo v pasu, je uvedena pouze spotřeba energie, s vědomím, že můžete snadno vypočítat proud. Například spotřeba televizoru je 110 wattů. Abychom zjistili množství spotřebovaného proudu, vydělíme výkon napětím 220 voltů a dostaneme 0,5 A.
Mějte ale na paměti, že se jedná o maximální hodnotu, ve skutečnosti to může být méně, protože televizor při nízkém jasu a za jiných podmínek spotřebuje méně elektřiny.

Přístroje pro měření elektrického proudu.

Aby bylo možné zjistit skutečnou spotřebu elektrické energie s přihlédnutím k provozu v různých režimech pro elektrické spotřebiče, domácí přístroje atd. - potřebujeme elektrické měřicí přístroje:

Ampérmetr- všem dobře známý z praktických hodin fyziky ve škole (obrázek 1). Ale v každodenním životě a profesionálech se nepoužívají kvůli nepraktičnosti.
multimetr- Tento elektronické zařízení provádí různá měření, včetně síly proudu (obrázek 2). Je velmi rozšířený, jak mezi elektrikáři, tak v běžném životě. Jak jej použít k měření proudu jsem již řekl.
Tester- prakticky stejný jako multimetr, ale bez použití elektroniky se šipkou, která ukazuje naměřenou hodnotu dílky na obrazovce. Dnes již zřídka vídané, ale za sovětské éry byly široce používány.
Měřící svorky elektrikář (obrázek 3), používám je při své práci, protože nevyžadují přerušení vodiče pro měření, není potřeba se dostat pod napětí a vypínat zátěž. Měří potěšení - rychle a snadno.

Jak správně měřit proud.

Abyste mohli měřit výkon pro spotřebitele, musíte připojit jednu svorku z ampérmetru, testeru nebo multimetru ke kladnému pólu baterie nebo vodiče z napájecího zdroje nebo transformátoru a druhou svorku k vodiči vedoucímu ke spotřebiteli a po zapnutí režimu měření DC s rezervou horního maximálního limitu - proveďte měření.

Při otevírání běžícího obvodu buďte opatrní, vzniká oblouk, jehož velikost roste se sílou proudu.

Pro měření proudu pro spotřebiče připojené přímo k zásuvce nebo k elektrickému kabelu z domácí sítě se měřící přístroj přepne do režimu AC měření s rezervou pro horní mez. Dále je tester nebo multimetr zahrnut do přerušení fázového vodiče. Jaká je fáze, ve které čteme.

Veškeré práce musí být prováděny až po odpojení napětí.

Poté, co je vše připraveno, zapněte a zkontrolujte sílu proudu. Jen dávejte pozor, abyste se nedotkli odhalených kolíků nebo drátů.

Souhlaste s tím, že výše popsané metody nejsou příliš pohodlné a dokonce nebezpečné!

Byl jsem ve svém odborná činnost K měření proudu používám elektrikáře klešťové měřiče(na obrázku vpravo). Často přicházejí ve stejném pouzdru s multimetrem.

Měří se s nimi snadno - zapneme a přepneme do režimu měření střídavého proudu, pak rozdělíme vousy umístěné nahoře a protáhneme fázový vodič dovnitř, poté se ujistíme, že k sobě těsně přiléhají a vezmeme Měření.

Jak vidíte, je to rychlé, jednoduché a můžete tímto způsobem měřit proud pod napětím, jen dávejte pozor, abyste náhodně nezkratovali sousední vodiče v elektrickém panelu.

Pamatujte, že pro správné měření potřebujete obvod pouze jednoho fázového vodiče, a pokud omotáte pevný kabel, ve kterém jdou fáze a nula k sobě, nebude možné provádět měření!

Související obsah:

Měření stejnosměrné proudy nejčastěji vyráběny magnetoelektrickými galvanometry, mikroampérmetry, miliampérmetry a ampérmetry, jejichž hlavní součástí je magnetoelektrický měřicí mechanismus (metr). Zařízení jednoho z běžných provedení ručkového měřiče je znázorněno na Obr. 1. Měřič obsahuje magnet 1 ve tvaru podkovy. Ve vzduchové mezeře mezi jeho pólovými nástavci 2 a pevným válcovým jádrem 5 z magneticky měkkého materiálu vzniká rovnoměrné magnetické pole, jehož indukční čáry jsou kolmé. na povrch jádra. V této mezeře je umístěn rám 4, navinutý tenkým měděným izolovaným drátem (průměr 0,02 ... 0,2 mm) na lehký papírový nebo hliníkový rám obdélníkového tvaru. Rámem lze otáčet společně s osou 6 a šipkou 10, jejíž konec se pohybuje nad stupnicí. Ploché spirálové pružiny 5 slouží k vytvoření momentu, který působí proti otáčení rámu, a také k přívodu proudu do rámu. Jedna pružina je upevněna mezi nápravou a skříní. Druhá pružina je jedním koncem připevněna k ose a druhým koncem ke korekční páce 7, jejíž vidlice kryje excentrickou tyč šroubu 8. Otáčením tohoto šroubu se ukazatel nastaví na nulové dělení měřítko. Protizávaží 9 slouží k vyvážení pohyblivé části měřidla za účelem stabilizace polohy šipky při změně polohy zařízení.

Rýže. 1. Zařízení magnetoelektrického měřícího mechanismu.

