Сила напряжения в чем измеряется: Единица измерения напряжения, теория и онлайн калькуляторы

Содержание

Электрическое напряжение. Измерение напряжения

На одном из прошлых уроков мы с вами говорили об электрическом поле. Давайте вспомним, что эта особая форма материи, посредством которой взаимодействуют заряженные тела. Реальность существования электрического поля подтверждается его конкретным действием: оно действует на внесённый заряд с определённой силой.

Примером может служить электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем. Следовательно, электрическое поле способно совершить работу, которую называют работой тока.

Рассматривая перемещение электрического заряда в поле другого заряда и совершаемую при этом работу, очень полезно прибегнуть к сравнению с перемещением тел в поле тяготения Земли. Действительно, при падении какого-либо тела, сила тяжести будет разгонять его, увеличивая кинетическую энергию, и, тем самым, совершая положительную работу.

Подобно этому, электрическое поле, созданное, например, отрицательно заряженным шаром, будет действовать на помещённый в любую точку положительный заряд и также, совершая положительную работу, будет увеличивать его кинетическую энергию. В обоих случаях величина работы будет зависеть от положения начальной и конечной точек.

Для удобства расчёта работы в электрическом поле вводят особую величину — электрическое напряжение, или просто напряжение.

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Обозначается оно латинской буквой U.

Каждый из вас, конечно же, видел строгое предупреждение: «Внимание! Высокое напряжение! Опасно для жизни!». Возникают закономерные вопросы. Во-первых, почему используют слово «высокое»? А во-вторых (что самое главное), почему высокое напряжение опасно для жизни?

Для лучшего понимания этой величины познакомимся с международной единицей электрического напряжения. Она называется вольтом (В), в честь итальянского учёного А. Вольта, впервые создавшего источник электрического.

1 В — это напряжение между такими двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда в 1 Кл совершается работа 1 Дж.

В практике используются также кратные и дольные ему единицы:

Таким образом, напряжение — это характеристика работоспособности электрического поля на рассматриваемом участке. С точки же зрения математики можно говорить о прямой зависимости произведённой работы от напряжения.

А если будет перемещаться не единичный заряд в 1 Кл, а заряд, в два, три, пять раз больший? Во столько же раз будет больше и произведённая работа.

Значит, работа сил электрического поля может быть найдена как произведение значений перенесённого заряда и напряжения:

A = qU.

Вернёмся к аналогии поля тяготения и электрического поля. Напряжение в определённой мере можно сравнить с изменением высоты, с которой падает тело.

Мы знаем, что чем выше находится тело, тем бо́льшую работу совершит сила тяжести. Поэтому неудивительно, что часто вместо того, чтобы говорить «маленькое напряжение», говорят «низкое напряжение», а вместо «большое напряжение» — «высокое напряжение».

Вы уже знакомы с прибором для измерения силы тока — амперметром, показания которого зависят от ежесекундно протекающего в цепи заряда. А для измерения напряжения служит другой прибор, называемый вольтметром.

Но каков принцип измерения напряжения, то есть что такое вольтметр? Ответ на этот вопрос вас, безусловно, удивит:

напряжение можно измерять прибором, конструкция, а значит, и внешний вид которого абсолютно не отличается от конструкции амперметра. Разберёмся в этой непростой ситуации внимательно. Пусть есть простейшая электрическая цепь из источника тока, нагрузки (лампочки) и ключа.

Для измерения силы тока мы должны разорвать цепь в какой-либо точке и включить туда прибор, через который потечёт весь ток цепи. Такой прибор — это уже известный нам амперметр. А теперь возьмём ещё один электроизмерительный прибор и подключим его, не разрывая цепи, к выводам нагрузки. Такое подключение прибора называют

параллельным подключением.

А покажет ли что-нибудь этот прибор? Конечно же, да. Ведь если мы на некотором участке параллельно руслу реки пророем достаточной глубины канал, то часть воды пойдёт и по прорытому каналу. Так и в нашей цепи ток пройдёт через подключённый нами прибор. Этот прибор и называют вольтметром. На электрических схемах он обозначается кружочком, в центре которого расположена буква V:

Так же, как и у амперметра, у одного зажима вольтметра стоит знак «плюс», а у другого — «минус». Поэтому нужно обязательно следить за правильным включением вольтметра в электрическую цепь.

Пример решения задачи.

Задача. В электроприборе при напряжении 220 В за 1 мин перемещается заряд 160 Кл. Каково значение мощности электроприбора?

Конвертер электрического тока • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления. Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Общие сведения

И. К. Айвазовский. Чесменский бой

Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства. Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях — электричество само по себе является самой удобной формой энергии.

Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества — флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты — минными заграждениями.

Корабельная радиостанция. 1910 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством. В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику — это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.

Радиостанция компании Гудзонова залива. Около 1937 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света — модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод — для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений. А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.

Электронная вакуумная лампа, ок. 1921 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации — моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.

Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.

Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников — достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.

Радиопередатчик из Дрюммонвилля, Квебек, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал — Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.

Телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.

Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века. Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.

Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов — электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.

Джеймс Клерк Максвелл. Скульптура Александра Штоддарта. Фото Ад Мескенс. Wikimedia Commons.

Историческая справка

С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов. Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.

Портрет Хендрика Антона Лоренца (1916 г.) кисти Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925)

Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.

Жан-Батист Био (1774–1862)

Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму. Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.

Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.

Электрический ток. Определения

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:

I = q / t где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, I — ток в амперах

Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:

I = U/R где U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах, I — ток в амперах

Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах — наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).

Размерность тока в системе СИ определяется как

[А] = [Кл] / [сек]

Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений

Алюминий — прекрасный проводник и поэтому широко используется для изготовления электрических кабелей

Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках

При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока — элементарных зарядов — характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту — обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.

Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур — более 1 000 000 K.

Эти высоковольтные воздушные коммутаторы содержат две основные детали: рубильник и изолятор, который устанавливаются в разрыв провода

С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.

В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов. С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов — проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.

Трансформатор с магнитопроводом из пластин. На краях хорошо видны Ш-образные и замыкающие пластины из трансформаторной стали

Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники — материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.

Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.

Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.

Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.

Хромированная пластмассовая душевая головка

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы — соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.

Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор, установленный в автомобиле Honda 2012 г.

Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.

Электрический ток в газах

Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов. Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.

Отвертка-пробник с неоновой лампой, показывающая наличие напряжения 220 В

Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.

Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией. Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.

Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет. При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.

Тихий разряд. Вольт-амперная характеристика.

Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда — тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.

Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики). Он называется электрическим пробоем газа.

Электронная лампа-вспышка с наполненной ксеноном трубкой (обведена красным прямоугольником)

Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма. Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном — металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.

Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.

Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда — идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.

Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.

Электрический ток в вакууме

Электронная лампа в радиопередающей станции. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.

Такие передающие телевизионные камеры использовались в восьмидесятых годах прошлого века. Канадский музей науки и техники, Оттава

Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.

Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.

Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.

Современный видеопроектор

Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.

При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы — иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения. Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.

Сканирующий электронный микроскоп SU3500 в Университете Торонто, факультет технологии материалов

В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.

Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением — полупроводниках.

Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека. Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.

Лампа бегущей волны (ЛБВ) диапазона С. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.

Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.

Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация — магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.

Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.

Электрический ток в биологии и медицине

Учебная операционная в Научно-исследовательском институте им. Ли Кашина, Торонто, Канада. Используемые при обучении роботизированные пациенты-манекены умеют моргать, дышать, кричать, демонстрировать симптомы болезней и кровотечения

Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.

При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана — внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.

Объемное представление нервных путей, соединяющих различные области мозга. Изображение получено с помощью диффузионной тензорной визуализации (ДТВ) — неинвазивного метода исследований мозга.

Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.

Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи. Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

Функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ — неинвазивная методика нейровизуализации, позволяющая измерять активность мозга по изменениям в токе крови в кровеносных сосудах

В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.

Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.

К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.

Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.

Автоматический дефибриллятор для обучения лиц, не являющихся медработниками

Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.

У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.

Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.

Характеристики электрического тока, его генерация и применение

Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.

Токамак-де-Варен — токамак-реактор в г. Варен, пров. Квебек в 1981 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря. Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.

Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств — от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.

Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.

Коллектор в мотор-генераторе, ок. 1904 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.

Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.

Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.

Объектив лазера в приводе компакт-диска

В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.

Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.

Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты. А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.

Стрелочный мультиметр со снятой верхней крышкой

Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.

Измерение силы электрического тока

Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия — это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.

По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы. Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.

Подвижная рамка с катушкой, стрелкой и пружинами, используемая в гальванометре показанного выше мультиметра. Некоторые до сих пор предпочитают пользоваться стрелочными приборами, конструкция которых с конца 19-го века остается практически неизменной

Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов — резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока — он может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:

  • мгновенное,
  • амплитудное,
  • среднее,
  • среднеквадратичное (действующее).

Мгновенное значение тока I i — это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.

Амплитудное (пиковое) значение тока Im — это наибольшее мгновенное значение тока за период.

Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.

Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.

Среднее значение (постоянная составляющая) тока — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.

Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.

Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.

Измерение тока с помощью осциллографа

Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).

Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:

Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта Rs=100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта Rs. Значение сопротивления шунта выбирается из условия Rs <<R. При проведении опытов учтём то обстоятельство, что рабочая частота осциллографа значительно выше рабочей частоты мультиметра.

Опыт 1

Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала — около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор Rs определяется по закону Ома:

IRMS = URMS/R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен

IP-P = UP-P/R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить IRMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).

Опыт 2

Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:

IRMS = URMS/R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).

Опыт 3

Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.

Опыт 4

Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе Rs=100 Ом.

Техника безопасности при измерении тока и напряжения

Самодельный пьедестал-стойка с полнофункциональным телесуфлёром и мониторами для домашней видеостудии

  • Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
  • Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков ( при напряжении свыше 1000 В).
  • Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
  • При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
  • Пользоваться исправным измерительным инструментом.
  • В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
  • Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
  • Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Сила тока приборы для измерения

    Развитие количественных методов анализа исторически тесно связано с созданием новой измерительной техники. Так, возможность разложения света в спектр обусловила появление разнообразных и чрезвычайно ценных оптических методов анализа, дальнейшая разработка которых продолжается и, в настоящее время. В свою очередь, применение этих методов в количественном анализе вызвало необходимость точных электрических способов измерения интенсивности светового потока. Изучение закономерностей электрических процессов и создание точных приборов для измерения силы тока и напряжения стало основой возникновения и развития электрохимических методов анализа. Затем появились термические методы, анализа, основанные на точном измерении температуры с помощью термоэлементов и термисторов, и радиохимические методы анализа, в которых осуществляется чувствительная регистрация радиоактивных излучений. 
[c.254]

    Обработка результатов измерений потенциалов и силы токов заключается в определении средних, максимальных и минимальных значений их за время измерения. Если измерения выполнены показывающими приборами с использованием стального электрода сравнения в зонах влияния блуждающих токов электротранспорта, то среднее положительное Л ср(+) и среднее отрицательное Л ср(-) значения измеренного параметра (потенциала или силы тока) определяют по формулам 
[c.64]

    Приборы и реактивы источник постоянного тока (выпрямитель), прибор для измерения силы тока, прибор для определения числа Фарадея, 5 %-ный раствор КОН. [c.71]

    При измерениях силы тока при Помощи прибора 2 вместо значения 1о Измеряется величина h- Здесь отклонение результата измерений (погрещность) уменьшается по мере уменьшения измеряемого напряжения Ui и соответственно увеличения угла наклона , т. е. с уменьшением внутреннего сопротивления. Это означает, что при измерениях силы тока прибор (амперметр) должен иметь возможно более Низкое внутреннее сопротивление, чтобы не повышалось суммарное сопротивление й цепи Тока и чтобы не изменялась измеряемая величина. Обычные приборы магнитоэлектрической системы имеют внутреннее сопротивление около 100 Ом на 1 мА ( 2=0,1 В) и вполне пригодны для измерений силы тока. Для меньших значений силы тока имеются и более высококачественные приборы с показателем 5 кОм на 1 мкА 

[c.82]

    Таким образом, в каждом термоэлектрическом пирометре имеется прибор для замера величины силы тока или измерения разности потенциалов. Такими приборами служат обычный указывающий гальванометр или более сложный регистрирующий прибор, включающий в себя гальванометр-потенциометр. 

[c.76]

    Для измерения силы тока прибор при помощи кнопки подключается параллельно шунту Вш, для измерения выпрямленного напряжения — последовательно добавочным сопротивлениям i dj и Rd - [c.118]

    Высота полярографической волны пропорциональна концентрации восстанавливающегося вещества, и поэтому ее измерение служит для количественных определений. Полярографический метод весьма чувствителен и позволяет проводить количественные определения вплоть до концентраций порядка 10- кмоль/м . Применяемые в настоящее время приборы — полярографы — автоматически увеличивают наложенное напряжение и одновременно записывают силу тока. Они получили широкое распространение в практике научных и производственных лабораторий. 

[c.271]


    Промышленные схемы потенциометров несколько сложнее, потому что в них необходимо обеспечить или строгое постоянство силы тока в реохорде, или точное его измерение, а также они должны удовлетворять ряду других требований, связанных с надежностью н точностью прибора. Автоматические потенциометры обеспечивают непрерывный без вмешательства человека контроль температуры повышенной точности и ее регулирование. [c.57]

    Блок измерения состоит из катодного вольтметра типа ОР-205 (или другого типа), моста переменного тока типа Р-568 и высокоомного многопредельного прибора для измерения силы тока в цепях постоянного тока. 