Měřený proud, procházející cívkami rámu, interaguje s magnetickým polem permanentního magnetu. Kroutící moment vytvořený v tomto případě, jehož směr je určen známým pravidlem levé ruky, způsobí, že se rám otočí pod takovým úhlem, ve kterém je vyvážen protipůsobícím momentem, který nastává, když pružiny 5 jsou zkroucené.Vzhledem k rovnoměrnosti konstanty magnetické pole ve vzduchové mezeře se ukáže točivý moment a následně úhel vychýlení jehly úměrné proudu protékající rámem. Proto mají magnetoelektrická zařízení jednotná měřítka. Ostatní veličiny, které ovlivňují hodnotu točivého momentu - magnetická indukce ve vzduchové mezeře, počet otáček a plocha rámu - zůstávají konstantní a spolu s elastickou silou pružin určují citlivost pružiny. Metr.

Při otáčení rámu se v jeho hliníkovém rámu indukují proudy, jejichž spolupůsobením s polem permanentního magnetu vzniká brzdný moment, který rychle zklidní pohyblivou část měřiče (doba ustálení nepřesáhne 3 s).

Elektroměry se vyznačují třemi elektrickými parametry: a) celkovým vychylovacím proudem Ii, způsobujícím vychýlení ručičky na konec stupnice; b) celkové odchylkové napětí Ui, tj. napětí na rámu elektroměru, které ve svém obvodu vytváří proud Ii; c) vnitřní odpor Ri, což je odpor rámu. Tyto parametry jsou vzájemně propojeny Ohmovým zákonem:

V rádiových měřicích přístrojích se používají různé typy magnetoelektrických měřičů, jejichž celkový odchylkový proud leží obvykle v rozmezí 10 ... 1000 μA. Elektroměry, jejichž celkový odchylkový proud nepřesahuje 50-100 μA, jsou považovány za vysoce citlivé.

Některé měřiče jsou vybaveny magnetickým bočníkem ve formě ocelové desky, kterou lze přiblížit ke koncovým plochám pólových nástavců a magnetu nebo od nich. V tomto případě se proud celkové výchylky I sníží nebo zvýší v malém rozsahu v důsledku změny magnetického toku působícího na rám v důsledku větvení části celkového magnetického toku bočníkem.

Celkové výchylkové napětí Ui pro většinu měřičů je v rozsahu 30-300 mV. Odpor rámu R a závisí na obvodu rámu, počtu závitů a průměru drátu. Čím je elektroměr citlivější, tím více závitů tenčího drátu má jeho rám a tím větší je jeho odpor. Zvýšení citlivosti měřičů je dosaženo i použitím výkonnějších magnetů, bezrámových rámů, pružin s malým protipůsobícím momentem a zavěšením pohyblivé části na striích (dvě tenké nitě).

U citlivých měřičů s bezrámečkovým rámem se šipka, která se vychyluje působením proudu procházejícího rámem, před zastavením v rovnovážné poloze řadu kmitů. Aby se zkrátila doba ustálení šipky, je rám shuntován odporem s odporem v řádu tisíců nebo stovek ohmů. Roli toho druhého někdy hraje Kruhový diagram zařízení připojené paralelně k rámu.

Měřiče s pohyblivými rámy umožňují získat úhel úplného vychýlení šípu až do 90-100°. Malé měřiče se někdy vyrábějí s pevným rámem a pohyblivým magnetem namontovaným na stejné ose jako ukazatel. V tomto případě je možné zvětšit úhel úplného vychýlení šipky na 240°.

Zvláště citlivé měřiče používané k měření velmi malých proudů (méně než 0,01 μA) a napětí (méně než 1 μV) se nazývají galvanometry. Často se používají jako nulové indikátory (indikátory nepřítomnosti proudu nebo napětí v obvodu) při měření srovnávacími metodami. Podle způsobu čtení se rozlišují ručkové a zrcadlové galvanometry; v druhém případě je referenční riziko na stupnici vytvořeno pomocí světelného paprsku a zrcadla namontovaného na pohyblivé části zařízení.

Magnetoelektrické měřiče jsou vhodné pro měření pouze na stejnosměrný proud. Změna směru proudu v rámu vede ke změně směru točivého momentu a odchylce šipky v opačná strana. Když je měřidlo připojeno k obvodu střídavého proudu s frekvencí do 5-7 Hz, bude šipka s touto frekvencí nepřetržitě kmitat kolem nuly stupnice. Při vyšší proudové frekvenci nestihne pohybující se systém díky své setrvačnosti sledovat změny proudu a ručička zůstává v nulové poloze. Protéká-li měřidlem pulzující proud, pak je odchylka šipky určena konstantní složkou tohoto proudu. Aby se eliminovalo chvění šipky, je měřidlo propojeno s kondenzátorem velká kapacita.

Elektroměry určené pro provoz ve stejnosměrném obvodu, jehož směr je neměnný, mají jednostrannou stupnici, jejíž jeden konec je nulovým dělením. Pro získání správného vychýlení šipky je nutné, aby proud protékal rámem ve směru od svorky označené „+“ ke svorce označené „-“. Elektroměry určené pro provoz ve stejnosměrných obvodech, jejichž směr se může měnit, jsou vybaveny oboustrannou stupnicí, jejíž nulový dílek bývá umístěn uprostřed; když proud teče v zařízení ze svorky „+“ ke svorce „-“, šipka se odchyluje doprava.

Magnetoelektrické měřiče odolávají krátkodobému přetížení až 10násobku proudu Iu a 3násobku dlouhodobého přetížení. Nejsou citlivé na vnější magnetická pole (kvůli přítomnosti silného vnitřního magnetického pole), při měření spotřebovávají málo energie a lze je provádět ve všech třídách přesnosti.

Pro měření na střídavý proud magnetoelektrické měřiče se používají ve spojení s polovodičovými, elektronickými, fotoelektrickými nebo tepelnými měniči; Společně tvoří usměrňovač, elektronická, fotovoltaická nebo termoelektrická zařízení.

V měřicích přístrojích se někdy používají elektromagnetické, elektrodynamické a ferodynamické měřiče, které jsou vhodné pro přímé měření stejnosměrných i efektivních střídavých proudů o frekvenci do 2,5 kHz. Tyto typy měřičů jsou však výrazně horší než magnetoelektrické měřiče, pokud jde o citlivost, přesnost a spotřebu energie během měření. Navíc mají nerovnoměrné měřítko, v počáteční části stlačené a jsou citlivé na působení vnějších magnetických polí, k jejichž oslabení je třeba použít magnetické štíty a zkomplikovat konstrukci přístrojů.

Stanovení elektrických parametrů magnetoelektrických měřičů

Při použití měřicího mechanismu neznámého typu jako měřidla magnetoelektrického zařízení je třeba jeho parametry - celkový odchylkový proud Ii a vnitřní odpor Ri - stanovit empiricky.

Rýže. 2. Schémata měření elektrické parametry magnetoelektrické měřiče

Odpor rámu R a lze přibližně změřit ohmmetrem s požadovaným limitem měření. Při kontrole vysoce citlivých měřičů je třeba postupovat opatrně, jako je např vysoký proud ohmmetr je může poškodit. V případě použití vícemezního bateriového ohmmetru by mělo být měření zahájeno od nejvyšší meze odporu, při které je proud v napájecím obvodu ohmmetru nejmenší. Přechod na jiné limity je povolen pouze tehdy, pokud to nezpůsobí posunutí ručičky měřidla mimo stupnici.

Dostatečně přesně lze parametry měřidla určit podle schématu na Obr. 2, a. Obvod je napájen ze zdroje konstantního napětí B přes rezistor R1, který slouží k omezení proudu v obvodu. Reostat R2 dosahuje odchylky ručičky měřiče A v plném rozsahu. Zároveň se počítá hodnota proudu Ii podle vzorového (referenčního) mikroampérmetru (miliampérmetru) μA vysoká třída přesnost než předměty; taková zařízení a opatření se budou nazývat referenční). Poté je paralelně k měřiči připojena referenční odporová skříň Ro, jejíž změnou odporu se proud měřidlem sníží přesně dvojnásobně oproti proudu ve společném obvodu. K tomu dojde při odporu Ro = R a. Namísto zásobníku odporu můžete použít libovolný proměnný rezistor, následně změřit jeho odpor Ro = R a použít ohmmetr nebo stejnosměrný můstek. Je také možné paralelně s měřičem zapojit neregulovaný rezistor se známým odporem R, nejlépe blízkým očekávanému odporu R a; pak hodnota posledně jmenovaného je určena vzorcem

R a \u003d (I / I1 - 1) * R,

kde I a I1 jsou proudy měřené zařízeními μA a I.

Pokud má měřidlo AND jednotnou stupnici obsahující αp dílky, můžete použít obvod znázorněný na obr. 2b. Požadované parametry měřiče se vypočítají podle vzorců:

Ii \u003d U / (R1 + R2) * αp / α1; Ri = (α2 * R2)/(al-α2) - R1,

kde U je napájecí napětí naměřené voltmetrem V, α1 a α2 jsou hodnoty na stupnici měřiče, když je přepínač B nastaven do polohy 1 a 2, a R1 a R2 jsou známé odpory rezistorů, které jsou přijatých přibližně stejných nominálních hodnot. Chyba měření je tím menší, čím blíže je odečet α1 ke konci stupnice, čehož se dosáhne vhodnou volbou odporu

Magnetoelektrické miliampérmetry a ampérmetry

Magnetoelektrické měřiče s přímým připojením na elektrické obvody lze použít pouze jako stejnosměrné mikroampérmetry s mezí měření rovnou celkovému vychylovacímu proudu Ii. Pro rozšíření meze měření je elektroměr And připojen k proudovému obvodu paralelně s bočníkem - nízkoodporový odpor Rsh (obr. 3); v tomto případě bude měřidlem protékat pouze část měřeného proudu a čím menší, tím nižší je odpor Rsh oproti odporu měřiče Ri. Při elektronických měřeních maximální požadovaný limit pro měření stejnosměrných proudů zřídka překročí 1000 mA (1 A).

Při zvolené mezní hodnotě měřeného proudu Ip musí měřidlem protékat celkový odchylkový proud Ii; k tomu dojde při bočním odporu

Rsh \u003d R a: (Ip / Ii - 1). (1)

Například je-li potřeba rozšířit mez měření mikroampérmetru typu M260, který má parametry Ip = 0,2 mA a Ri = 900 Ohm, na hodnotu Ip = 20 mA, je nutné použít bočník s odporem Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.

Rýže. 3. Schéma kalibrace magnetoelektrického miliampérmetru (ampérmetru)

Bočníky pro miliampérmetry jsou vyrobeny z manganinového nebo konstantanového drátu. Díky vys odpor bočníky mají malé rozměry, což umožňuje jejich připojení přímo mezi svorky zařízení uvnitř nebo vně jeho pouzdra. Pokud je známa hodnota proudu Ip (v ampérech), pak se průměr bočníku d (v milimetrech) vybere z podmínky

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

při které proudová hustota v bočníku nepřekročí 1,5 A/mm 2 . Například miliampérmetrový bočník s mezí měření Ip = 20 mA by měl být vyroben z drátu o průměru 0,13 mm.