[c.215]

    Для определения плотности зарядов статического электричества используют гальванометры постоянного тока (микроамперметры, гальванометрические и электрометрические усилители). Шкалы этих приборов рассчитаны на измерение тока силой 20—30 мА и ниже. Высокочувствительные гальванометры позволяют измерить силу тока 10 —10 А. [c.176]

    Для измерения направления и силы тока в трубопроводах и обсадных колоннах скважин применяется метод падения напряжения. Измерительный прибор (милливольтметр или потенциометр) подключается к трубопроводу через катодные выводы или непосредственно к трубопроводу в шурфах или частях трубопровода, доступных с поверхности. [c.275]

    Так как потенциалы и токи могут изменяться первые — по значению и знаку, вторые — по силе и направлению, измерения проводят в течение длительного времени (за это время по рельсовой сети проходят два-три поезда в противоположных направлениях). При полном обследовании дренажной защиты ведут суточные измерения с помощью самопишущих приборов, принимая за результат средние значения измеренных величин по методике, изложенной ранее. Дополнительными, или сопутствующими, являются измерения потенциалов рельс — грунт (рис. 8,3, б) труба — рельс (рис. 8.3, в) сопротивления дренажной цепи (рис. 8.3, г) и стыков рельсов (рис. 8.3, )). [c.181]

    Пользуясь прибором для определения электропроводности, сравните электропроводность указанных кислот. Для этого возьмите децимолярный раствор каждой кислоты. Измерение силы тока производите при одинаковых условиях. Перед погружением электродов в каждый новый раствор ополаскивайте их дистиллированной водой. Напишите уравнения электролитической диссоциации каждой из четырех кислот, зная, что молекулы кислот диссоциируют на ион водорода и анион кислоты. [c.71]

    Подчинение этих процессов разным законам приводит к тому, что ток ДЭС затухает раньше фарадеевского (рис. 5.15,а). Это обстоятельство позволяет разделить ток двойного слоя и фарадеевский ток, проводя измерение в момент времени т, и исключить первый. Конечно, при этом приходится иметь дело с весьма малыми силами тока, но современные электронные схемы позволяют без особых искажений усилить малые токи до любых значений, необходимых для управления регистрирующим прибором, скажем, самописцем. [c.285]

    Ручки диапазон тока и измерение тока служат для регулирования чувствительности прибора в пределах от 0,1 до 1000 мкА и для измерения силы тока, проходящего через ячейку. [c.184]

    Типичная задача на синтез измерительной системы. Измерение, как и изменение, всегда связано с преобразованием энергии. Но в задачах на изменение необходимость преобразования энергии видна намного отчетливее, чем при решении задач на измерение. Поэтому при решении задачи 4.5 методом перебора вариантов даже не вспоминают о законе обеспечения сквозного прохода энергии. В эксперименте задача была предложена четырем заочникам, живущим в разных городах и только приступающим к изучению ТРИЗ. Результат выдвинуто 11 идей, правильного решения нет. Предложения характеризуются неопределенностью Может быть, острые и тупые кнопки отличаются по весу Тогда надо проверить возможность сортировки по весу… Четыре заочника второго года обучения дали правильные ответы, причем двое них отметили тривиальность задачи. В самом деле, если применять закон о сквозном проходе энергии, ясно, что энергия должна проходить сквозь основание кнопки и стерженек, а затем поступать на измерительный прибор. При этом между острием стерженька и входом измерительного прибора желательно иметь свободное лространство (воздушный промежуток), чтобы не затруднять движения кнопок . Цепь кнопка — острие стерженька — воздух — вход прибора может быть легко реализована, если энергия электрическая, и значительно труднее — при использовании других видов энергии. Следовательно, надо связать процесс с потоком электрической энергии в каких случаях ток зависит от степени заостренности стерженька, контактирующего с воздухом Такая постановка вопроса, в сущности, содержит и ответ на задачу надо использовать коронный разряд, сила тока в [c.65]

    Перед таблицей указывают тип и марку прибора, на котором проводились измерения, условия опыта (например, длину волны или силу тока и т.д.), а в самом отчете приводят принципиальную схему прибора с указанием его основных узлов. [c.14]


    Перед определением прибор заполняют жидкостью так, чтобы в порах диа- фрагмы 1 не оставалось воздуха и установилось постоянное положение мениска жидкости в левой части капиллярной трубки 5. После этого включают ток в таком направлении, чтобы мениск в капилляре 5 передвигался слева направо, и отсчитывают скорость его перемещения по секундомеру. Одновременно с помощью миллиамперметра, включенного в электрическую цепь прибора, измеряют -силу тока. Недостатком прибора является поляризация электродов и образование продуктов электролиза, которые могут проникать в капилляры диафрагмы и этим самым вносить ошибку в результаты измерения. [c.216]

    Требуется измерить количество электричества (постоянный ток), прошедшего через раствор или какой-либо прибор. В распоряжении имеются только точный амперметр и секундомер. Сила тока во времени изменяется. Как осуществить измерение количества электричества  [c.18]

    Так как сопротивление стеклянного электрода велико, то для измерения э. д. с. применяется высокочувствительная аппаратура, позволяюш,ая определить потенциал с точностью до 1 мВ при сопротивлении цепи порядка нескольких десятков и сотен мегом, т.е. при силе тока в цепи порядка 10 -г Ч- 10 А. Применяют приборы с чувствительными гальванометрами, электрометрами электромагнитных и электростатических систем. [c.421]

    Флуктуации делают невозможным измерение какой-либо величины с очень высокой степенью точности. Так, чтобы можно было обнаружить ток в цепи, сила его должна быть больше флуктуации силы тока. В настоящее время только в электрических приборах достигнута столь высокая степень точности, что флуктуации оказывают влияние на их работу ( ползание нуля гальванометра, дробный эффект в фотоэлементе и т. д.). [c.97]

    Проходящий через гальванометр 7 ток отклоняет зеркальце тем сильнее, чем больще сила тока. Отраженный зеркальцем луч света оставляет на фото бумаге тонкую линию, видимую после проявления. Таким образом прибор авто матически записывает вольт-амперную кривую вместе с рядом параллельно рас положенных вертикальных линий, расстояние между которыми равно 1 см, т. е соответствует увеличению напряжения на 0,1 (или на 0,2) в. На рис. 67 изобра жена полученная полярограмма и показан способ измерения высоты полярогра фической волны (отрезок h), по величине которой определяют концентрадию соответствующего иона в растворе. [c.454]

    Электрические методы измерения механических параметров. Для измерения механических параметров нпгроко используют электрические методы. Их преимущества — малая инерционность измерительных устройств, что особенно важно при изучении быстро протекающих процессов в машинах, высокая чувствительность, возможность дистанционного измерения, простота хранения и обработки информации. Система измерения в этом случае состоит из датчика, преобразующего измеряемый импульс в электрический сигнал, усилителя электрического сигнала (напряжения или силы тока), измерительного устройства, включающего регистрирующие приборы (различные самописцы или осциллографы). По нрннцину работы [c.20]

    Степень поляризации зависит от характера анодных и катодных участков, состава коррозио1шой среды и плотности коррозионного тока. Чем бо,1ьше наклон поляризационных кривых, тем сильнее поляризуется электрод и тем сильнее тормозится анодный или катодный процесс. Для снятия поляризационных кривых могут быть использованы разные схемы установок. Схема любой установки для снятия поляризационных кривых гальваностатическим способом подобна схеме для измерения электродных потенциалов компенсационным методом и отличается от нее по существу только тем, что она предусматривает подвод постоянного тока к исследуемому электроду и измерение его величины, т. е. включает источник постоянного тока, приборы для измерения силы тока и регулирования его величины и вспомогательный поляризующий электрод. Схема установки для снятия поляризационных кривых приведена на рис. 222. [c.342]

    Нефелометрический метод, основанный на сравнении прозрачности обводненного и обезвоженного эталонного масла, применим при равномерном диспергировании воды в масле, так как в противном случае возможны искажения вследствие неодинакового светорассеяния из-за полидисперсности микрокапель воды. Поэтому в приборах, основанных на указанном принципе, имеется эмульгатор для создания монодисперсной эмульсии воды в масле. Измерения проводят при помощи фотоэлементов, собранных по мостовой схеме сила тока пропорциональ на разности освещенностей рабочей и эталонной камер [c.38]

    ПepeнJЭ ный измерительный комплект К-50 имеет постоянно смонтированную схему и служит для измерений силы тока, напряжения и мощности в однофазных и трехфазных трехпроводных и четырехпроводных цепях переменного тока при равномерной и неравномерной нагрузке. В отдельном корпусе смонтирован блок трансформаторов тока типа И-508, предназначенный для расширения пределов измерения. Переносной измерительный комплект рассчитан для работы в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 °С и относительной влажности до 80%- Прибор соответствует классу точности [c.59]

    Далее устанавливают градуированные капилляры и проверяют герметичность ячейки. Если положение менисков жидкости в капиллярах не изменяется в течение 3—5 мин, это показывает, что прибор герметичен. Прибор подключают к источнику постоянного тока, включают тумблер сеть и по секундомеру измеряют время прохождени5[ мениска жидкости между делениями капилляра. По направлению д[и жe-ния жидкости через мембрану к тому или иному электроду определяют знак заряда частиц. Кроме того, по миллиамперметру фиксируют значение силы тока. Затем тумблер сеть выключают, изменяют полярность электродов переключателем полярности и снова проводят измерение. [c.98]

    Микроамиерметр М-252 предназначен для измерения силы тока в цепях постоянного тока с непосредственным отсчетом по шкале. Он представляет собой лабораторный прибор магнитоэлектрической системы, рассчитанный на эксплуатацию при температуре окружающей среды от -fio до +35°С и относительной влажности до 80%. [c.71]

    Прибор Н-399 — многопредельный переносной самопишущий милливольтамперметр со встроенным полупроводниковым усилителем, предназначенный для измерения и записи постоянных напряжений, а также блуждающих токов при температуре окружающего водуха от нуля до +50 С и относительной влажности до 95 % при 30 С. Питание прибора — от сети переменного тока или от источника постоянного тока (сухие элементы, аккумуляторные батареи) с преобразователем П-39 для привода двигателя, перемещающего диаграмму. Пределы измерений напряжения — от 0,001 до 100 В, силы тока — в зависимости от наружных шунтов от О до 500 А. Класс точности прибора 1,5. Габариты, мм — 230x180x315, масса — 10 кг. [c.73]

    Прибор Ф-431/2 — транзисторный ампервольтметр, предназначенный для измерения напряжения и силы тока в цепях постоянного и переменного тока. Достоинство прибора-возможность измерения силы переменного тока от десятых долей микроампера, широкий диапазон измеряемых величин, высокое входное сопротивление, малые габариты (115x215x90 мм) и масса (1,5 кг), питание от встроенной батареи. Прибор работает при температуре окружающего воздуха от +10 до +35 С и относительной влажности воздуха до 80 %. Пределы измерений прибора напряжения — от 0,ОМО 3 до 5-10″3 В, силы тока — от [c.73]

    Техническое оформление питания электролиза осуществляется, aiK упоминалось, посредством последовательного включения источника переменного тока в цепь постоянного. Измерение суммарной силы тока и напряженйя осуществляют с помощью тепловых электроизмерительных приборов. Величину суммарной силы тока подсчитывают исходя из равенства [c.251]

    Электронный прибор для измерения э.д.с. является, по существу, автоматизированным вариантом компенсационной схемы (рис. IX.21). В контур включены исследуемый элемент (э.д.с. Ех), усилитель и Сопротивление обратной связи Яос, на котором выходной ток усилителя создает напряжение Ек, почти точно равное измеряемому Е и обратное по знаку. Появление ничтожно малой разности потенциалов между точками А и В усилителя вызывает изменение выходного тока, приближающее эту разность к нулю. Поэтому сила тока через источник э.д.с. ничтожно мала или, другими словами, входное сопротивление / вх прибора, очень велико, так как оно определяется произведением входного сопротивления усилителя без обратной связи (обычно 10 —10 Ом) на коэффициент усиления (10 —10 Ом),. вх может быть порядка 10 Ом, а сила тока через источник э. д. с. 10- — 10- А. Ясно, что кос выполняет роль той части реохорда, которая компенсирует э.д.с., но тут реохорд питается изменяющимся пропорционально э.д.с. током. Компенсация происходит практически мгновенно при подключении э.д.с., шкала миллиамперметра оцифровывается в единицах напряжения или в пропорциональных ему единицах логарифма активности иона pH, рЫа. [c.561]

    Изобретение Эдисоном электрической лампочки и ее публичная демонстрация в декабре 1879 г. привели к большому спросу на электроэнергию для освещения жилых помещений. Одна из возникших при этом проблем заключалась в измерении количества электроэнергии, расходуемой каждым потребителем. Эдисон изобрел кулонометр (описанный в журнале Journal of hemi al Edu ation, vol. 49, p. 627, 1972), который мог работать на постоянном токе. На катоде кулонометра осаждался цинк. Каждый месяц катод извлекали из прибора и взвешивали, чтобы определить расход электроэнергии. Если масса катода увеличивалась на 1,62 г и через кулонометр проходил ток силой 35% от силы тока, поступающего в дом, то какое количество электричества (в кулонах) было израсходовано на освещение в этом доме за месяц  [c.243]

    Для измерения силы тока, проходящего через электролизер во время полярографирования, применяют зеркальный гальванометр с чувствительностью 10 а на 1 мм1м. Гальванометр установлен на кронштейне на высоте приблизительно 1,5 м от поверхност ) стола, на котором расположен полярограф. Зеркальная шкала гальванометра укрепляется на уровне глаз работающего так, чтобы луч света, отраженный от зеркальца гальванометра, падал на середину шкалы. Для понижения чувствительности гальванометра (при сравнительно больших концентрациях растворов анализируемых веществ) имеется шунт. Включение и установка его на определенную чувствительность проводится при помощи соответствующей ручки на панели прибора. [c.156]

    Измерение переменного тока. Здесь тлкнсе справедливы те же принципы, что и при измерении постоянных токов R л С + а)- Следует учитывать появление комплексного сопротивления 2 = / + // с,ь и использовать для цепи переменного тока расширенную форму закона Ома I = U/Z. Активные (/ ) и реактивные (R = (иЬ и = —1/аС) сопротивления, имеющиеся в цепи, складываются как векторы (рис. 4.3), поэтому измерительный прибор показывает результирующую силу тока. Как и при измерениях постоянного тока, следует стремиться к возможно меньшему внутреннему сопротивлению измерительного прибора, нижний предел которого ограничивается прямым сопротивлением применяемого детектора. При высоких частотах активное сопротивление Р увеличивается по сравнению с омическим сопротивлением (постояннотоковое сопротивление) вследствие скин-эффекта [А.2.3, А.2.5, А.2.9, А.2.11, А.2.13]. [c.446]

    Изучение кинетики электродных реакций связано с необходимостью записи различных переменных электрических величин и прежде всего силы тока и напряжения. Первые попытки таких измерений были осуществлены Ленцем в 1849 г. Он предложил способ измерения мгновенных значений этих величин. Идея Ленца вскоре была воплощена в конструкции так называемой шайбы Жубера. В 1891 г. была разработана первая конструкция шлейфового осциллографа. Этот прибор непрерывно совершенствовался, и в настоящее время, пользуясь им, мож1но измерять переменные токи с частотой до 20 кгц. [c.258]

    Ход выполнения работы состоит в следующем. Наиболее просто измерения перенапряжения осуществляются гальваностатическимметодом. Тогда применяют высоковольтный источник тока, соответственно вводя во внешнюю цепь для стабилизации силы тока большое сопротивление. Измерительная установка состоит из трехэлектродной электрохимической ячейки, потенциометра для измерения катодного потенц11ала и источника напряжения, подаваемого на ячейку с возможностью плавного увеличения силы тока в примерных границах от 10 до 10 Ысм , т. е. на три-четыре порядка. В соответствии с этим следует подбирать прибор для регистрации силы тока. Для разделения катодного и анодного отделения ячейки применяют сосуд, изображенный на рис. 105. В анодное отделение ячейки помещается платиновый вспомогательный электрод в виде пластинки или проволоки. В другое отделение вводится армированный в пластмассу катод с тщательно зачищенной и обезжиренной поверхностью порядка 1—2 см , к которой подводится кончик сифона электролитического ключа для контакта с электродом сравнения. Если в качестве последнего служит водородный электрод в том же растворе, то разность потенциалов между катодом и электродом сравнения непосредственно дает значения перенапряжения. [c.187]