Po vyzvednutí drátu vhodného průměru d (v milimetrech) je jeho délka (v metrech), nezbytná pro výrobu bočníku s odporem Rsh (v ohmech), přibližně nalezena vzorcem

L = (1,5...1,9)d 2 * Rsh (3)

a je přesně nastavena při zapnutí zařízení podle schématu na obr. 3 v sérii s referenčním miliampérmetrem mA.

Bočníky pro vysoké proudy (do ampérmetrů) jsou obvykle vyrobeny z plechového manganinu. Aby se vyloučil vliv přechodových odporů a odporů připojovacích vodičů, mají takové bočníky čtyři svorky (obr. 4, a). Externí masivní kleště se nazývají proudové a slouží k zařazení bočníku do obvodu měřeného proudu. Vnitřní svorky se nazývají potenciálové a jsou určeny k připojení měřiče. Toto provedení také eliminuje možnost poškození měřiče vysokým proudem při náhodném odpojení bočníku.

Pro snížení chyby měření teploty způsobené rozdílnou teplotní závislostí odporu rámu měřiče a bočníku je do série s měřidlem zapojen manganinový rezistor Rk (obr. 4, b); chyba se snižuje tolikrát, kolikrát se zvyšuje odpor obvodu měřiče. Ještě lepších výsledků je dosaženo zařazením termistoru Rk se záporným teplotním koeficientem odporu. Při výpočtu zařízení s teplotní kompenzací by měl být odpor R a ve výpočtových vzorcích chápán jako celkový odpor měřiče a rezistoru Rk.

Rýže. 4. Schémata zapínání bočníku pro vysoké proudy (a) a teplotního kompenzačního prvku (b) Obr.

Vezmeme-li v úvahu vliv bočníku, vnitřní odpor miliampérmetru (ampérmetru)

Rma \u003d R a Rsh / (R a + Rsh). (4)

Pro zajištění dostatečně vysoké přesnosti v širokém rozsahu měřených proudů musí mít zařízení několik mezí měření; toho je dosaženo použitím řady přepínatelných bočníků navržených pro různé hodnoty omezovacího proudu Ip.

Přechodový faktor stupnice N je poměr horních mezních hodnot dvou sousedních mezí měření. S N = 10, jako například u čtyřmezního miliampérmetru s limity 1, 10, 100 a 1000 mA, lze snadno použít stupnici zařízení, vyrobené pro jednu z limitů (1 mA), měřit proudy na zbývajících mezích vynásobením odečteného odpovídajícím násobitelem je 10, 100 nebo 1000. V tomto případě rozsah měření dosáhne 90 % rozsahu odečtu, což povede ke znatelnému nárůstu chyby měření těch aktuální hodnoty, které odpovídají údajům na počátečních částech vah.

Rýže. 5. Stupnice vícemezních magnetoelektrických miliampérmetrů

Pro zlepšení přesnosti měření u některých zařízení se mezní hodnoty měřených proudů volí z řady čísel 1, 5, 20, 100, 500 atd., pomocí společné stupnice s několika řadami číselných značek pro čtení (obr. 5, a). Někdy jsou mezní hodnoty vybrány z řady čísel 1, 3, 10, 30, 100 atd., což umožňuje vyloučit čtení v první třetině stupnice; stupnice by však měla mít dvě řady značek odstupňovaných v násobcích 3 a 10 (obr. 5, b).

Přepínání bočníků, nutné pro přechod z jedné meze měření na druhou, lze provést pomocí spínače při použití na všech mezích společných vstupních svorek (obr. 6) nebo pomocí systému dělených zásuvek, polovin z nichž jsou vzájemně propojeny kovovou zástrčkou měřicí šňůry (obr. 7). Charakteristickým rysem schémat na Obr. 6, b a 7, b je, že bočník každé meze měření zahrnuje bočníkové rezistory jiných, méně citlivých mezí.

Rýže. 6. Schémata vícemezních miliampérmetrů s přepínači pro meze měření.

Při spínání pod proud meze měření přístroje je možné poškození měřiče, pokud se ukáže, že je krátkodobě zařazen bez bočníku do obvodu měřeného proudu. Aby se tomu zabránilo, musí konstrukce spínačů (obr. 6) zajistit přechod z jednoho kontaktu na druhý bez přerušení obvodu. V souladu s tím by měla konstrukce dělených zásuvek (obr. 7) umožnit, aby se zástrčka měřicího kabelu, když je zapnutá, nejprve uzavřela bočníkem a poté obvodem měřiče.

Rýže. 7. Schémata multilimitních miliampérmetrů se zásuvkovým spínáním mezí měření.

Aby byl elektroměr chráněn před nebezpečným přetížením, je někdy paralelně s ním umístěno tlačítko Kn s NC kontaktem (obr. 7, b); měřič je zařazen do okruhu pouze po stisku tlačítka. Efektivní způsob ochrana citlivých měřičů je jejich posunováním (v dopředném směru) se speciálně vybranými polovodičové diody; v tomto případě je však možné porušení jednotnosti stupnice.

Oproti přístrojům s přepínatelnými bočníky jsou vícerozsahové přístroje s univerzálními bočníky provozně spolehlivější. Univerzální bočník je skupina sériově zapojených odporů, které spolu s měřidlem tvoří uzavřený obvod(obr. 8). Pro připojení ke zkoumanému obvodu se používá společná záporná svorka a svorka připojená k jednomu z odboček bočníku. Vzniknou tak dvě paralelní větve. Například, když je přepínač B nastaven do polohy 2 (obr. 8, a), jedna větev obsahuje odpory aktivní části bočníku, který má odpor Rsh.d = Rsh.d = Rsh.d = Rsh. 2 + Rsh. Odpor Rsh.d musí být takový, aby na hranici měřeného proudu Ip protékal měřidlem celkový vychylovací proud Ii. Obecně

Rsh.d \u003d (Rsh + Ri) (Ii / Ip). (5)

kde Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... je impedance bočníku.

Univerzální bočník jako celek plní funkci provozního bočníku na hranici 1, která odpovídá nejmenší limitní hodnotě měřeného proudu Iп1; jeho odpor lze vypočítat podle vzorce (1). Pokud jsou zvoleny meze měření Ip2 = = N12*Ip1; Ip3 \u003d N23 * Ip2; Ip4 \u003d N34 * Ip3 atd., pak je odpor jednotlivých sekcí bočníku určen výrazy:

Rsh2 + Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / N12;

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

Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23 * N34) atd. Rozdíl odporu ze dvou sousedních rovností umožňuje určit odpor jednotlivých součástí bočníku Rsh1, Rsh2, Rsh3 atd.

Rýže. 8. Schémata vícerozsahových miliampérmetrů s univerzálními bočníky

Z výše uvedených výrazů je vidět, že přechodové faktory N12, N23, N34 atd. jsou zcela určeny poměrem odporů jednotlivých sekcí bočníku a jsou zcela nezávislé na údajích elektroměru. Proto stejný univerzální bočník, zapojený paralelně k různým měřičům, změní své limity stejným počtem časů; v tomto případě je počáteční mez měření určena vzorcem

Ip1 \u003d Ii * (Ri / Rsh + 1). (6)

Z diagramů na Obr. 8 ukazuje, že u zařízení s univerzálními bočníky lze volit meze měření jak pomocí spínačů, tak pomocí zásuvek obvyklého typu. Přerušení kontaktu v těchto obvodech je pro měřič bezpečné. Pokud není známa přibližná hodnota měřeného proudu, pak před připojením vícerozsahového zařízení ke studovanému obvodu by měla být nastavena nejvyšší horní hranice měření,

Dělení magnetoelektrických miliampérmetrů a ampérmetrů

Kalibrace měřicího přístroje spočívá ve stanovení jeho kalibrační charakteristiky, tedy vztahu mezi hodnotami měřené veličiny a odečty čtecího zařízení, vyjádřenými ve formě tabulky, grafu nebo vzorce. V praxi je stupnice ukazovátka dokončena nakreslením dílků na jeho stupnici, které odpovídají určitým číselným hodnotám měřené hodnoty.

U magnetoelektrických zařízení s jednotnými stupnicemi je hlavním úkolem kalibrace zjistit shodu konečného dílku stupnice s mezní hodnotou naměřené hodnoty, což lze provést pomocí obvodu podobného tomu, který je znázorněn na Obr. 3. Kalibrovaný přístroj se připojí na svorky 1 a 2. Reostatem R v obvodu napájeném stejnosměrným zdrojem nastavíme na referenčním přístroji mezní hodnotu proudu Ip mA a označíme bod na stupnici, do kterého ručička měřiče se odchyluje A. Pokud má kalibrované zařízení jednu mez, pak jakýkoli bod poblíž zarážky, který omezuje pohyb ukazatele, lze považovat za koncový bod stupnice. U vícelimitních přístrojů s více stupnicemi lze takovou libovolnou volbu konce stupnice provést pouze u jedné limity, brané jako výchozí.

Pokud šipka u aktuálního Ip není na konečném dílku stupnice, je třeba přístroj seřídit. U přístrojů s jedním limitem nebo na počátečním limitu přístroje s více limity lze toto nastavení provést pomocí magnetického bočníku. V nepřítomnosti posledně jmenovaného se seřízení provádí seřízením odporů bočníků. Pokud při proudu Ip šipka nedosáhne konečného dělení, pak by měl být zvýšen odpor bočníku Rsh; když šipka zmizí ze stupnice, odpor bočníku se sníží.

Při kalibraci vícerozsahových přístrojů pracujících podle schémat na obr. 6, b, 7, b a 8 by měly být bočníky nastaveny v určitém pořadí, počínaje odporem bočníku Rsh, který odpovídá nejvyššímu omezujícímu proudu Ip3; poté se postupně upraví odpory bočníků Rsh2 a Rsh1. Při přepínání mezí může být nutné vyměnit referenční zařízení, jehož horní mez měření musí být ve všech případech rovna nebo mírně přesahovat mezní hodnotu stupnice.

Znáte-li pozice počátečních a konečných dělení jednotného měřítka, je snadné určit pozice všech mezilehlých dělení. Je však třeba mít na paměti, že u některých magnetoelektrických zařízení kvůli konstrukčním nedostatkům nebo vlastnostem měřicí obvod mezi úhlovým pohybem ukazatele a měřeným proudem nemusí být přesná úměrnost. Proto je vhodné zkontrolovat dělení stupnice v několika mezilehlých bodech změnou proudu pomocí reostatu R. Rezistor Ro slouží k omezení proudu v obvodu.

Kalibrace musí být provedena s plně smontovaným přístrojem a za normálních provozních podmínek. Výsledné referenční body se nanesou na povrch stupnice naostřenou tužkou (se sklíčkem vyjmutým z pláště měřidla) nebo se zafixují podle značek stávající stupnice přístroje. Pokud je stará stupnice měřidla nepoužitelná, tak se zhotoví nová stupnice ze silného hladkého papíru, která se na místo staré stupnice přilepí lepidlem odolným proti vlhkosti. Pozice nové stupnice musí při kalibraci přístroje přesně odpovídat poloze, kterou zaujímala stará stupnice. Dobré výsledky jsou dosaženy nakreslením měřítka černým inkoustem ve zvětšeném měřítku a následným zhotovením fotokopie požadované velikosti.