Единицы, методы испытаний и таблица материалов

Название полимера Мин. Значение (кВ / мм) Макс.значение (кВ / мм)
ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол 15,70 34,00
ABS огнестойкий 24,00 35,40
ABS High Heat 12,00 20,00
АБС ударопрочный 12.00 20,00
Смесь АБС / ПК — Смесь акрилонитрилбутадиенстирола / поликарбоната 15,00 70,00
Смесь АБС / ПК, 20% стекловолокна 29,90 30,00
Аморфная смесь TPI, сверхвысокотемпературная, химическая стойкость (стандартный поток) 54,00 54,00
Аморфный TPI, умеренный нагрев, прозрачный 17,00 17.00
Аморфный TPI, умеренный нагрев, прозрачный (одобрен для контакта с пищевыми продуктами) 17,00 17,00
Аморфный TPI, умеренно нагретый, прозрачный (степень удаления плесени) 14,00 14,00
Аморфный TPI, умеренное нагревание, прозрачный (в форме порошка) 17,00 17,00
ASA — Акрилонитрилстиролакрилат 40,00 105,00
Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната 80.00 95,00
ASA / PC огнестойкий 90,00 90,00
CA — Ацетат целлюлозы 8,00 15,00
CAB — Бутират ацетата целлюлозы 10,00 16,00
CP — пропионат целлюлозы 12,00 18,00
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид 50,00 60.00
ECTFE — этиленхлортрифторэтилен 14,00 14,00
ETFE — этилентетрафторэтилен 7,870 7,870
EVA — этиленвинилацетат 27,00 28,00
FEP — фторированный этиленпропилен 22,00 79,00
HDPE — полиэтилен высокой плотности 17.00 24,00
HIPS — ударопрочный полистирол 12,00 24,00
HIPS огнестойкий V0 33,00 35,00
Иономер (сополимер этилена и метилакрилата) 40,00 40,00
LCP — Жидкокристаллический полимер 32,00 39,00
LCP армированный стекловолокном 22,00 30.00
LCP Минеральное наполнение 26,00 35,00
LDPE — полиэтилен низкой плотности 16,00 28,00
MABS — Акрилонитрилбутадиенстирол прозрачный 34,00 37,00
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном 40,00 40,00
PA 11, токопроводящий 24,00 55.00
PA 11, гибкий 24,00 55,00
PA 11, жесткий 24,00 55,00
PA 12 (Полиамид 12), проводящий 24,00 55,00
PA 12, армированный волокном 24,00 55,00
PA 12, гибкий 24,00 55,00
PA 12, стеклонаполненный 24.00 55,00
PA 12, жесткий 24,00 55,00
PA 46 — Полиамид 46 15,00 25,00
PA 46, 30% стекловолокно 25,00 35,00
PA 6 — Полиамид 6 10,00 20,00
PA 6-10 — Полиамид 6-10 16,00 26,00
PA 66 — Полиамид 6-6 20.00 30,00
PA 66, 30% стекловолокно 25,00 25,00
PA 66, 30% Минеральное наполнение 25,00 30,00
PA 66, ударно-модифицированная, 15-30% стекловолокна 11,80 21,00
PA 66, модифицированный удар 18,00 90,00
PA 66, Углеродное волокно, длинное, 30% наполнителя по весу 1.300 1,300
PAI — Полиамид-имид 23,60 24,00
PAI, 30% стекловолокно 27,60 34,00
PAR — Полиарилат 17,00 17,00
PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна 23,70 30,00
PBT — полибутилентерефталат 15,00 30,00
PBT, 30% стекловолокно 50.00 50,00
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно 20,00 20,00
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое 17,00 38,00
PC — Поликарбонат, жаростойкий 16,00 35,00
PCTFE — Полимонохлортрифторэтилен 21,00 24,00
PE — Полиэтилен 30% стекловолокно 19.70 19,70
PEEK — Полиэфирэфиркетон 20,00 20,00
PEEK, армированный 30% углеродным волокном 18,50 19,00
PEEK, армированный стекловолокном, 30% 15,00 24,00
PEI — Полиэфиримид 28,00 33,00
PEI, 30% армированный стекловолокном 25,00 30.00
PEI, с минеральным наполнителем 20,00 25,00
PEKK (Полиэфиркетонекетон), с низкой степенью кристалличности 23,60 23,60
PESU — Полиэфирсульфон 16,00 80,00
PESU 10-30% стекловолокно 14,60 40,00
ПЭТ — полиэтилентерефталат 60,00 60,00
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном 16.80 22,50
ПЭТГ — полиэтилентерефталат гликоль 45,00 45,00
PFA — перфторалкокси 2,100 2.200
PGA — Полигликолиды 34,00 80,00
PI — Полиимид 22,00 27,60
PMMA — Полиметилметакрилат / акрил 15,00 22.00
PMMA (акрил) High Heat 18,70 20,00
ПММА (акрил) с модифицированным ударным воздействием 15,00 60,00
PMP — Полиметилпентен 28,00 30,00
PMP, армированный 30% стекловолокном 23,60 23,60
ПМФ с минеральным наполнением 23,60 23,60
ПОМ — Полиоксиметилен (Ацеталь) 13.80 20,00
ПОМ (Ацеталь) с модифицированным ударным воздействием 19,00 19,00
ПОМ (Ацеталь) Низкое трение 16,00 16,00
PP — полипропилен 10-20% стекловолокно 30,00 45,00
ПП, 10-40% минерального наполнителя 30,00 70,00
ПП, с наполнителем 10-40% талька 30,00 70.00
PP, 30-40% армированный стекловолокном 30,00 45,00
Сополимер PP (полипропилен) 20,00 28,00
PP (полипропилен) гомополимер 20,00 28,00
ПП, модифицированный при ударе 20,00 28,00
PPA — полифталамид 20.80 20,90
PPA, 30% минеральный наполнитель 20.00 22,00
PPA, 33% армированный стекловолокном 20,00 22,00
PPA, усиление 33% стекловолокном — High Flow 18,00 20,00
PPA, 45% армированный стекловолокном 22,00 24,00
PPE — Полифениленовый эфир 20,00 22,00
СИЗ, 30% армированные стекловолокном 22.00 22,00
СИЗ, огнестойкий 16,00 25,00
СИЗ, модифицированные при ударе 1.000 1.100
PPS — полифениленсульфид 11,00 24,00
PPS, армированный стекловолокном на 20-30% 13,80 17,00
PPS, армированный 40% стекловолокном 17,00 17.00
PPS, стекловолокно и минеральное наполнение 13,00 13,00
PPSU — Полифениленсульфон 14.20 20,00
ПС (полистирол) 30% стекловолокно 15,00 19,70
ПС (полистирол) Кристалл 16,00 28,00
PSU — Полисульфон 15,00 10,00
PSU, 30% усиленное стекловолокном 16.90 40,00
PTFE — политетрафторэтилен 17,00 24,00
ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25% 20,00 20,00
ПВХ, пластифицированный 10,00 30,00
ПВХ, пластифицированный наполнитель 10,00 30,00
ПВХ жесткий 10,00 40,00
PVDF — поливинилиденфторид 10.00 27,00
SAN — Стиролакрилонитрил 12,00 24,00
SAN, армированный стекловолокном на 20% 19,70 20,00
SMA — малеиновый ангидрид стирола 16,00 16,00
SMA, армированный стекловолокном на 20% 21,00 21,00
SMMA — Метилметакрилат стирола 19.70 19,70
UHMWPE — сверхвысокомолекулярный полиэтилен 28,00 28,00

Диэлектрическая прочность ASTM D149, IEC 60243

Диэлектрическая прочность ASTM D149, IEC 60243

Область применения:
Диэлектрическая прочность — это мера электрической прочности материала как изолятора.Электрическая прочность определяется как максимальное напряжение, необходимое для пробоя диэлектрика в материале, и выражается в вольтах на единицу толщины. Более высокая диэлектрическая прочность означает лучшее качество изолятора.

Процедура испытания:
Существует три основных процедуры, которые можно использовать для определения электрической прочности изолятора. Это кратковременный метод, метод медленной скорости роста и пошаговый метод. Каждый из этих трех методов имеет одинаковую базовую установку, которая состоит из испытательного образца, помещенного между двумя электродами в воздухе или масле.

Для наиболее распространенного теста, кратковременного метода, напряжение прикладывается к двум электродам и повышается от нуля до пробоя диэлектрика с постоянной скоростью. Пробой — это когда электрический прожиг прокалывает образец или в образце происходит разложение. Скорость нарастания напряжения определяется временем, за которое образец достигает пробоя диэлектрика.

Метод медленного нарастания начинается с 50% напряжения пробоя, определенного кратковременным методом, и увеличивается с постоянной скоростью.

Пошаговый метод начинается с 50% кратковременного теста, затем напряжение увеличивается с равными приращениями в течение определенного периода времени до выхода из строя. Иногда испытание проводят в масле, чтобы предотвратить искрение от электрода к земле.

Размер образца:
Рекомендуемый тип образца для этого испытания — пластина размером 4 дюйма или больше. Можно использовать образцы любой толщины; однако наиболее распространенная толщина составляет от 0,8 до 3,2 мм (от 0,032 до 0,125 дюйма). Образцы толщиной более 2 мм обычно испытывают в масле, чтобы уменьшить вероятность пробоя перед разрушением.

Данные:
Диэлектрическая прочность рассчитывается путем деления напряжения пробоя на толщину образца. Данные выражены в вольт / мил. Также записывается место аварии. Более высокая диэлектрическая прочность означает лучшее качество изолятора.

** Обратите внимание, что это описание теста носит общий характер и направлено на предоставление описательного резюме для улучшения понимания теста. Из-за ограничений авторского права мы не можем предоставить копии стандартов.Стандарты можно получить в соответствующих органах по стандартизации.

Отправьте нам заявку

Нужна помощь или есть вопрос? +65 6805 4800

Измерение мощности | Beckhoff США

Существует широкий спектр требований к управлению энергопотреблением в машинной среде и в энергосбережении, начиная от чистого мониторинга сети и управления технологическими процессами до высокопроизводительного мониторинга мощности.Терминалы измерения энергии и мощности EL34xx и EL37x3 устанавливают разные точки фокусировки и поэтому предназначены для широкого спектра приложений.

Запуск с простой проверкой пороговых значений для напряжения, частоты и фазы с выводом битов предупреждения и состояния с IoT и проектами управления энергопотреблением с EL3423. EL3443 и EL3453 также являются подходящими клеммами для высокопроизводительных приложений для 3-фазных сетей, которые предварительно обрабатывают измеренные значения тока и напряжения внутри и, таким образом, предоставляют контроллеру до 600 значений для расширенного анализа сети, а также для управление энергией.EL3773 и EL3783 могут использоваться для контроля мощности с функцией передискретизации. Это позволяет измерять ток и напряжение одновременно со скоростью до 10 kSps на всех каналах для точного определения состояния во времени.

Распределенное измерение мощности может быть реализовано с помощью EL3446 в сочетании с EL3443, так что эффективные значения мощности могут быть рассчитаны с пространственно разделенными измерениями напряжения и тока. Клемму измерения чистого тока EL3446 можно размещать в сети сколь угодно часто.Для расчета данных реальной мощности требуемые значения напряжения передаются от терминала измерения трехфазной мощности EL3443, который устанавливается только один раз в каждой сети. Эта концепция распределенного измерения мощности — всего с одним EL3443 и любым количеством EL3446 — снижает до минимума затраты на оборудование и установку.

Портфолио Beckhoff для измерения энергии и мощности также включает изделия для среднего уровня напряжения. Напряжения среднего уровня напряжения могут быть просто подключены к нашим клеммам с диапазоном измерения до 130 В переменного тока через стандартные трансформаторы напряжения с выходом 100 В или 110 В.

Калибровка клемм необходима в некоторых приложениях, если, например, необходимо получить знания о поведении измерения и погрешности по соображениям качества. Мы также можем удовлетворить эти требования с помощью наших калиброванных клемм для измерения мощности.

Набор данных измерения напряжения и тока для идентификации устройств со штепсельной нагрузкой в ​​домах

Сначала описывается аппаратное обеспечение, используемое для мониторинга устройств. Далее мы опишем выбранные приборы и их использование в разных домах.В следующих двух подразделах объясняется, как приборы распределяются по счетчику и объединяются. Наконец, в последних подразделах приведены известные проблемы и подробности о доступности данных и кода.

Установка для мониторинга

Все электрические измерения были собраны с использованием карты сбора данных National Instruments (NI-9215) (https://www.ni.com/data-acquisition/). NI-9215 включает четыре канала аналогового ввода с одновременной дискретизацией и 16-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который мы используем для сбора измерений напряжения и тока.Они сохраняются в компьютере через USB-соединение, как показано на рис. 1.

Рис. 1

Настройка измерения для сбора данных.

Для измерения различных приборов они были подключены к удлинителю. Этот удлинитель потребляет незначительную мощность, так как горела небольшая лампа, что указывало на активность удлинителя. Как следствие, эта небольшая нагрузка измеряется во время сбора данных. С этого удлинителя измеряются ток и напряжение.

Ток измеряется токовыми клещами переменного тока Fluke i200 (https://en-us.fluke.com/products/all-accessories/Fluke-i200s.html) с частотой отсечки 10 кГц, что позволяет нам для дискретизации сигналов с частотным составом до 5 кГц в соответствии с теоремой выборки Найквиста-Шеннона 23 . Эти токовые клещи имеют диапазон измерения от 0,5 до 240 А с точностью менее 3,5% + 0,5 А в диапазоне 48–65 Гц и фазовым сдвигом менее 6 ° для амплитуд, представляющих интерес в данном исследовании.Важно отметить, что если ток измеряется с высокой частотой, необходимо иметь клещи с высокой частотой среза. Некоторые из существующих наборов данных с высокой частотой дискретизации не учитывали это (например, BLUED 24 использовал трансформатор тока с частотой отсечки ~ 300 Гц). Fluke i200 подключается к NI-9215, см. Рис. 1.

Напряжение измеряется с помощью пробника осциллографа Pico-TA041 (https://www.picotech.com/accessories/high-voltage-active-differential-probes / 25-МГц-700-в-дифференциальный-зонд).TA041 — это активный дифференциальный пробник, подходящий для приложений измерения высокого синфазного напряжения до ± 700 В (постоянный ток + пиковый переменный ток). Его можно использовать с частотами сигнала до 25 МГц. Поскольку активные пробники значительно снижают емкостную нагрузку, они могут выполнять быстрые измерения сигнала с гораздо более высокой точностью воспроизведения, что делает их хорошо подходящими для высокочастотных измерений. Как и токовые клещи, Pico-TA041 подключается к NI-9215, см. Рис. 1.

NI-9215 преобразует аналоговые сигналы напряжения и тока в цифровые и отправляет их через USB-соединение на компьютер. .Цифровые сигналы имеют эффективное разрешение приблизительно 0,03 А по току и 0,03 В по напряжению. Библиотеки для разных языков программирования (например, Python, C ++, MATLAB и LabVIEW) могут использоваться для связи с NI-9215 при условии, что установлены правильные драйверы. Мы использовали MATLAB и LabVIEW и сохранили данные в файлах со значениями, разделенными запятыми (CSV). Справочные сценарии для воспроизведения этого процесса также доступны как часть набора данных.

Хотя конкретное оборудование, используемое в нашей приборной установке, может быть дорогостоящим, в последние годы стали доступны недорогие альтернативы с аналогичными или лучшими характеристиками (например,г. 25,26,27,28,29,30,31,32 ).

Выбранные дома и бытовая техника

Всего было измерено 17 типов бытовой техники в 65 местах. Сюда входят одна лабораторная среда и 64 домохозяйства. Эти домохозяйства были набраны с помощью кампании по электронной почте и в основном состоят из домов аспирантов. Все домохозяйства расположены в Питтсбурге, штат Пенсильвания, США.

Таблица 2 дает обзор 17 типов устройств, их наличие в 65 местоположениях (количество устройств) и количество раз, когда они отслеживались / активировались (количество экземпляров), как для случая с подсчетами, так и для агрегированного случая.Например, для типа холодильника 28 физически различных холодильников контролируются отдельно несколько раз, что приводит к 100 экземплярам этого типа прибора. Один из этих холодильников проверяется 79 раз, когда другие приборы были активны или были включены. Для шести типов устройств, которые находились в лабораторных условиях, отслеживается только одно устройство. Эти приборы также использовались для генерации совокупных измерений. Обратите внимание, что данных по типу блендера меньше по сравнению с другими типами устройств, так как он сломался в середине эксперимента.