Diskutováno výše obecné zásady stupnice jsou použitelné pro ukazovací měřicí přístroje pro různé účely.

Vlastnosti měření stejnosměrného proudu

Pro měření proudu je zařízení (například miliampérmetr) zapojeno do série ke studovanému obvodu; to vede ke zvýšení celkového odporu obvodu a snížení proudu, který v něm protéká. Míra tohoto poklesu se odhaduje (v procentech) koeficientem vlivu miliampérmetru

Vma \u003d 100 * Rma / (Rma + Rc),

kde Rц je celkový odpor obvodu mezi připojovacími body zařízení (například svorky 1 a 2 ve schématu na obr. 3).

Vynásobením čitatele a jmenovatele pravé strany vzorce hodnotou proudu v obvodu I a za předpokladu, že I * Rma je úbytek napětí na miliampérmetru Uma a I (Rma + Rc) se rovná emf. E, působící ve studovaném schématu, získáme

Vma \u003d 100 * Uma / E.

Ve složitém (rozvětveném) řetězci pod e. d.s. Musíte pochopit napětí nečinný pohyb mezi body přerušení, ke kterým má být přístroj připojen.

Mezní hodnota napětí Uma je úbytek napětí na zařízení Up, který způsobí, že se jeho šipka odchýlí ke koncové značce stupnice. Tedy maximální možná hodnota koeficientu vlivu při použití tohoto zařízení

Bp = 100 Up/E. (7)

Z výše uvedených vzorců vyplývá, že menší e. d.s. E, tím více zařízení ovlivňuje měřený proud. Například, pokud Up / E \u003d 0,1, pak Vp \u003d 10%, tj. zapnutí zařízení může způsobit pokles proudu v obvodu o 10%; při Up/E = 0,01 pokles proudu nepřesáhne 1 %. Při měření proudu ve vláknu rádiových trubic nebo proudu emitoru tranzistorů je proto třeba počítat s výrazně větší změnou proudu v obvodu než při měření anodových, stínících nebo kolektorových proudů. Je také zřejmé, že při stejných mezích měření je měřený proud méně ovlivněn zařízením, které se vyznačuje nižším napětím Up. U vícemezních miliampérmetrů s přepínatelnými bočníky (obr. 6 a 7) je při všech mezích měření maximální úbytek napětí na zařízení stejný a rovný celkovému odchylkovému napětí měřiče, tj. Up \u003d Ui \u003d Ii / Ri a výkon spotřebovaný zařízením je omezen hodnotou

Pp = IiUi = Ip * Ii * Ri. V miliampérmetrech s univerzálními bočníky (obr. 8) je úbytek napětí na zařízení Ii * Ii pouze na počáteční hranici 1. V ostatních mezích se zvyšuje na hodnotu Up ≈ Ii * (Rp + Rsh) (s zvýšení výkonu spotřebovaného zařízením v (Ri + Rsh) / R a časech), protože se jedná o součet úbytků napětí na elektroměru a sériově s ním zapojeném úseku bočníku. Proto zařízení s univerzálním bočníkem, ceteris paribus, má silnější vliv na režim zkoumaných obvodů než zařízení se spínanými bočníky.

Vezmeme-li celkový odpor univerzálního bočníku Rsh >> Ri, pak se spodní hranice miliampérmetru bude blížit Ii, avšak při jiných mezích může být úbytek napětí na zařízení nadměrně velký. Pokud vezmeme odpor Rsh malý, pak se zvýší nejmenší omezující proud Ip1 zařízení. Proto v každém konkrétní případ je nutné vyřešit otázku přípustné hodnoty bočníkového odporu Rsh.

Při zapojení magnetoelektrického zařízení do obvodu pulzujícího nebo pulzního proudu je pro měření konstantní složky tohoto proudu nutné paralelně se zařízením zapojit vysokokapacitní kondenzátor, který má mnohem menší odpor pro střídavý proud. aktuální složka vnitřní odpor zařízení Rma. Aby se eliminoval vliv kapacity zařízení vůči tělesu zkoumané instalace, je místo zařazení zařízení do vysokofrekvenčních obvodů voleno tak, že jeden z jeho vývodů je připojen přímo nebo přes vysokokapacitní kondenzátor do těla.

V některých případech jsou v různých obvodech zkoumaného radioelektronického zařízení zahrnuty trvalé bočníky, což umožňuje pomocí stejného magnetoelektrického měřiče střídavě řídit proudy v těchto obvodech bez jejich přerušení.

Úkol 1. Vypočítejte obvod miliampérmetru s univerzálním bočníkem (obr. 8) pro tři meze měření: 0,2; 2 a 20 mA s činitelem přechodu N = 10. Měřicí zařízení přístroje - mikroampérmetr typu M94 - má tyto údaje: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii / Ri = 0,128 V. Pro každý limit zjistěte úbytek napětí na zařízení při limitním proudu a také maximální možný vliv zařízení na měřený proud, pokud např. d.s. E = 20 V.

1. Při limitu 1 (Ip1 = 0,2 mA) je bočník k elektroměru jako celek univerzální bočník. Celkový odpor posledně jmenovaného, určený vzorcem (1), Rsh = 2550 Ohm.

Úbytek napětí na zařízení při limitním proudu Up1 = Ui = 0,128 V. Maximální možný koeficient vlivu miliampérmetru Vp1 = (Up1 / E) * 100 = 0,64 %.

2. Pro limit 2 (Ip2 = 2 mA) je odpor bočníkové části univerzálního bočníku Rsh2+ Rsh3 = Rsh/N = 255 Ohm. Proto je odpor Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohm.

Limitní úbytek napětí na zařízení Up2 = Ii / (Ri + Rsh1) = 0,727 V. Limitní koeficient vlivu Vp2 = 100 * Up2 / E = 3,63 %.

3. Pro limit 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh / N2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 \u003d Ip * (Ri + Rsh1 + Rsh2) \u003d 0,761 V; Vp3 \u003d 100 * n3 / E \u003d 3,80 %.

Úkol 2. Vypočítejte obvod miliampérmetru s univerzálním bočníkem pro tři meze měření: 5, 50 a 500 mA. Měřič přístroje - mikroampérmetr typu M260M - má tyto údaje: Ii = 500 μA, Ri = 150 Ohm. Určete vliv přístroje na měřený proud, pokud jsou měření v rozsahu 5 a 50 mA prováděna v obvodech, ve kterých např. d.s. ne méně než 200 V a na hranici 500 mA - ve vláknovém obvodu rádiové trubice napájené baterií s emf. 6 V.

Odpověď: Rsh \u003d 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2= 1,5 Ohm; Rsh3 = 0,17 Ohm; Up1 = 75 mV; Vpl = 0,037 %; Up2 = 82,5 mV; Vp2 = 0,041 %; Up3 = 83 mV; Vp3= 1,4 %.

Odpověď: 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.

DC tranzistorové mikroampérmetry

Pokud je nutné měřit velmi malé proudy, mnohem nižší než je celkový vychylovací proud I a stávající magnetoelektrický měřič, použije se tento ve spojení se stejnosměrným zesilovačem. Nejjednodušší a nejúspornější jsou zesilovače založené na bipolární tranzistory. Zesílení proudu lze dosáhnout zapínáním tranzistorů podle obvodů s společný emitor a společný kolektor, ale první obvod je výhodnější, protože poskytuje nižší vstupní impedanci zesilovače.

Rýže. 9. Schémata jednotranzistorových stejnosměrných mikroampérmetrů

Nejjednodušší obvod jednotranzistorového mikroampérmetru napájeného zdrojem s emf. E \u003d 1,5 ... 4,5 V, znázorněné na obr. 9a, plné čáry. Základní proud Ib je měřený proud, při jehož určité jmenovité hodnotě Iн teče v kolektorovém obvodu proud Ik rovný proudu celkové odchylky Ii měřiče I. Bst. Například při použití tranzistoru typu GT115A s Vst = 60 a měřiče typu M261 s proudem Ii = 500 μA je jmenovitý proud In = 500/60 ≈ 8,3 μA. Vzhledem k tomu, že vztah mezi proudy Ik a Ib je blízký lineární, bude stupnice měřiče, kalibrovaná v hodnotách měřeného proudu, téměř rovnoměrná (s výjimkou malého počátečního úseku stupnice do 10% jeho délky). Připojením speciálně zvoleného bočníku mezi vstupní svorky je možné zvýšit mezní měřený proud na hodnotu vhodnou pro výpočty (např. až 10 μA).

V reálných obvodech tranzistorových mikroampérmetrů se provádějí opatření ke stabilizaci pracovního režimu a korekci jeho případných odchylek. Za prvé je to nepřijatelné (zejména když zvýšené napětí napájení) otevření obvodu báze tranzistoru, ke kterému může dojít během procesu měření. Proto je základna připojena k emitoru přes malý odporový odpor, nebo, jak je znázorněno přerušovanou čarou na obr. 9, a, se záporným pólem zdroje přes rezistor Rb s odporem řádově stovek kiloohmů. V druhém případě je na základnu přivedeno předpětí, které nastavuje provozní režim zesilovače. Poté, aby se nastavil požadovaný jmenovitý proud (předpokládejme 10 μA pro výše uvedený příklad), je paralelně s měřičem (nebo s ním sériově) zapojen ladicí odpor Rsh = (2 ... 5) R.

Je třeba poznamenat, že v nepřítomnosti měřeného proudu bude počáteční kolektorový proud Ik.n protékat měřidlem a dosáhne 5-20 μA a v důsledku přítomnosti nekontrolovaného zpětného kolektorového proudu Ik.o a proudu v základně odporový obvod Rb. Působení proudu Ik.n lze kompenzovat nastavením ručičky měřiče na nulu mechanickým korektorem zařízení. Je však racionálnější provést nastavení elektrické nuly před zahájením měření, například pomocí pomocné baterie E0 a reostatu R0 = (5 ... 10) Rand, čímž se v obvodu měřiče vytvoří kompenzační proud I0, rovný v hodnotu, ale v opačném směru k proudu Iк. Místo dvou napájecích zdrojů lze použít jeden (obr. 9, b), paralelním zapojením děliče napětí dvou rezistorů R1 a R2 s odpory v řádu stovek ohmů. V tomto případě se vytvoří stejnosměrný můstkový obvod (viz Mostová metoda měření elektrického odporu), který je vyvážen změnou odporu jednoho z ramen (R0).

Nutnost zkomplikovat původní zapojení jednotranzistorového zesilovače vede k tomu, že proudový zisk

Ki = Ui/In (8)

se ukáže být menší než aktuální přenosový koeficient Vst použitého tranzistoru. Spolehlivý provoz tranzistorového mikroampérmetru lze navíc zajistit pouze tehdy, je-li Ki<< Вст.

Jak víte, parametry tranzistoru výrazně závisí na okolní teplotě. Změna posledně jmenovaného vede k samovolným oscilacím (driftu) kolektorového zpětného proudu Ik.o, který se u germaniových tranzistorů zvyšuje téměř 2x na každých 10 K zvýšení teploty. To způsobí znatelnou změnu proudového zesílení Ki a vstupní impedance zesilovače, což může vést k úplnému porušení kalibračních charakteristik zařízení. Měl by také vzít v úvahu nevratnou změnu parametrů („stárnutí“) tranzistorů pozorovanou v průběhu času, což vytváří potřebu pravidelného ověřování a korekce kalibračních charakteristik tranzistorového zařízení.