Таблица 2 Обзор различных устройств PLAID. R = резистивный, I = индуктивный, NL = нелинейный.

Все приборы были активированы путем подключения их к удлинителю и включения переключателя, если он есть. Однако необходимо сделать следующие замечания относительно предположений об активации:

  • Во время экспериментов блендер оставался пустым.

  • Холодильник был активирован после того, как он нагрелся путем открытия дверцы.Это обеспечило активацию двигателя.

  • Неизвестный режим работы холодильника был активирован двойным включением холодильника вскоре после одного. Второй раз активируется неизвестный режим.

  • Паяльник имеет двухфазный процесс активации: примерно через 6 секунд после активации наблюдается увеличение энергопотребления.Эти два события хранятся в двух отдельных файлах, оба с пометкой «паяльник».

Устройства с подсчетом

Каждый раз, когда устройство активируется, происходит переход состояния (событие) 10 . Когда приборы контролируются индивидуально, то есть погружаются в воду, активация измеряется вместе с несколькими секундами устойчивого состояния после этой активации. Это измерение фиксирует переходный пуск, содержащий информацию о существующих электрических компонентах и ​​возможной имеющейся инерции.Деактивация приборов не измеряется, потому что тогда электрическая цепь отключается, и информация о приборе больше не присутствует. Записанная продолжительность устойчивого состояния колеблется от 1 до 20 секунд.

Помимо мониторинга активации устройств, сохраняются следующие метаданные, если они доступны:

  • Производственные данные устройства: марка, год выпуска, номер модели, тип устройства (первый столбец таблицы 2), тип нагрузки, а также значения номинального тока, напряжения и потребляемой мощности.

  • Информация, касающаяся процесса сбора данных: время сбора данных, выраженное в месяце и году, частота выборки, общая продолжительность измерения и конкретный рабочий режим, который был измерен.

  • Идентификатор местоположения, который представляет собой строку (например, «house5» или «CMU lab»).

Сами измерения тока и напряжения хранятся в отдельных файлах CSV.Измерение сохраняется в двух столбцах: один для тока, выраженного в амперах, а другой для напряжения, выраженного в вольтах. Точность чисел — три десятичных знака. Поскольку частота дискретизации оставалась постоянной, не было необходимости связывать каждое измерение с меткой времени. Время, прошедшее относительно начала файла, может быть рассчитано с использованием частоты дискретизации (например, для частоты 30 кГц точка 30000 появляется через одну секунду после начала).

Метаданные хранятся в одном файле JavaScript Object Notation (json), который содержит для каждого измерения пару атрибут-значение с именем файла CSV файла измерения в качестве атрибута и метаданные рассматриваемого измерения в виде Значение. Сами метаданные также структурированы как пары атрибут-значение, как описано во вставке 1.

Агрегированные устройства

Для измерения агрегированных сигналов несколько устройств активируются одно за другим. В отличие от случая с подводным счетчиком, также отслеживается деактивация.Это сделано потому, что другие устройства могут все еще работать после деактивации. 13 устройств, которые присутствовали в лабораторной среде, были использованы для создания агрегированных данных (см. Таблицу 2). Цель этого набора данных — собрать характеристики сигнала для комбинированной работы бытовых приборов. Полный охват всех комбинаторных возможностей был бы непрактичным. Действительно, существует 312 комбинаций 2 приборов, которые могут быть составлены из 13 приборов. Это составляет \ (4 \ cdot \ left (\ begin {array} {c} 13 \\ 2 \ end {array} \ right) \) комбинаций.Коэффициент умножения 4 относится к разному порядку, в котором 2 устройства могут быть активированы и деактивированы при условии, что сначала должны быть активированы 2 устройства, прежде чем можно будет отключить одно. Активация более двух устройств по очереди становится непреодолимой задачей, поскольку количество комбинаций растет экспоненциально с увеличением количества устройств.

Чтобы сделать количество комбинаций более управляемым, используется следующее разделение: типы устройств могут иметь линейную (L) или нелинейную (NL) нагрузку.Нагрузка является линейной, если существует линейная зависимость между потребляемым ею током и подаваемым напряжением. Некоторые нагрузки, например, содержащие транзисторы и другую электронику, не ведут себя подобным образом и называются нелинейными нагрузками. Линейные нагрузки могут быть резистивными (R), емкостными (C) или индуктивными (I). Примерами резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок являются, соответственно, лампочка, аккумулятор и двигатель. Пример нелинейной нагрузки — компьютер. Группировка приборов, присутствующих в лаборатории, дана в первом столбце таблицы 2 в скобках.Как видно, нет доступных чисто емкостных нагрузок, оставив следующие группы: R, I и NL. Измеряются следующие комбинации внутри и между группами:

  • Выбираются два разных устройства из одной группы (например, A и B ) и комбинируются всеми возможными способами при условии, что сначала необходимо активировать два устройства, а затем можно будет отключить одно. Измеряются все возможные варианты выбора приборов A, и B для каждой группы.Например, для резистивной группы, состоящей из 4 приборов, есть 6 различных вариантов выбора из двух приборов A и B , и каждое из них объединяется 4 способами, что приводит к 24 (= 6 · 4) измерениям.

  • Два разных устройства, каждое из отдельной группы , выбираются и комбинируются всеми возможными способами при условии, что сначала необходимо активировать два устройства, а затем можно будет отключить одно (см. Выше).Измеряются все возможные варианты выбора двух разных приборов, каждый из отдельной группы. Поскольку резистивная, индуктивная и нелинейная группа состоит из 4, 5 и 4 приборов соответственно, это приводит к 56 (= 4 · 5 + 4 · 4 + 5 · 4) выборам двух разных приборов. Поскольку каждый выбор комбинируется четырьмя возможными способами, всего получается 224 (= 56 · 4) измерения. Обратите внимание, что некоторые комбинации с блендером отсутствуют, потому что он сломался до окончания экспериментов.

  • Три разных устройства, каждое из одной группы , выбираются и комбинируются случайным образом при условиях, что все три устройства должны быть активированы, прежде чем одно будет деактивировано, и что порядок активации такой же, как и деактивация.Поскольку количество возможных вариантов выбора и комбинаций устройств слишком велико, чтобы их можно было охватить исчерпывающе, для выбора трех устройств и их порядка используется генератор случайных чисел. Это повторяется 60 раз.

Объединение устройств таким образом позволяет нам исследовать влияние, которое устройства одной и той же или разных групп оказывают друг на друга. Исследование этих данных укажет на необходимость дальнейшей разработки этого набора данных.Каждое из этих измерений выполняется только один раз.

Особый случай агрегирования устройств — это когда устройство активируется (деактивируется) во время переходного режима другого устройства. На рис. 2а приведен пример переходного режима работы кондиционера. Когда устройство активируется (выключается) во время переходной фазы, видно, что его поведение до / после события отличается. AC — единственный прибор в PLAID с достаточно большим и медленным переходным режимом, который позволяет одновременно (де) активировать приборы.Другие устройства (за исключением блендера, зарядного устройства для ноутбука, холодильника и обогревателя холодильника) были либо активированы, либо отключены в 5 различных случайных моментах времени во время переходного процесса переменного тока. Иллюстрация представлена ​​на рис. 2б, в. В конце концов, для этого особого случая фиксируется 80 (= 8 · 5 + 8 · 5) измерений. Это не было сделано для блендера, поскольку он уже вышел из строя, а также для зарядного устройства ноутбука, холодильника и обогревателя холодильника, поскольку эти приборы активируются путем подключения вилки к линии электропитания, и было невозможно выполнить это в сроки, в которые временное поведение имеет место.

Рис. 2

Пример агрегированных данных, где приборы активируются (деактивируются) во время переходного режима работы кондиционера (AC). ( a ) Показан переходный процесс потребления тока переменного тока (submetered / 1825.csv). ( b ) CFL активируется во время переходного процесса переменного тока (агрегированный / 484.csv). ( c ) CFL деактивирован в переходном режиме AC (агрегированный / 485.csv).

Другой частный случай — когда используется паяльник с двухфазным процессом активации (см. Рис.3а). В ранее описанных измерениях другие приборы активируются (отключаются) только тогда, когда паяльник достигает второй стадии своего включения. Чтобы завершить набор данных, мы также собрали данные, где устройства активируются (деактивируются) на первом этапе активации паяльника. Более конкретно, для прибора A два измерения фиксируются следующим образом:

  • Устройство A активируется между первым и вторым этапами активации паяльника.Как только активация обоих приборов завершена, паяльник и паяльник отключаются по очереди, как показано на рис. 3b.

  • Устройство A и паяльник активируются по очереди. Затем прибор A деактивируется между первым и вторым этапами активации паяльника, как показано на рис. 3c.

Рис. 3

Пример агрегированных данных, где устройства активируются (деактивируются) во время первого этапа активации паяльника (SI).( a ) Отображается переходный процесс потребления тока CFL (submetered / 1745.csv). ( b ) КЛЛ активируется во время первой фазы активации паяльника (SI) (агрегированный / 558.csv). ( c ) CFL деактивируется во время первой фазы активации паяльника (SI) (агрегированный / 559.csv).

Для каждого типа устройства указанные выше измерения выполняются только один раз, поскольку повторение экспериментов приведет к почти идентичным событиям, поскольку время и потребление тока между двумя этапами активации всегда одинаковы.Это делается для всех остальных устройств, в результате получается 24 (= 2 · 12) измерений.

Измерения сохраняются в файлах CSV. В таблице 3 представлен обзор файлов, соответствующих каждому эксперименту. Мета-данные имеют ту же структуру, что и вложенные данные, и расширяют ее, добавляя массив устройств, отслеживаемых в файле. Каждое устройство характеризуется своими производственными данными (см. Метаданные скрытых данных) и временными метками активации и деактивации. Метки времени выражаются с помощью индексов, по которым можно рассчитать время, прошедшее с начала файла, с использованием известной частоты дискретизации 30 кГц.Индекс представляет момент включения прибора, а не момент, когда прибор переходит в устойчивое состояние. Обратите внимание, что паяльник вызывает два события при активации, по одному для каждой фазы активации, и оба имеют маркировку. Так же, как и для метаданных вложенных данных, метаданные агрегированных данных структурированы как пары атрибут-значение, как описано во вставке 1, где добавления выделены курсивом.

Таблица 3 Обзор соответствия между номером файла и экспериментом для агрегированных данных.

Известные проблемы

Некоторые проблемы присутствуют в PLAID. При индивидуальном мониторинге приборов в версии 2014 (вложенные файлы с идентификаторами от 1 до 1027) калибровка не проверялась каждый раз, когда установка менялась местами. В качестве примера, гистограмма на рис. 4 показывает распределение максимальных значений тока и напряжения для типа вакуумного прибора, указывая на большой разброс значений, поскольку максимальные значения тока находятся в диапазоне от 5,4 А до 70.7 А, а максимальные значения напряжения находятся в диапазоне от 159,02 В до 383,7 В. Некоторая разница в значениях может быть объяснена тем фактом, что существует 15 различных пылесосов, но самые маленькие значения предполагают ошибку калибровки. Как следствие, для дальнейшей обработки необходим этап нормализации данных. Это должен делать пользователь.

Рис. 4

Гистограммы максимальных значений тока и напряжения в установившемся режиме для измеренных пылесосов.

Таблица 2 также показывает, что данные очень несбалансированы (например,g., 85 экземпляров для типа прибора с обогревателем по сравнению с 230 экземплярами для типа прибора с компактной люминесцентной лампой). Этот дисбаланс необходимо учитывать при оценке, например, автоматической классификации 3 .

Дополнительная незначительная проблема заключается в том, что метаданные, касающиеся производства устройств, довольно часто остаются пустыми для замерщика, как видно в таблице 4. Наличие этой информации может быть полезно для сравнения энергопотребления между различными поколениями устройств. бытовой техники или разных марок.

Таблица 4 Количество экземпляров, для которых заполнены поля метаданных.

Блок 1. Формат файлов метаданных для вложенных данных

‘устройство’: {

‘бренд’: »,

‘текущий’: » ,,

‘загрузка’: »,

‘производство_год’: »,

‘номер_модели’: »,

‘примечания’: »,

‘тип’: ‘

‘ напряжение ‘:’ ‘},

‘ мощность ‘ : »},

‘header’: {

‘collection_time’: »,

‘notes’: »,

‘sampling_frequency’: »},

‘instance’: ‘length’: »,

‘status’: »},

‘location’: »}

Что такое блок измерения источника или SMU?

Источниковая единица измерения (SMU) — это прибор, который сочетает в себе функцию поиска и функцию измерения на одном контакте или соединителе.Он может подавать напряжение или ток и одновременно измерять напряжение и / или ток. Он объединяет в себе возможности источника питания или функционального генератора, цифрового мультиметра (DMM) или осциллографа, источника тока и электронной нагрузки в одном плотно синхронизированном приборе.

Рисунок 1. Блок-схема одного канала ADALM1000 SMU.

ADALM1000 по своей сути является источником измерения, но его также можно рассматривать как отдельный осциллограф и функциональный генератор. Однако, поскольку выходная функция (генератор) и входная функция (осциллограф) имеют общий вывод, если рассматривать их как отдельные, одновременно может использоваться только одна функция.

Почему так важно иметь программируемый источник-измеритель?

Для некоторых видов тестирования может быть не важно иметь программируемый прибор. Вы можете просто прочитать значение один или несколько раз. Однако во многих случаях может потребоваться сбор большого количества данных, чтобы построить график или график производительности во времени. Однако выполнение этого вручную требует много времени и может привести к ошибкам.

Существует также множество различных экспериментов, которые требуют автоматизированного сбора данных для получения более быстрых и точных измерений или проведения измерений в течение длительного периода времени (месяцы или даже годы).Здесь вам обязательно понадобится компьютер для сбора данных и их экспорта в базу данных для анализа.

Почему важно иметь отрицательное напряжение?

Не для всех экспериментов требуются отрицательные напряжения, и в некоторых случаях этого можно избежать. Однако многие устройства разных типов работают по-разному, если подается положительное или отрицательное напряжение. Чтобы полностью понять, как работают такие устройства, нам нужно иметь возможность изменять знак приложенного напряжения. Каждый канал SMU в ADALM1000 может выдавать напряжение только от 0 В до 5 В относительно земли.Предусмотрены фиксированные выходы 2,5 В и 5 В, которые могут обеспечивать как источник, так и сток. Тестируемое устройство может быть подключено между выходом 2,5 В и выходом SMU, а не к земле, чтобы изменять напряжение на ИУ от –2,5 В до +2,5 В. Кроме того, поскольку ADALM1000 имеет два SMU, ИУ может быть подключено между два выхода SMU. При изменении одного канала от 0 В до 5 В и изменении другого от 5 В до 0 В напряжение на ИУ изменяется от –5 В до +5 В.

В качестве примера рассмотрим диод — устройство, позволяющее электричеству проходить через него только в одном направлении.Чтобы оценить, работает ли диод, нам нужно посмотреть, будет ли он пропускать ток в обоих направлениях. Мы можем сделать это одним из двух способов. Мы можем измерить диод в одном направлении, вручную повернуть его и измерить в другом направлении, а затем объединить наборы данных вместе. Однако мы могли бы просто измерить ток, подавая как положительное, так и отрицательное напряжение. Фактически, этот метод настолько полезен, что используется для характеристики многих типов устройств, которые имеют поведение диодов: солнечные элементы и светодиоды являются хорошими примерами.На рисунке 2 показано, как подключить диод к ADALM1000 для изменения напряжения от –5 В до +5 В.

Рис. 2. Диод качания от –5 В до +5 В.

Если канал A запрограммирован на качание от 0 В до 5 В, а канал B запрограммирован на качание от 5 В до 0 В, разница между каналами появляется на резисторе. , который используется для ограничения тока и диода. Осциллограммы во временной области показаны на рисунке 3. Зеленая кривая — напряжение канала A, оранжевая кривая — напряжение канала B, а желтая кривая — ток канала B (ток канала A не показан, но будет просто обратной величиной. ток канала B).

Рис. 3. Кривые напряжения и тока в зависимости от времени.

Мы можем построить график зависимости этих измерений друг от друга и одновременно выполнить некоторые простые вычисления. Мы хотим построить график зависимости тока через диод от напряжения на диоде. Чтобы рассчитать напряжение на диоде, мы можем вычесть падение напряжения на резисторе (V = I × R) из разницы между напряжениями в каналах A и B. Следующее уравнение Python (используемое в ALICE) делает это:

Где 100 — номинал резистора.График зависимости тока диода от этого уравнения показан на рисунке 4.

Рис. 4. График зависимости тока диода от напряжения в диапазоне от –5 В до +5 В.

Каковы области применения блока измерения источника?

Многие предметы повседневного обихода будут протестированы с помощью SMU в рамках заводских испытаний и процесса контроля качества. Если вы используете светодиоды для освещения своего дома или имеете солнечные батареи на крыше, они будут протестированы с помощью SMU в рамках производственного процесса.

ADALM1000 разработан для студентов инженерных специальностей, изучающих новое поколение электронных устройств.Для понимания того, как огромное количество материалов и устройств проводят электричество, от углеродных нанотрубок и гетероструктур с квантовыми ямами до биомембран и биосенсоров, требуется SMU. Короче говоря, вы можете использовать ADALM1000, чтобы понять электрические характеристики любого компонента на постоянном токе или низких частотах в диапазоне напряжений от –5 В до +5 В, измеряя ток от ± 0,1 мА до 180 мА.

Можете ли вы привести конкретный пример измерения, для которого требуется исходная единица измерения?

Возьмем, к примеру, солнечную батарею.В исследовательских лабораториях инженеры ищут способы сделать более эффективные и недорогие солнечные элементы. Чтобы понять, насколько хорошо работает солнечный элемент, производится небольшое испытательное устройство — размером от нескольких квадратных миллиметров до нескольких квадратных сантиметров — а затем охарактеризованы его характеристики. Эти испытательные ячейки слишком малы, чтобы генерировать какую-либо полезную мощность, помимо освещения, скажем, одного светодиода, но они достаточно велики, чтобы характеризовать базовый рабочий диапазон и эффективность. В этом примере лаборатории используется ADALM1000 для измерения небольшого солнечного элемента.

Ключевой характеристикой солнечного элемента является то, насколько эффективно он преобразует энергию солнечного света в электрическую. Это можно сделать, осветив испытательную ячейку светом известной интенсивности и измерив электрическую мощность, произведенную на единицу площади. Поскольку мощность — это напряжение, умноженное на ток, отправной точкой является измерение напряжения на клеммах (V) и производимого тока (I).

Генерируемое напряжение можно измерить, подключив вольтметр к клеммам элемента, когда он светится.Точно так же ток можно измерить с помощью амперметра на клеммах ячейки. Если разделить измеренный ток на площадь солнечного элемента, мы получим плотность тока.

Однако есть проблема: если вы умножите напряжение на ток (или плотность тока), то это только скажет нам, сколько мощности (или мощности на единицу площади) мы можем произвести, если бы у нас было идеальное устройство. Причина в том, что вольтметр имеет почти бесконечное внутреннее сопротивление, и когда мы измеряем напряжение самостоятельно, ток не будет течь.В этом случае генерируется нулевая мощность (измеренное напряжение × нулевой ток = ноль). Это измерение называется напряжением холостого хода. Точно так же, когда мы помещаем амперметр на клеммы для измерения тока, мы проверяем ячейку, когда она была замкнута накоротко, потому что амперметр должен иметь почти нулевое внутреннее сопротивление. В этом случае есть ток, но нет приложенного напряжения. Опять же, мощность не генерируется (измеренный ток × нулевое напряжение = ноль). Это измерение называется током короткого замыкания.

Для любого практического (реального) солнечного элемента напряжение, которое он выдает, будет зависеть от того, какой ток вырабатывается, и поэтому используется SMU — так, чтобы напряжение можно было изменять при измерении изменения тока.

График на Рисунке 5 показывает типичную ВАХ для конкретного небольшого солнечного элемента (в данном случае солнечного элемента размером 3 см × 3 см от солнечного садового светильника). Ток отрицательный, потому что ток проходит в канал SMU (поглощается им). Ток при 0 В — это ток короткого замыкания, а напряжение при токе 0 — это напряжение холостого хода.

Рисунок 5. График зависимости I от солнечного элемента. Ось x: напряжение (В), ось y: ток I (мА).

Кривая ВАХ показывает, как изменяются напряжение и ток, и позволяет рассчитать фактическое количество энергии, которое генерирует солнечный элемент. На рисунке 6 показана зависимость мощности в мВт от напряжения на ячейке. Мощность просто V × I. Следующее уравнение Python вычисляет мощность в мВт:

Рисунок 6. Зависимость мощности солнечных элементов от напряжения. Ось x: напряжение (В), ось y: P — мВт

Пик графика — это точка, в которой генерируется максимальная мощность (так называемая точка максимальной мощности).Мощность отрицательная, потому что SMU поглощает мощность, производимую элементом.

Если бы мы использовали метод, показанный на Рисунке 2, мы могли бы также измерить солнечный элемент при приложении отрицательного напряжения (обратное смещение). Это дает нам некоторую полезную информацию. Во-первых, это говорит нам о том, что устройство не выходит из строя при обратном смещении. Это признак хорошего качества устройства. Во-вторых, он сообщает нам, есть ли в наличии дополнительный ток. Применяя отрицательное напряжение, мы можем эффективно высасывать из устройства заряды, которые иначе не были бы извлечены.Хотя эти всасываемые заряды не могут быть использованы для выработки энергии (на этом этапе мы фактически подводим питание к устройству, а не извлекаем его), они позволяют нам понять некоторые механизмы потери тока на фото. Таким образом, измерение ВАХ — один из наиболее важных инструментов, используемых при разработке и оптимизации солнечных элементов. Точно так же получение ВАХ чрезвычайно важно для понимания широкого спектра других типов устройств, включая светодиоды и OLED, транзисторы, датчики и многие другие устройства.

Рис. 7. Блок измерения источника ADALM1000 от Analog Devices.

Начиная с этой статьи, мы начнем ежемесячную серию статей о SMU ADLAM100 и покажем некоторые интересные эксперименты с ним. Если вы хотите следить за экспериментами и заинтересованы в ADALM1000, вы можете получить их у наших дистрибьюторов: Digi-Key и Mouser.

Тест:

Вопрос 1:

На рисунке 5 дана максимальная мощность солнечного элемента. Какой физический размер
имеет влияние?

Вопрос 2:

Какую максимальную мощность вы можете получить от солнечного элемента?

Вопрос 3:

Как вызывается функция для поддержания максимальной выходной мощности?
(Совет: см. ADP5091)

Вы можете найти ответы в блоге StudentZone.

Измерения электрического и магнитного полей в высоковольтном центре | Анналы рабочих экспозиций и здоровья

Аннотация

В данной статье исследуются электрические и магнитные поля внутри большого центра высокого напряжения, состоящего из зон подстанции 400/150 и 150/20 кВ. Сначала представлены результаты предыдущих полевых измерений и расчетов на подстанциях, выполненные авторами данной статьи или другими исследователями. Ниже приводятся основные данные, отличающие исследуемый центр от ранее исследованных подстанций.Основные результаты полевых измерений в районах вышеупомянутого центра представлены на соответствующих диаграммах. Наконец, приводятся общие выводы, вытекающие из сравнения измеренных значений поля с соответствующими действующими референсными уровнями для безопасного воздействия на людей и профессиональное облучение, а также с результатами предыдущих исследований.

ВВЕДЕНИЕ

За последние 30 лет заметно усилились опасения по поводу биологических эффектов воздействия электрических и магнитных полей (ЭМП) на чрезвычайно низких частотах (СНЧ), особенно связанных с передачей, распределением и использованием электроэнергии.ВОЗ (2007) опубликовала новую монографию с обзором научной литературы о воздействии на здоровье в вышеупомянутых областях, которая обновляет предыдущие монографии, опубликованные этой Организацией. Этот документ призван оценить все возможные риски для здоровья и дать рекомендации относительно соответствующих защитных мер, охватывающих частоты от> 0 до 100 кГц, но при этом подавляющее большинство рассмотренных исследований проводится при 50/60 Гц.

ICNIRP (2010) предоставил рекомендации по ограничению воздействия СНЧ.Согласно этим руководящим принципам, контрольные уровни для безопасного облучения населения и частоты 50 Гц составляют:

  • Для напряженности электрического поля E <5 кВ м −1

  • Для напряженности магнитного поля , H <100 А · м −1

  • Для плотности магнитного потока, B <200 мкТл

Уровни безопасного профессионального воздействия:

  • Для напряженности электрического поля E <10 кВ · м −1

  • Для напряженности магнитного поля H <800 A · m −1

  • Для плотности магнитного потока B <1000 мкТл

A great Большое количество исследований ЭМП промышленной частоты было сосредоточено на местах в непосредственной близости от линий электропередачи (Филиппопулос и Цанакас (2005); Фариа и Алмейда (2007) — недавние работы в этой области), но ограниченные данные Имеются сведения о полях этих типов на подстанциях различного уровня напряжения.В частности, Feero et al. (1989) путем измерения профилей магнитного поля вокруг конкретной подстанции подтвердил, что добавление подстанции под существующей линией передачи не увеличивает магнитное поле за пределами подстанции. Hayashi et al. (1992) рассчитал магнитные поля на подстанции 187/66 кВ для различных текущих условий и описал их в виде контурных графиков. Daily и Dawalibi (1994) измерили и рассчитали магнитные поля, создаваемые распределительной подстанцией, на основе компьютерной модели, которая учитывает токи в системах заземления, нейтрали распределительных фидеров, воздушные провода заземления и наведенные токи в конструкциях оборудования и сети заземления. петли.Shun-Li et al. (1999) использовал метод интегрального подхода для измерений магнитного поля на газоизолированной подстанции SF 6 на 69 кВ на Тайване. Salinas et al. (1999) и Salinas (2001) предлагают экранировать внутреннюю вторичную подстанцию ​​в Швеции, чтобы уменьшить влияние магнитного поля. Это экранирование значительно снижает значения поля по сравнению со значениями, измеренными до установки экрана. Однако мы должны отметить, что эти значения уже намного ниже принятых сегодня пределов безопасного воздействия.Hong et al. (2006 г.) провел долгосрочные (1 год) измерения и регрессионный анализ магнитных полей для четырех первичных подстанций в Тайбэе, Тайвань. Николовски и др. (2009) представил результаты измерений и расчетов ЭДС сложных шин, трансформаторов и линий электропередачи на ТП 400/110 кВ в Эрнестиново. Visan et al. (2009) оценил первые результаты измерений ЭДС, выполненных на подстанциях очень высокого напряжения, принадлежащих румынской национальной энергосистеме, согласно соответствующим директивам Европейского Союза.В обеих этих документах результирующие значения напряженности электрического поля превышают в некоторых областях контрольный уровень для безопасного профессионального воздействия, в то время как значения плотности магнитного поля остаются <100 мкТл, что является ранее принятым контрольным уровнем во всей исследуемой области. Paraskevopoulos et al. (2009) представил значения измерений магнитной индукции в различных высоковольтных центрах 150/20 кВ греческой сети. Измеренные значения ниже международно признанных контрольных пределов.Джозеф и др. (2009) подтвердил, что измеренные значения ЭМП в окрестностях двух подстанций 150–36 / 11 кВ в Бельгии на разной высоте над землей намного ниже безопасных пределов воздействия на население. Korpinen et al. (2011) измеряли профессиональное воздействие ЭМП во время различных рабочих задач на коммутационных и трансформаторных подстанциях 110 кВ (в некоторых случаях 20 кВ).

Основными целями исследовательской группы, к которой принадлежат авторы данной статьи, является исследование ЭДС КНЧ внутри силовых подстанций при различных номинальных уровнях напряжения и связанная с этим информация об общественном и рабочем персонале.По этой причине несколько стандартных подстанций, установленных в энергосистемах Греции и Кипра, уже подвергались систематической проверке. В частности, результаты измерений ЭДС КНЧ на многих внутренних распределительных подстанциях 20 / 0,4 кВ в Греции, на внутренней подстанции электроэнергии 132 / 11,5 кВ на Кипре и на открытой электрической подстанции 150/20 кВ в Греции оцениваются в Сафигианни и Цомпаниду (2005); Сафиджианни и Костопулу (2007); Safigianni и Tsompanidou (2009) соответственно.Как измерения, так и обработка соответствующих результатов показывают, что величины измеренных полей находятся в пределах признанных норм.

Эта статья расширяет и завершает предыдущую исследовательскую работу авторов, связанную с ЭДС КНЧ внутри электрических подстанций, путем изучения этих полей в зоне центра высокого напряжения. Основное отличие от предыдущих работ по теме (опубликованных авторами или другими авторами) — большая площадь исследуемого центра вместе с его сложной структурой (четыре силовых трансформатора и автотрансформатора, оборудование, работающее на пяти номинальных уровнях напряжения, 20 линий электропередачи высокого напряжения. в центре или вылетая из центра).Моделирование такого центра практически невозможно, в отличие от моделирования линии передачи. Таким образом, измерения кажутся единственным подходом к оценке проблем, связанных, в основном, с профессиональным воздействием ЭМП КНЧ центра. Статья имеет следующую структуру: вначале приводятся основные топографические и технические данные. Затем основные результаты полевых измерений представлены на соответствующих диаграммах. Эти результаты оцениваются в соответствии с результатами предыдущих исследований, и излагаются общепринятые руководящие принципы и выводы относительно безопасного воздействия этих полей на население и на рабочем месте.

ОПИСАНИЕ ПОДСТАНЦИИ

В Греции электроэнергия, произведенная на основных электростанциях, передается в основные центры потребления по линиям электропередачи 400 кВ. Такой же уровень напряжения также используется для соединения с соседними странами. Линии 400 кВ входят в центры высокого напряжения, где электроэнергия преобразуется до уровня напряжения 150 кВ для дальнейшей передачи по соответствующим линиям электропередачи в различные географические районы страны.Вся греческая сеть электропередач принадлежит Государственной энергетической корпорации (PPC).

Один из вышеупомянутых центров высокого напряжения был выбран для измерений ЭДС в этой статье. Этот центр был недавно построен и расположен на севере Греции, в районе Филиппы. План центральной зоны в масштабе 1: 2500 представлен на рис. 1. Центр состоит из двух независимых зон: зоны сверхвысокого напряжения (EHVA) и зоны высокого напряжения (HVA), разделенных оросительной канавой. .Его общая площадь составляет ∼150 000 м 2 2 .

Рис. 1.

План высоковольтного узла.

Рис. 1.

План высоковольтного узла.