Pokud lze změnu proudu Ik.o do určité míry kompenzovat nastavením nuly před zahájením měření, pak je třeba provést speciální opatření ke stabilizaci zesílení Ki. Předpětí k bázi (obr. 9, b) je tedy přiváděno přes napěťový dělič z rezistorů Rb1 a Rb2 a termistor se záporným teplotním koeficientem odporu se někdy používá jako druhý. Termistor lze nahradit diodou D zapojenou paralelně s rezistorem Rb1. S rostoucí teplotou klesá zpětný odpor diody, což vede k takovému přerozdělení napětí mezi elektrodami tranzistoru, které působí proti nárůstu kolektorového proudu. Stejným směrem působí i záporná zpětná vazba mezi kolektorem a bází, která se objevuje v důsledku připojení výstupu rezistoru Rb2 ke kolektoru (a nikoli k mínusu napájení). Nejúčinnější účinek poskytuje negativní zpětná vazba, ke které dochází, když je v obvodu emitoru obsažen odpor Re.

Zlepšení stability zesilovače použitím dostatečně hluboké negativní zpětné vazby vede k malému poměru koeficientů Ki/Bst. Pro získání zesílení Ki rovného několika desítkám je proto nutné pro mikroampérmetr zvolit germaniový tranzistor s vysokým koeficientem proudového přenosu: Vst = 120...200.

V mikroampérmetrech je možné použít křemíkové tranzistory, které mají ve srovnání s germaniovými tranzistory parametry stabilnější jak v čase, tak ve vztahu k teplotním vlivům. Koeficient Bst pro křemíkové tranzistory je však obvykle malý. Lze jej zvýšit použitím složeného tranzistorového obvodu (obr. 9, c); posledně jmenovaný má koeficient proudového přenosu Vst přibližně rovný součinu odpovídajících koeficientů jeho tranzistorů tvořících součást, tj. Vst ≈ Vst1*Vst2. Avšak zpětný kolektorový proud kompozitního tranzistoru:

Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1

výrazně převyšuje odpovídající proudy svých součástí a podléhá znatelným teplotním výkyvům, což vede k nutnosti stabilizovat režim zesilovače.

Je snazší dosáhnout vysoké stability činnosti tranzistorového mikroampérmetru, když je jeho zesilovač vyroben podle symetrického obvodu se dvěma běžnými nebo kompozitními tranzistory, speciálně vybranými podle identity jejich parametrů (především podle přibližného rovnost koeficientů Vst a proudů Ik.o). Typické schéma takového zařízení se stabilizačními a korekčními prvky je na Obr. 10. Protože počáteční kolektorové proudy tranzistorů jsou přibližně stejně závislé na teplotě a napájecím napětí a protékají měřičem v opačných směrech, vzájemně se kompenzují, zvyšuje se stabilita nulové polohy ručičky měřiče a rovnoměrnost jeho stupnice. . Hluboká negativní zpětná vazba, poskytovaná rezistory Re a Rb.k, zvyšuje stabilitu proudového zesílení. Symetrický obvod také zvyšuje citlivost mikroampérmetru, protože měřený proud vytváří potenciály různých znamének na vstupních elektrodách obou tranzistorů; v důsledku toho se vnitřní odpor jednoho tranzistoru zvyšuje a druhý - snižuje, což zvyšuje nerovnováhu stejnosměrného místa, v jehož úhlopříčce je připojen I metr.

Při seřizování vyváženého mikroampérmetru trimovacím potenciometrem Rk dochází k vyrovnání potenciálů kolektorů, což je řízeno absencí odečtů měřidel při zkratu vstupních svorek. Nastavení nuly za provozu se provádí potenciometrem Rb vyrovnáváním základních proudů při otevřených vstupních svorkách. Je třeba mít na paměti, že tyto dvě úpravy jsou na sobě závislé a při ladění zařízení je třeba je několikrát po sobě opakovat.

Rýže. 10. Vyvážený obvod tranzistorového mikroampérmetru

Vstupní odpor mikroampérmetru Rmka je určen především celkovým odporem R = Rb1 + Rb2 + R6, působícím mezi bázemi tranzistorů, a je přibližně (0,8 ... 0,9) * R; jeho přesné určení, stejně jako jmenovitý mezní proud In, musí být provedeno empiricky. Požadovanou hodnotu jmenovitého proudu je vhodné upravit pomocí bočníkového odporového řetězu, jehož odpor je nutné zohlednit při stanovení vstupního odporu Rmka.

Stabilita vstupního odporu umožňuje rozšířit mez měření ve směru snižování citlivosti pomocí bočníků. Odpor bočníku potřebný k získání maximálního měřeného proudu Iп,

Rsh.p \u003d Rmka * In / (Ip - In) \u003d Rmka * Ii / (Ki * Ip - Ii) (9)

Při číselných údajích uvedených na schématu a použití tranzistorů s Vst ≈ 150 má symetrický mikroampérmetr zesílení Ki ≈ 34 a lze jej upravit na jmenovitý proud In = 10 μA pomocí ladícího odporu Rm. Pokud je potřeba získat jmenovitý proud přibližně 1 μA, je zesilovač doplněn o druhý stupeň, který se často provádí podle obvodu emitorového sledovače, což usnadňuje přizpůsobení výstupní impedance zesilovače nízkému odporu. měřiče AND.