Две линии 400 кВ, L1 (в стадии строительства) и L2, входят в зону A1 EHVA, прибывающую из Салоников. Область A2 — это рабочая область (область для автоматических выключателей). В зоне A3 есть два выключателя питания SF 6 и молниезащитное оборудование. На участке А4 установлены два автотрансформатора одинаковой мощности.Каждый трансформатор имеет номинальную мощность 280 МВА и номинальное напряжение 400/150 кВ. Они также имеют третичную обмотку номинальной мощностью 60 МВА и номинальным напряжением 30 кВ. Эта обмотка питает реакторы и вспомогательные трансформаторы, обеспечивающие локальную работу центра. От этой зоны отходят две линии 400 кВ, L3 и L4, которые соединяют греческие и турецкие энергосистемы. Две другие линии на 150 кВ, L5 и L6, отходят от той же области и входят в соседнюю HVA в области A7. В том же районе другие восемь линий 150 кВ подключены к силовым выключателям SF 6 .По этим линиям электроэнергия либо поступает в центр с соседних гидроэлектростанций, либо передается в более широкую географическую зону, окружающую центр. Зона A6 HVA представляет собой его рабочее поле (зона для автоматических выключателей) с тремя шинами на 150 кВ, две из которых активны, а третья служит резервной шиной. Два идентичных силовых трансформатора установлены в зоне A5 высоковольтной сети. Каждый трансформатор имеет номинальную мощность 40 (50) МВА / ONAN (ONAF), номинальное напряжение 150/20 кВ и подает мощность среднего напряжения в распределительную сеть географической области, окружающей центр высокого напряжения.Шесть линий 150 кВ, входящие в центр или выходящие из него, также соединены в зоне A5 с силовыми выключателями SF 6 .

Здание A8 — это диспетчерская, где персонал PPC контролирует автоматические операции всего центра или выполняет функции, управляемые вручную, где это необходимо.

В корпусе А9 установлены силовые выключатели среднего напряжения 20 кВ. Отводы среднего напряжения представляют собой подземные кабели внутри центральной зоны и продолжаются как воздушные линии вне центра.

Есть забор, не позволяющий людям попасть в центр из окрестностей, где есть только поля.

Как видно из вышеприведенного описания и плана местности на Рис. 1, центр высокого напряжения в Филиппах больше, с совершенно другой структурой и сложнее, чем подстанции, рассмотренные в предыдущих работах авторов этот документ или другие.

ИЗМЕРЕНИЯ ЭДС

Прибор, используемый для измерения ЭДС, представляет собой анализатор EFA-3, сконструированный компанией Wandel and Goltermann.Тот же инструмент был использован в Safigianni and Tsompanidou (2005), где приведены его характеристики.

Во время измерений средняя нагрузка (полная мощность) каждого из двух автотрансформаторов в EHVA составляла ~ 43 МВА. Соответствующие значения для трансформаторов HVA были: для трансформатора T1 ∼8 МВА и для трансформатора T2 ∼16 МВА.

Изначально планировалось проводить измерения каждые 10 м (по горизонтали и вертикали) в диапазоне частот и для трех разных высот: высота головы (1.80 м), высотой в поясе (1 м) и поверхностью земли. Но ориентировочные измерения, проведенные в очень большой центральной области, показали, что нет какой-либо серьезной дифференциации с высотой измерения, есть области с почти постоянными значениями поля и составляющая 50 Гц является доминирующей, делая гармонические составляющие незначительными, как Joseph и другие. (2009). Итак, в итоге было выполнено 150 измерений магнитного поля и 80 измерений электрического поля во всей центральной области и на высоте талии (1 м).

Максимальное измеренное значение плотности магнитного потока (среднеквадратичное значение в мкТл) было равно 700 мкТл. Это значение было измерено на выходе среднего напряжения трансформатора T2 в HVA, обозначенном как B2 на рис. 1, и, несмотря на высокое значение, оно не превышает контрольный уровень для безопасного профессионального облучения. При этом значение плотности магнитного потока, измеренное на выходе среднего напряжения трансформатора Т1, составило 350 мкТл. Это значение составляет половину значения, измеренного в том же относительном положении рядом с трансформатором T2, и такое же соотношение действует и между нагрузками этих трансформаторов.Это замечание подтверждает тот факт, что связь между током I (или, что то же самое, нагрузкой S, при условии, что ⁠, при U линейное напряжение) и значениями плотности магнитного потока линейна по закону Био. Savart указывает, а также Joseph et al. (2009); Сафиджианни и Цомпаниду (2005); Сафиджианни и Цомпаниду (2009) указывают. Принимая во внимание тот факт, что средняя нагрузка трансформатора T2 составляла ∼16 МВА в период измерения, ее отношение к номинальной нагрузке трансформатора (50 МВА) составляет ∼0.32. Следовательно, максимальное измеренное значение плотности магнитного потока, экстраполированное на номинальную мощность трансформатора, примерно равно 2200 мкТл, что превышает предел для безопасного профессионального облучения. Максимальное значение плотности магнитного потока, измеренное в EHVA, было равно 26 мкТл в позиции B1 на рис. 1.

На рис. 2 приведены диаграммы, показывающие контурные и поверхностные карты для плотности магнитного потока на высоте перетяжки по всему центру. площадь. Диаграммы на рис. 2 будут оцениваться с учетом контрольных уровней для безопасного профессионального облучения, потому что только технические специалисты PPC могут входить в центральную зону.Доступ общественности запрещен. Из рис. 2 очевидно, что на выходе среднего напряжения трансформаторов измеряются высокие значения плотности магнитного потока, которые, однако, не превышают безопасный предел воздействия на рабочем месте. Следует также отметить, что эти высокие значения регистрируются в непосредственной близости от кабелей среднего напряжения, которые находятся внутри защитных перил, предотвращающих прямой контакт, и они значительно снижаются (до ∼10 мкТл) на расстоянии всего 0,5 м от кабеля. кабели.

Измеренные значения плотности магнитного потока внутри диспетчерской, корпус А8; помещение с выключателями среднего напряжения, корпус А9; и в кольцевой зоне намного ниже безопасных пределов воздействия на людей и на рабочем месте (они составляют от 1 до 10 мкТл).

Рис. 2.

Распределение плотности магнитного потока внутри всей области центра высокого напряжения.

Рис. 2.

Распределение плотности магнитного потока внутри всей области центра высокого напряжения.

Помимо плотности магнитного потока, напряженность электрического поля была измерена в области центра высокого напряжения. Датчик электрического поля размещался в местах измерения и был подключен к основному прибору с помощью оптоволоконного кабеля длиной 10 м. Это соединение и расстояние между датчиком и основным прибором были необходимы, чтобы гарантировать, что напряженность электрического поля не будет нарушена присутствием людей.

Максимальное значение напряженности электрического поля было измерено в EHVA в области A2 и в позиции, отмеченной как E1 на рис.1. Оно было равно 21,25 кВ м −1 и, следовательно, превышало безопасный предел воздействия на рабочем месте. В нескольких других местах внутри EHVA, показанных пунктирной линией на рис. 1, были измерены значения напряженности электрического поля, превышающие указанный выше предел. Диаграммы приведены на рис. 3, на которых показаны контурные и поверхностные карты напряженности электрического поля по всей этой области. В частности, эти диаграммы показывают небольшое превышение безопасного предела в области A1 под активной линией L2 и большее превышение в нескольких положениях области A2, где фазы приближаются к земле (их высота свешивания уменьшается), чтобы быть подключены к автоматическим выключателям.Измеренные значения напряженности электрического поля ниже контрольного уровня для безопасного профессионального облучения в зонах A3, A4 и намного ниже этого уровня вдоль коридоров и забора. Максимальное значение напряженности электрического поля, измеренное в HVA, было равно 6,59 кВ м −1 в позиции E1 на рис. 1.

Рис. 3.

Распределение напряженности электрического поля внутри зоны сверхвысокого напряжения.

Рис. 3.

Распределение напряженности электрического поля внутри зоны сверхвысокого напряжения.

ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫВОДЫ

В этой статье исследуются электрические и магнитные поля внутри центра высокого напряжения, состоящего из двух отдельных областей: области сверхвысокого напряжения и области высокого напряжения. Основные результаты:

  • Измеренные значения плотности магнитного потока в основном намного ниже контрольного уровня для безопасного воздействия на людей и на рабочем месте. В этих значениях не было отмечено серьезной дифференциации по высоте измерения, в то время как составляющая 50 Гц была доминирующей, делая пренебрежимо малыми гармонические составляющие.Только в одном положении внутри HVA, в непосредственном контакте с кабелями на выходе среднего напряжения трансформатора, наблюдается высокое значение плотности магнитного потока, но в любом случае ниже контрольного уровня для безопасного профессионального воздействия. Кроме того, необходимо отметить, что измеренные значения плотности магнитного потока очень малы в диспетчерской, где работают супервайзеры подстанции, и в кольцевой зоне, где есть доступ для населения.

  • Измеренные значения напряженности электрического поля превышают контрольный уровень для безопасного профессионального облучения в нескольких местах EHVA, где установлено оборудование на 400 кВ.Эти значения значительно уменьшаются с расстоянием, и они ниже, чем принятые пределы в местах доступа технических специалистов PPC (коридоры центра), и намного ниже контрольного уровня для безопасного воздействия на людей в кольцевой зоне за центральным забором, где публика имеет доступ. В случае ремонта или технического обслуживания техники PPC остаются в зоне сверхвысокого напряжения центра на короткие периоды времени, в то же время линии обычно выходят из строя, поэтому значения напряженности электрического поля низкие и, следовательно, они не опасны.

Сравнение окончательных результатов с предыдущими соответствующими исследованиями показывает, что в соответствии с измеренными значениями плотности магнитного потока они согласуются с данными, приведенными Safigianni и Tsompanidou (2005); Сафиджианни и Костопулу (2007); Джозеф и др. (2009); Николовски и др. (2009); Paraskevopoulos et al. (2009); Visan et al. (2009). Значения в основном находятся в пределах признанных руководящих принципов, предполагая, что они не опасны и, следовательно, не вызывают беспокойства среди населения или рабочего персонала.Согласно измеренным значениям напряженности электрического поля, они превышают контрольный уровень для безопасного профессионального облучения в нескольких местах внутри зоны сверхвысокого напряжения центра, так как также Nikolovski et al. (2009); Visan et al. (2009) найдено из-за повышенного уровня напряжения (400 кВ) по сравнению с Safigianni и Tsompanidou (2005); Сафиджианни и Костопулу (2007); Сафиджианни и Цомпаниду (2009). Рабочие должны быть проинформированы о такой возможности, и руководство должно принять меры защиты, чтобы этого не произошло.Например, может быть введена программа «блокировки / маркировки» для защиты рабочих при выполнении ремонта в тех местах, где электрическое поле чрезмерно. Следует также отметить, что за пределами центрального ограждения измеренные значения напряженности электрического поля намного ниже контрольного уровня для безопасного воздействия на людей.

Авторы хотели бы поблагодарить директора по передаче электроэнергии Греческой государственной энергетической корпорации, который предоставил им доступ к центру высокого напряжения в Филиппах, а также персонал центра, который оказал им существенную помощь в процессе измерения.

Список литературы

,.

Измерения и расчеты электромагнитных полей на электрических подстанциях

,

IEEE Trans Power Delivery

,

1994

, vol.

9

(стр.

324

33

),.

Точный расчет напряженности магнитного поля из-за воздушных линий электропередач с или без помех, с компенсацией конденсаторов или без них

,

IEEE Trans Power Delivery

,

2007

, vol.

22

(стр.

951

9

),,.

Магнитные поля удаленные от подстанций

,

IEEE Trans Power Delivery

,

1989

, vol.

4

(стр.

1862

8

),.

Аналитический расчет магнитного поля, создаваемого линиями электропередачи

,

IEEE Trans Power Deliv

,

2005

, vol.

20

(стр.

1474

82

),,.

Анализ магнитных полей 60 Гц вблизи уровня земли в ОРУ 187 кВ подстанции переменного тока 187/66 кВ

,

IEEE Trans Power Deliv

,

1992

, vol.

7

(стр.

237

43

),,.

Измерение и анализ магнитных полей для электрических подстанций

,

Int J Elect Eng

,

2006

, vol.

13

(стр.

355

64

)

ICNIRP

Заявление ICNIRP по ограничению воздействия изменяющихся во времени электрических и магнитных полей (от 1 Гц до 100 кГц)

,

Health Phy

,

2010

, Т.

99

(стр.

818

36

),,.

Облучение населения полями КНЧ подстанций 150-36 / 11 кВ в городской среде

,

IEEE Trans Power Deliv

,

2009

, vol.

24

(стр.

642

9

),, и др.

Профессиональное воздействие электрических и магнитных полей при работе на коммутационных и трансформаторных подстанциях 110 кВ

,

Ann Occup Hyg

,

2011

, vol.

55

(стр.

526

36

),,.

Измерение и расчет электромагнитного поля в трансформаторной подстанции 400/110 кВ Эрнестиново

,

IEEE Bucharest PowerTech Proceedings

,

2009

,,.

Измерение магнитной индукции в высоковольтных центрах 150/20 кВ

,

Измерение

,

2009

, т.

42

(стр.

1188

94

),.

Измерения электрического и магнитного полей на внутренней подстанции

,

J Mater Process Technol

,

2007

, vol.

181

(стр.

126

30

),.

Измерения электрических и магнитных полей при работе внутренних распределительных подстанций

,

IEEE Trans Power Deliv

,

2005

, vol.

20

(стр.

1800

5

),.

Измерения электрического и магнитного поля на подстанции открытого типа

,

IEEE Trans Power Deliv

,

2009

, vol.

24

(стр.

38

42

).

Управление магнитным полем на этапах передачи и распределения

,

В материалах Пятой Международной конференции по энергетике (IPEC 2001), Технологический университет Наньяна

,

2001

,,, et al.

Магнитные поля промышленной частоты от внутренних вторичных подстанций

,

В материалах конференции CIRED-99 по распределению электроэнергии

,

1999

,,, et al.

Измерение магнитного поля подстанции с использованием методов цифровой обработки сигналов

,

IEEE Trans Power Deliv

,

1999

, vol.

14

(стр.

1221

7

),,.

Распределение электрического и магнитного поля на подстанциях, принадлежащих Transelectrica TSO

,

IEEE Bucharest PowerTech

,

2009

WHO

,

Критерии гигиены окружающей среды

,

2007

© Автор 2011.Опубликовано Oxford University Press от имени Британского общества гигиены труда

Что такое анализ мощности и измерения мощности

Автор: Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье мы рассмотрим, что такое анализ мощности и какие инструменты используются для его выполнения. В этой статье вы:

  • См. , что такое электрическая мощность на самом деле
  • Узнайте , зачем нам нужен анализ мощности и как он рассчитывается
  • Изучите , как выполняется анализ мощности и что такое анализатор мощности.

Готовы начать? Пойдем!

Что такое анализ мощности?

Мощность — это скорость выполнения работы, то есть количество энергии, потребляемой в единицу времени. Мощность электрической системы — это умножение напряжения на ток, интегрированное и затем разделенное на периодическое время. Периодическое время (равное частоте) должно быть известно, чтобы рассчитать мощность электрической системы. «Анализ мощности» — это просто метод проверки и изучения мощности, обычно с использованием анализатора мощности.

Что такое анализатор мощности?

Анализатор мощности — это прибор, который измеряет и количественно определяет скорость потока мощности в электрических системах. Поток мощности выражается в Джоулях в секунду (Дж / с) или киловатт-часах (кВт / ч). Электрическая мощность — это скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками в единицу времени.

Анализатор мощности SIRIUS XHS с 4-мя высоковольтными и 3-мя низковольтными усилителями для подключения датчика тока

Что такое электроэнергия

Вы можете посмотреть на электрическую цепь, но вы не можете увидеть, присутствует ли напряжение или течет ли ток.Вы не должны протягивать руку, чтобы узнать, потому что это чрезвычайно опасно и, возможно, даже смертельно. Поэтому мы должны использовать правильный инструмент для измерения электричества.

Итак, как мы можем визуализировать электричество, движущееся по цепи? Что ж, мы можем видеть движение воды, поэтому давайте воспользуемся этим в качестве аналогии, чтобы объяснить, как работают электрические цепи. Хорошо известно, что если вода должна вытекать из трубы, вода должна иметь силу или «давление», толкающее ее, будь то сила тяжести или механический насос.

Электрическая схема в сравнении с водяным насосом

По нашей аналогии:

  • Напряжение — это давление, при котором вода перемещается по трубе. Чем выше давление, тем быстрее будет течь вода. Измеряется в вольтах (В).
  • Сила тока — это доступный объем воды, в который может втекать вода. Чем больше объем, тем больше воды может протекать. Это измеряется в амперах (A).
  • Сопротивление — это уменьшение объема внутри трубы, которое ограничивает поток воды.Измеряется в омах (R или Ω).

Если ток движется только в одном направлении, это очень похоже на воду, текущую по трубе или шлангу. По нашей аналогии это DC (постоянный ток). Однако, если ток движется вперед и назад, то он аналогичен переменному току (переменному току).

Электропитание переменного тока — это то, что мы используем для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, например, от электростанции до наших домов и предприятий.

Источник питания постоянного тока используется для современной электроники, а также для аккумуляторов.

Офисный компьютер, на котором вы, возможно, читаете это, например, подключается к источнику переменного тока, но внутри него есть типовой трансформатор, известный как импульсный источник питания (SMPS), который преобразует переменный ток в постоянный ток и преобразует постоянное напряжение в желаемый уровень. Если вы используете ноутбук, SMPS, скорее всего, находится во внешнем «кирпичике», который соединяет розетку переменного тока на стене и систему питания постоянного тока внутри ноутбука. Если вы читаете это на телефоне или планшете, это также устройство постоянного тока, которое использует внешний SMPS для зарядки своей внутренней батареи.

Количественная оценка электроэнергии

В физике электроэнергия — это скорость выполнения работы. Это эквивалентно количеству энергии, потребляемой в единицу времени. Единица измерения мощности — джоуль в секунду (Дж / с), также известный как ватт (Вт).

Что такое электроэнергетика

Электрическая мощность — это скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками в единицу времени. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена.Его можно просто преобразовать из одного типа энергии в другой или передать .

Поскольку не существует идеальной электрической системы, всегда будут некоторые потери при передаче энергии. Самая распространенная форма потерь в электрической системе — это тепло. Если цепь физически нагрета, это означает, что часть энергии, которую она переносит, преобразуется в тепло и, следовательно, не может использоваться для выполнения полезной работы.

Это снижает эффективность всей электрической системы.Неслучайно механические системы также выделяют тепло — не кладите руку на зажженную лампу накаливания, иначе вы напрямую испытаете преобразование энергии в тепло. Электроэнергия — это просто расширение фундаментальной физики мощности в целом.

Условно электрическая мощность выражается в киловатт (кВт) .

Как рассчитать электрическую мощность?

Количество мощности в цепи рассчитывается путем умножения Напряжения (В) на Ток (А) , что дает Вт (Вт) , используя следующее уравнение:

\ [P (t) = I (t) \ cdot V (t) \]

Это основное уравнение можно преобразовать с помощью закона Ома, который гласит, что ток, протекающий через линейное сопротивление, прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению электрической цепи при постоянной температуре.T u (t) \ cdot i (t) \; dt \]

Где:

  • P — мощность в ваттах (Вт)
  • i — ток в амперах (А)
  • u — напряжение в вольтах (В)
  • T — периодическое время в секундах (с)

Изобразим это уравнение на графике:


Уравнение для расчета мощности, отображаемое на декартовой плоскости, показывающее напряжение и ток, а также полученную кривую мощности после интегрирования.

Глядя на кривизну форм сигналов в визуализации, мы можем видеть, что мощность в системе переменного тока — это не просто напряжение, умноженное на ток, как в системе постоянного тока. Он определяется средним по времени мгновенной мощностью за один цикл. Это означает, что мы должны знать частоту, чтобы рассчитать мощность электрической системы.

Общие сведения об измерении мощности

В электрических системах переменного тока (AC) в основном необходимо измерять мощность трех типов.Это:

  1. Активная мощность (P)
  2. Реактивная мощность (Q)
  3. Полная мощность (S)

Чтобы проиллюстрировать взаимосвязь между ними, мы можем использовать удобный инструмент, известный как треугольник мощности, основанный на теореме Пифагора:

Треугольник мощности, иллюстрирующий соотношение между активной, реактивной и полной мощностью, включая угол фи и коэффициент мощности, также известный как косинус фи (косинус фи)

Давайте подробнее рассмотрим эти термины и то, что они на самом деле означают:

Что такое активная мощность (P)

Активная мощность (P), также известная как «активная мощность» или «активная мощность», — это полезная мощность, которая используется в цепи переменного тока.

Что такое реактивная мощность (Q)

Реактивная мощность (Q) не используется, но передается между источником, таким как электростанция, и нагрузкой, она в основном используется для передачи активной мощности через электрическую систему.

Какая полная мощность (S)

Полная мощность (S) — это векторная сумма активной и реактивной мощности в системе переменного тока.

Какой коэффициент мощности (PF)

Коэффициент мощности (PF) — это соотношение между активной и полной мощностью, которое может принимать значения от 1 до -1.

Коэффициент мощности — это показатель количества активной мощности, присутствующей в линии передачи, по сравнению с полной мощностью, которая объединяет активную и реактивную мощность. Другими словами, это коэффициент, на который полезная мощность в линии передачи меньше теоретически возможной максимальной мощности. Уменьшение теоретически идеального коэффициента мощности вызвано не совпадением по фазе напряжения и тока.

Коэффициент мощности часто обозначается как «косинус фи», «косинус фи» или «косинус».”

Реактивная мощность может быть положительной или отрицательной, на что указывает положительный или отрицательный знак угла фи (𝜑). Это говорит нам, опережает ли ток напряжение, или он отстает от напряжения в линии передачи.

Когда значение реактивной мощности равно положительному значению , оно отстает, указывая на индуктивную нагрузку, потребляющую реактивную мощность.

Когда значение реактивной мощности равно отрицательному значению , оно является опережающим, что указывает на емкостную нагрузку, которая передает реактивную мощность.

Чисто омические нагрузки, как и традиционные лампы накаливания, имеют коэффициент мощности, очень близкий к 1. Это означает, что напряжение и ток синфазны, поэтому в линии передачи присутствует очень небольшая реактивная мощность.

При положительных коэффициентах мощности, чем ближе они к нулю, тем больше разность фаз между напряжением и током и тем больше реактивной мощности присутствует в линии передачи. Это похоже на отрицательный коэффициент мощности, только в противоположном направлении: при PF = -1 разность фаз между напряжением и током составляет 180 °.

Мощность против энергии — в чем разница?

Термины «электрическая энергия» и «электроэнергия» не взаимозаменяемы, потому что это не одно и то же. Используя приведенную ранее аналогию с водой, легко проиллюстрировать эту разницу:

Мощность означает емкость , в то время как энергия представляет доставку с течением времени .

Мощность — это, по сути, скорость потока воды в шланге, основанная на ее давлении и объеме.Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и мегаваттах (МВт).

Энергия — это количество воды, которое проходит через шланг за определенный период времени. Поэтому счет за электроэнергию будет указан в киловаттах — часов (кВтч).

Почему мы измеряем мощность?

По словам всемирно известного консультанта по вопросам управления Питера Друкера: « Если вы не можете измерить это, вы не можете управлять этим» .

Измерение напряжения и тока — это только начальный шаг к анализу электрической системы, и его легко можно сделать с помощью любого анализатора мощности или измерителя мощности, представленных на рынке.

Но для того, чтобы что-то успешно управлять, нужно как можно больше информации. Именно для этого и предназначен анализатор мощности. Анализаторы мощности позволяют пользователю выполнять комплексный анализ любой электрической системы с помощью всего лишь нескольких операций.

Поскольку электричество и мощность становятся все более и более важными, критически важно, чтобы их можно было измерять и регулировать в соответствии с высочайшими стандартами, чтобы обеспечить бесперебойное снабжение и чтобы оборудование, которое работает с ними, было надежным, безопасным и эффективным.Анализаторы мощности имеют решающее значение для проведения точных и всеобъемлющих измерений, от самого производства энергии до фазы передачи, которая доставляет ее в наши дома и на предприятия.

Измерение мощности с максимально возможным уровнем точности важно по разным причинам:

  • На исследования и разработки для повышения качества продукции и услуг
  • Для повышения энергоэффективности
  • Снижение затрат и времени
  • Соответствие национальным и международным стандартам
  • Обеспечение безопасности продукции и операторов

Для чего нужны анализаторы мощности?

Анализаторы мощности

проводят широкий спектр испытаний и измерений электрических компонентов, цепей и систем.Вот некоторые из наиболее часто выполняемых анализов:

Анализ потока нагрузки используется для определения компонентов энергосистемы, которые включают величину напряжения, величину тока, фазовый угол phi системы, активную мощность, реактивную мощность, полную мощность и коэффициент мощности в установившемся режиме. операция.

Кроме того, для нелинейных нагрузок необходимо измерить и проанализировать реактивную мощность искажения, а также реактивную мощность гармоник. Теоретически напряжение и ток имеют идеальную синусоидальную волну 50 Гц в Европе (и 60 Гц в основном в Северной и Южной Америке).Это так, если к сети подключены только чисто омические нагрузки линейных нагрузок (например, лампы накаливания, электрические нагреватели, электродвигатели переменного тока и т. Д.).

Треугольник мощности, показанный ранее, справедлив только для омических нагрузок, но в настоящее время к сети подключается все больше и больше нелинейных нагрузок, а также нелинейных производственных единиц. Это ввело новое измерение в треугольник мощности, а именно искажение и реактивную мощность гармоник. Эти явления рассматриваются в отдельной статье «Что такое качество электроэнергии» [* СКОРО].

Давайте посмотрим на новый треугольник власти:

Новый треугольник мощности иллюстрирует взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью, включая новое измерение искажений и гармонической реактивной мощности

В приведенном ниже примере линейное напряжение подает мощность переменного тока в систему, а переключающий выпрямитель преобразует ее в мощность постоянного тока, необходимую для светодиода. Взгляните на принципиальную схему измерительной установки:

Принципиальная схема испытательной установки для измерения мощности светодиодов с измерениями напряжения и тока как переменного, так и постоянного тока с помощью модуля питания от Dewesoft

В настоящее время появляется все больше нелинейных нагрузок (балластные блоки, выпрямители, инверторы, персональные компьютеры и т. Д.).), подключенных к сети, а также единиц нелинейной генерации (ветровая, солнечная и другие виды генерации энергии). Следовательно, формы сигналов напряжения и тока искажены и не являются идеальными синусоидальными формами сигналов. Следовательно, гармонический анализ необходим для определения влияния этих нелинейных нагрузок на ток и напряжение в электрической системе.

Анализ короткого замыкания выполняется для получения информации обо всех возможных сценариях работы электрической системы и для определения способности отдельных компонентов системы влиять на силу тока в цепи или выдерживать ее.

Анализ координации используется для поддержки разработки максимальной токовой защиты. Он принимает во внимание характеристики защитного устройства, включая его размеры и настройки, чтобы установить идеальный рабочий диапазон.

Анализаторы мощности Dewesoft

Анализаторы мощности Dewesoft — это не только самые маленькие анализаторы мощности в мире, но и самые мощные. Гибкая аппаратная платформа в сочетании с мощными программными функциями дает уникальные возможности тестирования для любых электрических измерений .Анализатор мощности Dewesoft может рассчитывать более 100 параметров мощности , таких как P, Q, S, PF, cos phi и многие другие.

Он также предлагает несколько функций других инструментов:

  • Возможности записи сырых данных
  • Осциллограф
  • Анализ БПФ
  • Гармоники
  • и др.

Все эти расчеты можно производить в режиме онлайн, в режиме реального времени, при постобработке или и то, и другое.

Анализатор мощности Dewesoft сочетает в себе несколько инструментов и функций в одном устройстве — анализатор мощности, анализатор БПФ, регистратор данных RAW, осциллограф, анализатор гармоник, регистратор температуры, регистратор вибрации и многое другое.

Анализаторы мощности Dewesoft R8 могут быть оснащены до 64 высокоскоростных аналоговых входов ( до 1 Мвыб / с при 16 битах и ​​полосе пропускания 2 МГц на канал ) для измерения напряжения и тока в одном корпусе.

Анализатор мощности Dewesoft R8DB может быть сконфигурирован с использованием 64 каналов, которые можно выбрать в соответствии с измерительным приложением для универсального измерительного устройства

Входы полностью изолированы как со стороны датчика (канал на землю), так и между каналами, и даже изолированное возбуждение датчика.Настоящая гальваническая развязка означает на меньше шума , без контура заземления и на превосходное качество сигнала .

Высокое напряжение можно напрямую измерить с помощью наших высоковольтных входов 1600 В постоянного тока / CAT II 1000 В / CAT III 600 В защиты . Ток можно измерять с помощью высокоточных датчиков тока, таких как преобразователи тока с нулевым потоком, токовые клещи переменного / постоянного тока, катушки Роговского и шунты.

Dewesoft предлагает широкий выбор преобразователей тока и датчиков тока для любого диапазона и точности измерения тока

И хотя это в основном анализатор мощности, он также может измерять различные дополнительные типы сигналов, включая акселерометры, тензодатчики, датчики силы и нагрузки, термопары, RTD, счетчики и энкодеры, GPS, CAN BUS, XCP, FlexRay и даже видео.Все каналы синхронизированы между собой.

Типичный экран измерения трехфазного дельта с помощью программного обеспечения для анализа мощности DewesoftX

SIRIUS XHS — анализатор мощности нового поколения

Анализатор мощности SIRIUS XHS — последняя версия линейки продуктов SIRIUS. Это высокоскоростная система сбора данных, способная записывать со скоростью 15 MS / s / ch и до с полосой пропускания 5 МГц на всех аналоговых входах.

Показан новый SIRIUS XHS с четырьмя усилителями высокого напряжения и четырьмя усилителями низкого напряжения

Он оснащен совершенно новой технологией HybridADC , которая обеспечивает широкополосную запись переходных процессов и очень высокодинамичный сбор данных без псевдонимов.Фильтрация без псевдонимов позволяет регистрировать сигналы с динамическим диапазоном до 160 дБ. Высокая изоляция между каналами и землей предотвращает повреждение систем из-за чрезмерного напряжения и позволяет избежать контуров заземления.

Новая технология HybridADC в анализаторе мощности SIRIUS XHS

В большинстве систем питания SIRIUS XHS оснащен четырьмя усилителями высокого напряжения (HV) и четырьмя усилителями низкого напряжения (LV):

  • SIRIUS XHS HV : Высокоизолированный аналоговый вход высокого напряжения CAT II 1000 В .Этот усилитель может напрямую измерять пиковое напряжение в диапазоне от 20 В до 2000 В с полосой пропускания 5 МГц и точностью 0,03%. Этот усилитель идеально подходит для прямого подключения сигналов высокого напряжения. Разъемы этого усилителя всегда представляют собой изолированные безопасные банановые гнезда (красный / черный).
  • SIRIUS XHS LV : Сильно изолированный аналоговый вход низкого напряжения . Этот усилитель может измерять диапазоны от 0,05 В до 100 В с полосой пропускания 5 МГц, точностью 0,03% и возбуждением для выбранных датчиков (требуется разъем DSUB9 для возбуждения датчика).Этот усилитель идеально подходит для прямого подключения низковольтных сигналов и датчиков тока. Разъемы этого усилителя доступны в DSUB9 или BNC. Обратите внимание, что разъем DSUB9 также предлагает возбуждение датчика, а также TEDS для настройки интеллектуального датчика.

Когда используется разъем DSUB9, усилитель также поддерживает адаптеры интеллектуального интерфейса серии DSI, что позволяет подключать различные типы датчиков к каждому каналу низкого напряжения. К ним относятся:

  • DSI-ACC для акселерометров и микрофонов IEPE
  • DSI-CHG для акселерометров зарядного типа
  • DSI-RTD для датчиков температуры RTD
  • DSI-TH для термопар (J, K, T и т. Д.)
  • DSI-LVDT для датчиков перемещения / расстояния LVDT

Когда какая-либо модель DSI подключена к каналу LV, программа сбора данных Dewesoft X автоматически обнаруживает ее (используя стандарт датчика TEDS) и настраивает для нее этот канал, устанавливая соответствующий тип входа, усиление, диапазон и масштабирование. Пользователь может выполнить дополнительные настройки и сохранить их в базе данных бортовых датчиков.

Уровень шума, подавление синфазного сигнала, дрейфы усиления и смещения обоих усилителей при более низкой полосе пропускания сопоставимы со стандартной линейкой инструментов DualCoreADC SIRIUS.

Эти усилители идеально подходят для измерений электромобильности, где высочайшая точность, такая как анализ мощности, является абсолютной необходимостью.

Анализатор мощности со встроенным анализатором БПФ

Обычные анализаторы мощности используют обнаружение нулевой точки для определения периодического времени. Это означает, что они оценивают, когда напряжение или ток пересекает эту ось x, и используют это значение для вычисления периодического времени.

Dewesoft, с другой стороны, использует специальный алгоритм БПФ (быстрое преобразование Фурье) для определения периодического времени (частоты).

На основе этого заранее определенного периода времени анализ напряжения и тока с помощью БПФ может быть выполнен для определенного количества периодов (обычно 10, если базовая частота системы составляет 50 Гц) и с выбираемой частотой дискретизации. Анализ БПФ дает амплитуду напряжения, тока и cos phi для каждой гармоники.

Силовой модуль Dewesoft имеет встроенный анализатор БПФ в дополнение к другим типам визуальных дисплеев

Многофазные анализаторы мощности

В силовом модуле Dewesoft X на выбор доступно несколько предустановленных системных конфигураций.Самые распространенные из них:

  • Постоянный ток,
  • 1 фаза
  • 2-фазный — используется, например, со специальными типами двигателей
  • 3-фазная звезда
  • 3 фазы, треугольник
  • Конфигурация
  • Aron и V — это в основном конфигурации звезды и треугольника, но для измерения только двух токов вместо трех. Обычно это делается для экономии места или сокращения затрат.

Специальные конфигурации, такие как измерение 6-, 7-, 9- или 12-фазного двигателя, могут выполняться с несколькими однофазными или 3-фазными системами и суммированием значений мощности в библиотеке Math.Это означает, что мощность может быть измерена в нескольких точках полностью синхронно.

В математической библиотеке силовые модули могут быть дополнительно уточнены, например, КПД может быть рассчитан автоматически. Это также очень полезно при измерении многофазных двигателей (от 6 до 12 фаз).

Силовой модуль Dewesoft можно настроить для одно-, двух- и трехфазных систем. Их можно комбинировать для создания 6, 7, 9 или даже 12-фазных систем

Инженеры могут просто выбрать одну или несколько систем, которые они измеряют, из этого списка:

  • 1-фазный
  • 2 фазы
  • 3-фазная звезда
  • , трехфазный, треугольник
  • 3 фазы Aron
  • 3 фазы V
  • 3 фазы 2 метра

Кроме того, доступен широкий диапазон других вариантов, включая частоту линии, единицы вывода, источник частоты (канал, который необходимо оценить для определения точной частоты), фазу и многое другое.

Благодаря модульной конструкции измерительных устройств Dewesoft пользователь никогда не ограничивается только измерением значений мощности. Системы сбора данных Dewesoft могут подключаться практически ко всем датчикам в мире, что означает, что инженер может также измерять температуру, силу, вибрацию, звук, GPS, видео, скорость, число оборотов в минуту, крутящий момент и т. Д.

Схема подключения анализатора мощности Dewesoft для проверки инвертора и электродвигателей

Инженеры, выполняющие тестов на электрических или гибридных транспортных средствах , могут также захотеть измерить скорость автомобиля, температуру аккумулятора, данные шины CAN, положение GPS и даже нанести точное местоположение на испытательный трек.

Вместо использования двух, трех или даже более разных измерительных приборов, Dewesoft предлагает одновременную регистрацию всех измерений в одном приборе. Это дает несколько ключевых преимуществ:

  • Нет необходимости объединять данные вручную после измерения.
  • Данные полностью синхронизированы до одного образца.
  • Все данные можно просмотреть на одном экране и записать в один файл данных.
  • Настройка и использование только одной системы сбора данных и программного обеспечения позволяет сэкономить время на подготовку к тесту.

Анализатор мощности Dewesoft объяснил вживую на выставке Battery Show Expo

База данных датчиков

повышает точность измерения тока и напряжения

Следует отметить, что каждый усилитель, датчик тока и напряжения имеет некоторую неточность или нелинейность. Однако с помощью анализаторов мощности Dewesoft эти ошибки можно измерить заранее и внести в базу данных датчиков XML. Программа Dewesoft X применяет поправочные коэффициенты в режиме реального времени , что приводит к более точным показаниям и результатам.

База данных аналоговых датчиков Dewesoft

Встроенная база данных датчиков также исключает ошибки, вызванные ошибками ручного ввода данных. Выбор датчика из списка вместо того, чтобы вводить параметры вручную, не только экономит время, но и предотвращает типографские ошибки, которые могут привести к неправильному масштабированию или выбору усиления.

Внутри базы данных датчиков масштабирование можно настроить с помощью формул y = mx + b, справочных таблиц, полиномов и даже кривых преобразования.Для большинства датчиков это нужно сделать только один раз. Инженеры могут добавлять, редактировать и удалять датчики, а также обновлять информацию о калибровке в любое время, включая сроки выполнения клиентских лицензий и т. Д.

Единицы измерения базы данных датчиков основаны на семи международных единицах СИ, «определяющих константы»:

  • Длина — метр (м)
  • Время — секунды
  • Количество вещества — моль (моль)
  • Электрический ток — Ампер (А)
  • Температура — кельвин (К)
  • Сила света — кандела (кд)
  • Масса — килограмм (кг)

Таким образом, хотя они являются метрическими по своей сути, например, м / с2, в этом случае пользователь может выбрать G или g.Таким образом, единицы измерения вывода могут быть удобны для всех пользователей во всем мире.

Программное обеспечение Dewesoft также включает базы данных датчиков для счетчиков / энкодеров / датчиков частоты вращения.

Измерение тока с помощью Dewesoft

Измерение тока обычно делится на две основные группы:

« Direct » — это когда провод должен быть отключен, а датчик включен последовательно с цепью. Этот метод работает без дополнительных схем.

Наиболее распространенным устройством измерения постоянного тока является шунтирующий резистор, который затем подключается последовательно со схемой.Шунтирующий резистор имеет очень низкое сопротивление, которое очень точно определено производителем. Шунтирующий резистор работает по принципу, согласно которому при прохождении тока через резистор будет очень небольшое падение напряжения, которое мы можем измерить и преобразовать в ток по закону Ома.


Типовое устройство для измерения тока шунта

Мы можем измерить это падение и применить закон Ома для расчета силы тока.


Графическое представление закона Ома

Кроме того, важным фактором является точность резистора, так как это напрямую влияет на точность самого измерения.

Токовый шунт Dewesoft DSIi-10A

Компания Dewesoft предлагает несколько токовых шунтов компактного размера, каждый из которых оснащен отдельным нагрузочным резистором, предназначенным для измерения различных диапазонов тока. Эти шунты были спроектированы таким образом, чтобы оказывать минимальное влияние на саму цепь.

Адаптеры

DSI можно подключить практически ко всем устройствам сбора данных Dewesoft. Изолированные аналоговые входы усилителей Dewesoft являются решающим фактором в обеспечении точных измерений, поскольку шунт подключается непосредственно к измеряемой цепи, а изоляция между цепью и измерительной системой всегда важна.Изолированные входы означают, что вы можете разместить свой шунт на стороне низкого или высокого уровня цепи и не беспокоиться о контуре заземления или синфазных ошибках измерения .

Снова принимая во внимание закон Ома и взаимосвязанный характер напряжения, тока и сопротивления, становится абсолютно ясно, что система сбора данных должна иметь возможность выполнять очень точное измерение напряжения и сопротивления, чтобы производить точное измерение тока.

« Indirect » — это когда датчик тока не контактирует напрямую с цепью.Вместо этого он измеряет магнитное поле, которое индуцируется при протекании тока через проводник, а затем преобразует его в показания тока (электрические заряды создают электрические поля).

Преимуществом косвенного измерения тока является гальваническая изоляция датчика от проводника и тот факт, что саму цепь не нужно нарушать или отключать. Он также позволяет измерять очень высокие токи.

Dewesoft поддерживает почти все преобразователи тока, доступные сегодня на рынке.Некоторые преобразователи тока могут получать питание непосредственно от измерительного устройства, а для некоторых преобразователей тока требуется внешний источник питания, поскольку измерительное устройство не может передать необходимую им мощность возбуждения.

У Dewesoft есть решение для этого: SIRIUS PWR-MCTS2 представляет собой блок питания для питания этих преобразователей тока напрямую от приборов Dewesoft без каких-либо внешних источников питания сторонних производителей. SIRIUS PWR-MCTS2 предлагается в совместимом модульном шасси SIRIUS или SIRIUS XHS или непосредственно в стоечном шасси на базе SIRIUS, таком как система сбора данных R2DB, R3, R4 или R8.

SIRIUS R8 с несколькими измерительными срезами, включая совместимый со стойкой SIRIUS-PWR-MCTS2, а также модульное шасси SIRIUS-PWR-MCTS2 и SIRIUS 4xHV 4XLV

SIRIUS XHS-PWR для тестирования гибридных автомобилей и электромобилей

Еще одна инновация — это новый SIRIUS XHS-PWR, совершенно новый продукт от Dewesoft, разработанный специально для рынка электромобилей. Он оснащен запатентованным преобразователем тока DC-CT, который позволяет проводить очень точные измерения тока даже в самых сложных условиях, таких как очень высокие пики тока, а также тестирование тока утечки.

SIRIUS XHS-PWR со встроенным преобразователем тока DC-CT

Этот новый прибор идеально подходит для измерения электромобильности, где высочайшая точность, такая как анализ мощности, является абсолютной необходимостью. В преобразователе тока используется запатентованная технология DC-CT® , основанная на датчике потока Platiše. Он предлагает диапазоны 100A, 500A и 1000A, упакованные в очень маленькое шасси, полосу пропускания 1 МГц, устойчивость к внешним магнитным полям, низкие смещения и превосходную линейность.

Типичный тест мощности в автомобиле, показывающий дополнительные входы, такие как шина CAN, видеокамера и положение GPS в реальном времени, наложенное на карту

Усилители также могут измерять пиковое напряжение 2000 В (CAT II 1000 В) с полосой пропускания до 5 МГц

SIRIUS XHS-PWR

Этот инструмент имеет два входа:

Эти входы подключаются непосредственно к силовой линии автомобиля, обеспечивая максимальное удобство, пропускную способность и точность тестирования электронной мобильности.Он предлагает степень защиты IP65, что позволяет использовать его в суровых условиях и во время жестких поездок.

Таблица сравнения преобразователя тока DC-CT с датчиками тока других типов:

Тип Изолированный Диапазон Пропускная способность Линейность Точность Темп. дрифт Расход
DC-CT постоянного / переменного тока Есть Высокая Высокая Отлично Очень высокий Очень низкий Средний
Магнитный клапан постоянного / переменного тока Есть Высокая Высокая Отлично Отлично Низкая Высокая
Холл постоянного / переменного тока Есть Высокая Средний Средний Средний Высокая Низкое-Среднее
Шунт постоянного / переменного тока Средний Средний Хорошо Высокая Средний Высокая
Rogowsky AC Есть Высокая Высокая Хорошо Средний Низкая Низкая
CT AC Есть Высокая Средний Средний Средний Низкая Низкая

Совместимые трансформаторы тока

Ниже приведена таблица, в которой дается краткий обзор имеющихся преобразователей тока и характеристик этих преобразователей, а также того, для каких приложений они лучше всего подходят.

Обзор преобразователей тока и областей их применения

Недвижимость Приложения
Тип AC DC Диапазон Точность Пропускная способность Плюсы Минусы Анализатор мощности Электронная мобильность Мониторинг сети
Токовые клещи с сердечником ДА НЕТ 5 кА 0,5 — 4% 10 кГц дешевые Тяжелый
Негибкий
Низкая пропускная способность
НЕТ НЕТ ДА
Дешевые катушки Роговского ДА НЕТ 10 кА 1% 20 кГц Прочный
Гибкий
Линейный
Без магнитного воздействия
Выдерживает перегрузку
Нет измерения постоянного тока
Ошибки высокого положения
НЕТ НЕТ ДА
Катушка Good Rogowsky ДА НЕТ 50 кА 0,3% до 20 МГц Прочный
Гибкий
Линейный
Без магнитного воздействия
Выдерживает перегрузку
Нет измерения постоянного тока
Ошибки высокого положения
ЧАСТИЧНО ЧАСТИЧНО ДА
Токовые клещи постоянного / переменного тока с компенсацией Холла ДА ДА 300 А 1,5% 100 кГц Измерение переменного / постоянного тока
Высокая точность
Широкая полоса пропускания
Зажим может открываться
Низкий диапазон измерения ДА ДА ДА
Токовые клещи постоянного / переменного тока Fluxgate ДА ДА 700 А 0,3% 500 кГц Измерение переменного / постоянного тока
Высокая точность
Широкая полоса пропускания
Зажим может открываться
Требуется внешний источник питания ДА ДА ДА
Преобразователь тока нулевого потока ДА ДА 2000 А 0,002% до 300 кГц Измерение переменного / постоянного тока
Высокая точность
Высокая полоса пропускания
Низкая фазовая ошибка
Низкое смещение
Не открывается
Требуется внешний источник питания
ДА ДА ДА

Dewesoft разрабатывает и производит всемирно известное оборудование для измерения и сбора данных для широкого спектра отраслей и приложений.С начала 2000-х годов основное внимание уделялось анализу мощности и анализу качества электроэнергии.

Тогда мы еще не знали, что автомобили станут электрическими такими быстрыми темпами, как сегодня. И это всего лишь одно приложение, в котором необходимы портативные высокопроизводительные анализаторы мощности и измерительные приборы для анализаторов качества электроэнергии.

Дополнительная информация

Продукты и решения

Статьи и база знаний

Примеры использования и заметки по применению

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *