Измерение тока в цепи осциллографом



Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

• Вычислительная техника
  • Микроконтроллеры микропроцессоры
  • ПЛИС
  • Мини-ПК
• Силовая электроника
• Датчики
• Интерфейсы
• Теория
  • Программирование
  • ТАУ и ЦОС
• Перспективные технологии
  • 3D печать
  • Робототехника
  • Искусственный интеллект
  • Криптовалюты

Чтение RSS

Как измерить ток с помощью осциллографа

Измерение тока является простой задачей – все, что вам нужно сделать, это подключить мультиметр к цепи, которую вы хотите измерить, и счетчик даст вам чистое значение тока для использования в дальнейшем. Но иногда нет возможности разорвать цепь, чтобы соединить мультиметр с тем, что вы хотите измерить. Это также решается довольно просто – вам просто нужно измерить напряжение на известном сопротивлении в цепи, тогда ток – это просто напряжение, деленное на сопротивление (из закона Ома).

Все становится немного сложнее, когда вы хотите измерить изменяющиеся сигналы. Это зависит от частоты обновления (количества выборок в секунду) мультиметра, и обычный человек может воспринимать только небольшое изменений в отображении в секунду. Измерение переменного тока становится немного проще, если ваш мультиметр измеряет среднеквадратичное напряжение (среднеквадратичное напряжение – это напряжение сигнала переменного тока, который будет передавать то же количество энергии, что и источник постоянного тока этого напряжения). Это измерение строго ограничено периодическими сигналами (прямоугольные волны и тому подобное строго исключены, если только среднеквадратическое значение не является «истинным», даже в этом случае нет никаких гарантий точности измерения). Большинство мультиметров также имеют низкочастотную фильтрацию, что предотвращает измерение переменного тока выше нескольких сотен герц.

Осциллограф заполняет промежуток между человеческим восприятием и устойчивыми значениями мультиметра – он отображает своего рода график напряжения-времени сигнала, который позволяет лучше визуализировать изменяющиеся сигналы по сравнению с набором меняющихся чисел на мультиметре.

Измерение сигналов с частотой до нескольких гигагерц также возможно при наличии правильного оборудования. Однако осциллограф является прибором для измерения напряжения с высоким импедансом – он не может измерять токи как таковые. Использование осциллографа для измерения токов требует преобразования тока в напряжение, и это можно сделать несколькими способами.

Во-первых, это использование шунтового резистора. Это, пожалуй, самый простой способ измерения тока. Преобразователь тока в напряжение здесь представляет собой простой резистор. Базовые знания электротехники говорят нам, что напряжение на резисторе пропорционально току, протекающему через него. Это можно выразить по закону Ома: U = IR. Где U – напряжение на резисторе, I – ток через резистор, а R – сопротивление резистора, все в соответствующих единицах.

Хитрость заключается в том, чтобы использовать значение резистора, которое не влияет на общую измеряемую цепь, поскольку падение напряжения на шунтирующем резисторе приводит к уменьшению напряжения на цепи, в которой он находится. Общее практическое правило заключается в использовании резистора, который намного меньше, чем сопротивление или импеданс измеряемой цепи (в десять раз меньше в хорошей начальной точке), чтобы предотвратить влияние шунта на измеряемый ток в цепи.

Например, трансформатор и полевой МОП-транзистор в преобразователе постоянного тока могут иметь полное (постоянное) сопротивление в несколько десятков миллиом, а установка большого (скажем) резистора 1 Ом приведет к падению большей части напряжения на шунте (помните, что для для последовательных резисторов отношение падения напряжения на резисторах является отношением их сопротивлений) и, следовательно, к большей потере мощности. Резистор просто преобразует ток в напряжение для измерения. В то же время маленький резистор (1 мОм) будет пропускать через себя только небольшое (но измеримое) напряжение, оставляя остальное напряжение для выполнения полезной работы.

Здесь вы можете использовать несколько изящных приемов. Предположим, что ваш шунт имеет сопротивление 100 мОм, тогда ток 1 А приведет к падению напряжения на 100 мВ, что даст нам «чувствительность» 100 мВ на усилитель. Это не должно вызывать проблем, если вы будете осторожны, но часто 100 мВ воспринимается буквально – другими словами, путается с 100 мА.

Эту проблему можно решить, установив настройку входа на 100X – датчик уже ослабляет в 10 раз, поэтому добавление еще 10X к сигналу возвращает его обратно к 1 В на усилитель, т.е. вход «умножается» на 10. Большинство осциллографов поставляются с этой возможностю выбора входной аттенюации. Однако существуют осциллографы, которые поддерживают только 1X и 10X. Еще одна полезная небольшая особенность – возможность установки вертикальных единиц, отображаемых на экране – U можно изменить на A, W и т.п.

Все усложняется, когда вы не можете разместить шунт на нижней стороне. Заземление осциллографа напрямую связано с заземлением, поэтому при условии, что ваш источник питания также заземлен, подключение зажима заземления датчика к любой случайной точке в цепи закорачивает эту точку на землю. Этого можно избежать, выполнив то, что называется дифференциальным измерением. Большинство осциллографов имеют математическую функцию, которую можно использовать для выполнения математических операций с отображаемым сигналом (формами). Обратите внимание, что это никак не меняет фактический сигнал!

Здесь мы будем использовать функцию вычитания, которая отображает разницу двух выбранных сигналов. Поскольку напряжение – это просто разность потенциалов в двух точках, мы можем подключить один датчик к каждой точке и подключить зажимы заземления к заземлению цепи, как показано на рисунке.

Получив разницу между двумя сигналами, мы можем определить ток. Та же самая уловка с аттенюацией, использованная выше, применима и здесь, просто не забудьте изменить оба канала.

Есть несколько недостатков в использовании шунтирующего резистора. Во-первых, это допуск, который может составлять 5%. Второе – это температурный коэффициент. Сопротивление резисторов увеличивается с ростом температуры, что приводит к большему падению напряжения для данного тока. Это особенно плохо с сильноточными шунтирующими резисторами.

Впрочем, вместо шунтов можно использовать специальные токоизмерительные щупы. Готовые токовые пробники (называемые также «токовые клещи»; они зажимаются на проводах без прерывания цепей) доступны на рынке, но вы не увидите, чтобы многие любители использовали их из-за их непомерной стоимости. Эти щупы используют один из двух методов.

Первый метод – использование катушки, намотанной на полукруглый ферритовый сердечник. Ток в проводе, вокруг которого зажат щуп, генерирует магнитное поле в феррите. Это в свою очередь вызывает напряжение в катушке. Напряжение пропорционально скорости изменения тока. Интегратор «интегрирует» форму сигнала и выдает выходной сигнал, пропорциональный току. Выходная шкала обычно составляет от 1 мВ до 1 В на усилитель.

Второй метод использует датчик Холла, зажатый между двумя ферритовыми полукругами. Датчик Холла выдает напряжение, пропорциональное току.

Впрочем, есть еще один быстрый и «грязный» метод. Этот метод не требует никаких дополнительных компонентов, кроме осциллографа и щупа.

Этот метод очень похож на использование токового датчика. Обмотайте провод заземления датчика вокруг провода, несущего измеряемый ток, а затем подключите зажим заземления к наконечнику датчика. Произведенное напряжение также будет пропорционально скорости изменения тока, и вам необходимо выполнить некоторую математическую функцию для формы сигнала (а именно, интеграцию; большинство осциллографов имеют эту функцию в меню «математика»), чтобы интерпретировать сигнал как ток.

Говоря языком электриков, закороченный щуп образует проволочную петлю, которая действует как трансформатор тока, как показано на рисунке.

Вот такие несколько методов измерения изменения формы тока с помощью осциллографа. Самый простой из них – использование токового шунта и измерение напряжения на нем.

Источник

Для чего нужен осциллограф и как им выполнять измерения тока, напряжения, частоты и сдвига фаз

Осциллограф — устройство, демонстрирующие силу тока, напряжение, частоты и сдвиг фаз электрической цепи. Прибор отображает соотношение времени и интенсивности электрического сигнала. Все значения изображены при помощи простого двумерного графика.

Для чего предназначен осциллограф

Осциллограф используется электронщиками и радиолюбителями для того, чтобы измерить:

• амплитуду электрического сигнала — соотношение напряжения и времени;
• проанализировать сдвиг фаз;
• увидеть искажение электрического сигнала;
• на основе результатов вычислить частоту тока.

Несмотря на то, что осциллограф демонстрирует характеристики анализируемого сигнала, чаще его используют для выявления процессов происходящих в электрической цепи. Благодаря осциллограмме специалисты получают следующую информацию:

• форму периодического сигнала;
• значение положительной и отрицательной полярности;
• диапазон изменения сигнала во времени;
• длительность положительного и отрицательного полупериода.

Большинство из этих данных можно получить при помощи вольтметра. Однако тогда придётся производить замеры с частотностью в несколько секунд. При этом велик процент погрешности вычислений. Работа с осциллографом значительно экономит время получения необходимых данных.

Принцип действия осциллографа

Осциллограф выполняет замеры при помощи электронно-лучевой трубки. Это лампа, которая фокусирует анализируемый ток в луч. Он попадает на экран прибора, отклоняясь в двух перпендикулярных направлениях:

• вертикальное – показывает исследуемое напряжение;
• горизонтальное – демонстрирует затраченное время.

За отклонение луча отвечают две пары пластин электронно-лучевой трубки. Те, что расположены вертикально, всегда находятся под напряжением. Это помогает распределять разнополюсные значения. Положительное притяжение отклоняется вправо, отрицательное — влево. Таким образом, линия на экране прибора движется слева направо с постоянной скоростью.

На горизонтальные пластины также действует электрический ток, что отклоняет демонстрирующий показатель напряжения луча. Положительный заряд — вверх, отрицательный — вниз. Так на дисплее устройства появляется линейный двухмерный график, который называется осциллограммой.

Расстояние, которое проходит луч от левого до правого края экрана называется развёрткой. Линия по горизонтали отвечает за время измерения. Помимо стандартного линейного двухмерного графика существует также круглые и спиральные развёртки. Однако пользоваться ими не так удобно как классическими осциллограммами.

Классификация и виды

Различают два основных вида осциллографов:

• аналоговые — аппараты для измерения средних сигналов;
• цифровые — приборы преобразовывают получаемое значение измерений в «цифровой» формат для дальнейшей передачи информации.

По принципу действия существуют следующая классификация:

1. Универсальные модели.
2. Специальное оборудование.

Наиболее популярными являются универсальные устройства . Эти осциллографы используют для анализа различных видов сигналов:

• гармонических;
• одиночных импульсов;
• импульсных пачек.

Универсальные приборы предназначены для разнообразных электрических устройств. Они позволяют измерять сигналы в диапазоне от нескольких наносекунд. Погрешность измерений составляет 6-8%.

Универсальные осциллографы делятся на два основных вида:

• моноблочные — имеют общую специализацию измерений;
• со сменными блоками — подстраиваются под конкретную ситуацию и тип прибора.

Специальные устройства разрабатываются под определённый вид электрической техники. Так существуют осциллографы для радиосигнала, телевизионного вещания или цифровой техники.

Универсальные и специальные устройства делятся на:

• скоростные – применяются в быстродействующих приборах;
• запоминающие — аппараты, сохраняющие и воспроизводящие ранее сделанные показатели.

При выборе устройства следует внимательно изучить классификации и виды, чтобы приобрести прибор под конкретную ситуацию.

Устройство и основные технические параметры

Каждый прибор имеет ряд следующих технических характеристик:

1. Коэффициент возможной погрешности при измерении напряжения (у большинства приборов это значение не превышает 3%).
2. Значение линии развёртки устройства — чем больше эта характеристика, тем дольше временной промежуток наблюдения.
3. Характеристика синхронизации, содержащая в себе: диапазон частот, максимальные уровни и нестабильность системы.
4. Параметры вертикального отклонения сигнала с входной ёмкостью оборудования.
5. Значения переходной характеристики, показывающие время нарастания и выброс.

Помимо перечисленных выше основных значений, у осциллографов присутствуют дополнительные параметры, в виде амплитудно-частотная характеристики, демонстрирующей зависимость амплитуды от частоты сигнала.

Цифровые осциллографы также обладают величиной внутренней памяти. Этот параметр отвечает за количество информации, которую аппарат может записать.

Как выполняются измерения

Экран осциллографа поделён на небольшие клетки, которые называются делениями. В зависимости от прибора каждый квадрат будет равен определённому значению. Наиболее популярное обозначение: одно деление – 5 единиц. Также на некоторых приборах присутствует ручка для управления масштабом графика, чтобы пользователям было удобнее и точнее производить измерения.

Прежде чем начать измерение любого рода следует присоединить осциллограф к электрической цепи. Щуп подключается на любой из свободных каналов (если в приборе, больше чем 1 канал) или на генератор импульсов, при его наличии в устройстве. После подключения на дисплее аппарата появятся различные изображения сигналов.

Если сигнал получаемый прибором обрывистый, то проблема заключается в присоединении щупа. Некоторые из них оборудованы миниатюрными винтами, которые необходимо закрутить. Также в цифровых осциллографах решает проблему обрывистого сигнала фикция автоматического позиционирования.

Источник

Как следует пользоваться осциллографом

Человек, знающий как пользоваться осциллографом, получает прекрасный инструмент. С помощь него можно искать неисправности в различных электронных устройствах, настраивать и отлаживать электрические схемы с переменными сигналами сложной формы.

А также контролировать их форму, временные и фазовые соотношения. Профессиональному разработчику и регулировщику без него не обойтись, но и на бытовом уровне этот прибор может быть очень полезен.

Конструкция и принцип действия осциллографа

Но вне зависимости от модели и конструкции главной особенностью осциллографа, отличающей его от других измерительных приборов, является то, что он позволяет визуально наблюдать форму переменного электрического сигнала в динамике.

Классическая конструкция осциллографа представляет собой индикатор на электронно-лучевой трубке. На горизонтальную отклоняющую систему которой подается пилообразная развертка от встроенного генератора, а на вертикальную — изучаемый сигнал.

Если входной сигнал периодический, то можно подобрать такую частоту горизонтальной развертки, чтобы она была кратна частоте периодического сигнала. Тогда на экране можно будет наблюдать неподвижную картину, повторяющую форму входного напряжения. Эта операция называется синхронизацией, а максимальная частота, с которой может работать прибор, является одной из его основных характеристик.

Постоянное напряжение на индикаторе будет отображаться в виде линии на уровне, зависящим от амплитуды, и осциллограф в этом случае работает как вольтметр.

Для удобства измерения на стекло индикатора нанесена градуировочная сетка с единицей измерения по вертикали (Y) амплитуды в вольтах, а по горизонтали (X) длительности (периода) в мс/мкс как обратной величины частоты. Соотношение периода колебаний и их частоты описывается формулами f = 1/t и t=1/f, где f — частота, а t — длительность. Периоду 1 мс (ms) соответствует частота 1 кГц, а 1 мкс (µs) — 1 МГц.

Подключение прибора

Для подключения осциллографа к исследуемой электрической цепи прибор комплектуется коаксиальным кабелем со щупом, содержащим «земляной» вывод. Оснащенный, как правило, зажимом типа «крокодил». А также сигнальный провод («фаза»), обычно с игольчатым контактом, позволяющим воткнуться в контактную площадку маленького размера.

Щупы могут быть сменными. Помимо стандартных, популярны аттенюаторные щупы, содержащие дополнительный резистор большого сопротивления. Он нужен для ослабления входного сигнала и расширения возможностей по измерению высоких напряжений без риска сжечь входной усилитель.

Управление и настройка осциллографа

У подавляющего большинства моделей настройка организована таким образом, что одна группа устанавливает амплитудные режимы, а вторая управляет разверткой.

Самым крупным и заметным органом амплитудной настройки является регулятор масштаба сигнала по оси Y, маркируемый «V/дел». Его функция — установить масштаб таким образом, чтобы изображение соответствовало размеру экрана.

Например, для измерения сигналов амплитудой 30V необходимо установить масштаб 10V на деление, тогда сигнал на экране будет достигать 3 делений. Конструктивно регулировка выполнена в виде вращающейся рукоятки со ступенчатым переключением. Имеется риска, указывающая на значение, выбранное из тех, которые расположены вокруг рукоятки.

Обычно присутствует еще дополнительная рукоятка плавной подстройки, скомпонованная с основной. Второй по важности орган управления — регулятор вертикального сдвига, перемещающий изображение сигнала вверх-вниз по вертикали. Это нужно как для калибровки прибора, так и для более точного измерения амплитуды. Смещение позволяет использовать для измерения весь экран и совмещать сигнал с линиями сетки.

На любом осциллографе также имеется тумблер переключения с прямого входа на емкостной (через конденсатор). Использование последнего позволяет отсечь постоянную составляющую и работать только с переменной составляющей сигнала. Что очень полезно, например, при оценке уровня шумов блока питания.

В группе управления разверткой центральным элементом является переключатель скорости развертки, маркируемый «Время/дел». Конструктивно он аналогичен переключателю масштаба сигнала, с ручками ступенчатого переключения и плавной подстройки. Этим переключателем выставляется значение в ms или µs на деление в соответствии с частотой исследуемого сигнала таким образом, чтобы на экране помещался один или несколько периодов.

Всегда имеется рукоятка горизонтального сдвига луча, маркируемая обычно стрелками вправо-влево. Используя эту рукоятку, можно подвести исследуемый участок под линии сетки для более точного измерения.

Все модели осциллографов имеют возможность вместо внутреннего генератора использовать внешний источник развертки. Именно с его помощью на экране получаются фигуры Лиссажу, по которым можно видеть соотношение частот и фаз двух сисусоид. Вход для внешней развертки маркируется «Вход Х» и располагается в группе управления разверткой.

Отдельную группу составляют настройки синхронизации. В нее входят переключатель «внутренняя-внешняя синхронизация», вход для внешней синхронизации и ручка точной подстройки.

Помимо этого, присутствуют технические органы управления:

• кнопка включения/выключения прибора;
• регулировка яркости и фокусировки луча электронно-лучевой трубки;
• включение подсветки шкалы экрана.

Измерение сигнала

Порядок измерения параметров периодического сигнала следующий:

• Зажим «земля» фиксируется на общем проводе схемы, а сигнальный щуп присоединятся в контролируемое место схемы, где будут сниматься показания.
• С помощью регулятора устанавливаем масштаб по вертикали таким образом, чтобы полезная информация помещалась на экране целиком и занимала большую ее часть.
• Регулятором частоты добиваемся того, чтобы на экране помещалось несколько периодов сигнала.
• Точной подстройкой частоты добиваемся стабильного изображения, чтобы картинка не плыла.
• Теперь, когда на экране установлено стабильное изображение, можно определить по экранной шкале его форму, амплитуду и период.
• Для более точного измерения можно использовать ручки смещения по вертикали и по горизонтали, подводя интересующие элементы изображения под перекрестье линий сетки.

Для того чтобы быть уверенным в точности показаний, необходимо соблюдать несколько простых требований:

• после включения осциллографа на ЭЛТ необходимо дать ему прогреться в течение 10-15 минут;
• после каждого включения прибор необходимо откалибровать. Большинство моделей имеет встроенный калибровочный генератор, выдающий прямоугольный сигнал с фиксированной амплитудой и частотой;
• прибор должен быть заземлен;
• сигнал с очень низкой частотой (до 10 Гц) при подключении через емкостный вход сильно искажается. Работа в этом режиме не рекомендуется.

Лучший способ обучения — практическая работа. Получив первые навыки работы с простым аналоговым осциллографом, в дальнейшем можно будет приступать к более сложным устройствам. Которые будут иметь дополнительные функции и расширенные возможности. Главное — наличие желания и интереса к электронной технике.

Как пользоваться осциллографом — видео

Уникальная статья на нашем сайте — electricity220.ru.

Источник

Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть II

Это вторая часть ликбеза по осциллографам, а первая часть здесь.

Эта заметка будет постепенно пополняться простыми, но полезными приёмами работы с осциллографом.

Вступление

Главный вопрос, на который следует ответить: «что можно измерить с помощью осциллографа?» Как ты уже знаешь, этот прибор нужен для изучения сигналов в электрических цепях. Их формы, амплитуды, частоты. По полученным данным можно сделать вывод и о других параметрах изучаемой цепи. Значит с помощью осциллографа в основном можно (я не говорю про супер функции супер-современных приборов):

• Определить форму сигнала
• Определить частоту и период сигнала
• Измерить амплитуду сигнала
• Не напрямую, но измерить ток тоже можно (закон Ома в руки)
• Определить угол сдвига фазы сигнала
• Сравнивать сигналы между собой (если прибор позволяет)
• Определять АЧХ
• Забыл что-то упомянуть? Напомните в комментариях!

Все дальнейшие примеры следует делались с рассчетом на аналоговый осциллограф. Для цифрового всё тоже самое, но больше умеет, чем аналоговый и в определённых вопросах снимает необходимость думать там, где можно просто показать цифру. Хороший инструмент таким и должен быть.

Итак, перед работой следует подготовить прибор: поставить на стол, подключить к сети =) Да ладно, шучу. Но если есть возможность, то следует его заземлить. Если есть встроенный калибратор, то по инструкции к прибору надо его откалибровать. _{(подсказка: инструкции есть в сети).}

Подключать свой осциллограф к исследуемой цепи ты будешь с помощью щупа. Это такой коаксильный провод, на одном конце которого разъем для подключения к осциллографу, а на втором щуп и заземление для подключения к исследуемой цепи. Какой попало провод в качестве щупа использовать нельзя. Только специальные щупы. Иначе вместо реальной картины дел увидишь чушь.

Я не буду рассматривать каждый регулятор осциллографа подробно. В сети есть море таких обзоров. Давай лучше учиться как проводить любительские измерения: будем определять амплитуду, частоту и период сигнала, форму, полосу пропускания усилителя, частоту среза фильтра, уровень пульсаций источника питания и т.д. Остальные хитрости и приёмы придут с практикой. Тебе понадобится осциллограф и генератор сигнала.

Виды сигналов

Буду говорить без барских штучек, по-мужицки. На экране осциллографа ты будешь видеть либо синусоидальный сигнал, либо пилу, либо прямоугольнички, либо треугольный сигнал, либо просто какой-нибудь безымянный график.

Все виды сигналов не перечесть. Да и сами сигналы не знают, что относятся к какому-то там виду. Так что твоя задача не названия запоминать, а смотреть на экран и быстро соображать, что означает увиденное на нём, какой процесс идёт в цепи.

Амплитуда, частота, период

Осциллограф умеет измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех приборов для этого есть два режима: измерение только переменного сигнала, измерение постоянного и переменного одновременно.

Это значит, что если ты выберешь измерение переменного сигнала и подключишь щуп к батарейке, то на экране прибора ничего не изменится. А если выберешь второй режим и проделаешь тоже самое, то линия на экране прибора сместится приблизительно на 1.6В вверх (величина ЭДС пальчиковой батарейки). Зачем это нужно? Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала!

Пример. Решил ты измерить пульсации в только что собранном источнике постоянного напряжения на 30В. Подключаешь к осциллографу, а луч убежал далеко вверх. Для того, чтобы удобно наблюдать сигнал придется выбрать максимальное значение В/дел на клетку. Но тогда ты пульсаций точно не увидишь. Они слишком малы. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменного напряжения и крутишь ручку В/Дел на масштаб в разы поменьше. Постоянная составляющая сигнала не пройдет и на экране будут показываться только только пульсации источника питания.

Амплитуду переменного напряжения легко определить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси ординат, которые занимает этот сигнал от нулевого значения (среднего), до максимального.

Если посмотреть на экран осциллографа на картинке выше и предположить, что В/дел = 1В, тогда амплитуда синусоиды будет 1.3В.

А если предположить, что Время/дел (развертка) установлено в 1 миллисекунду, тогда период этой синусоиды будет занимать 4 клетки, а зачит период T = 4 мс. Легко? Давай теперь вычислим частоту этой синусоиды. Частота и период связаны формулой: F = 1/T (Т в секундах). Следовательно F = 1/ (4*10 -3 ) и равняется 250 Гц.

Конечно, это очень грубая прикидка, которая годится только для вот таких чистеньких и красивых сигналов. А если подать вместо чистой синусоиды какую-нибудь музыкальную композицию, то в ней будет множество разных частот и на глазок уже не прикинешь. Чтобы определить какие частоты входят в эту композицию потребуется анализатор спектра. А это уже другой прибор.

Измерение частоты

Как я уже писал выше, с помощью осциллографа можно измерять и частоту. А ещё можно не просто измерить частоту какого-нибудь синусоидального сигнала, а даже сравнить частоты двух сигналов, к примеру, с помощью фигур Лиссажу.

Это очень удобно, когда хочется, например, откалибровать собранный своими руками генератор сигналов, а частотомера под руками нет. Тогда и приходят на помощь фигуры Лиссажу. Жаль не все аналоговые осциллографы могут их показывать.

Сдвиг фаз

Частенько бывает так, что фаза тока и фаза напряжения расходятся. Например, после прохождения через конденсатор, индуктивность или целую цепь. И если у тебя есть двухканальный осциллограф, то легко можно посмотреть как сильно отличаются фазы тока и напряжения _{(А если есть современный цифровой, то там есть даже специальная функция для измерения сдвига фаз. Круто!)}. Для этого следует подключить осциллограф вот таким образом:

Источник

Измерение силы тока с помощью осциллографа — Студопедия

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10 КЛАСС.

Знакомство с интерфейсом цифрового осциллографа.

Измерение силы тока с помощью осциллографа

1. Вспомните , что перед изъятием устройства «флэш»-памяти из USB-порта, Вы всегда отключаете напряжение на этом порту, используя опцию «Безопасное извлечение».

Будьте внимательны с USB-портом компьютера, короткое замыкание его контактов может привести к выходу из строя не только порта, но и всего компьютера!!!

Источником постоянного тока в работах по электродинамике будет служить один из USB-портов компьютера. Подсоедините блок коммутации USB-порта с электрической цепью (в дальнейшем источник тока) к одному из USB-портов. Ко второму USB-порту подсоедините кабелем датчик напряжения осциллографический (в дальнейшем осциллограф).Подключите щупы осциллографа к выходным клеммам источникапостоянного тока.

Если возникают проблемы с настройкой осциллографа или иного датчика, возможно, вы запустили программу раньше установления драйвера датчика, опросите еще раз датчик

(кнопка ) или перезагрузите программу.

2. Запустите программу «Цифровая лаборатория». В открывшемся окне со списком работ выберите сценарий работы 3.1 «Знакомство с интерфейсом осциллографа». Окно со списком работ можно вызвать и нажав кнопку в верхнем меню программы.

3. Осциллограф – устройство позволяющее измерять напряжение постоянного и

меняющегося во времени электрического сигнала. Используя кнопку , откройте окно настроек параметров компьютера (рис.1)

Рис.1 Ознакомьтесь с содержанием вложенных списков параметров настройки в каждом из

окошек настройки параметров. Осциллограф может измерять одновременно напряжение на двух участках цепи по двум каналам. Установите «галочку» в окошке выбора «красного» канала (Канал №1). Режим работы «авто» и развертку «5 мс/дел», чувствительность Канала №1 «1 В/дел», положение нулевой линии «0», вид сигнала «Постоянный»^*, установите «галочку» в окошках «Отображение сигнала» и

^* Опция «Переменный» в окне «Вид сигнала» при настройке параметров регистрации осциллографического датчика позволяет отсечь постоянную или медленно меняющуюся (с характерным временем около 0,1 с) составляющую напряжения и показывать только быстро меняющийся сигнал (с характерным временем 0,05с и менее). В наборе работ «Цифровая лаборатория. Базовый уровень» такая опция нигде не используется.

«Отображение нулевой линии». Параметры в остальных окнах можно пока не менять. Зафиксируйте выбранные параметры (кнопка )

4. Запустите измерения в программе «Цифровая лаборатория (кнопка ) и после прописывания нулевой линии красной линией подключите выводы осциллографа в «красной» оплетке к клеммам источника тока. Обратите внимание , в какую сторону смещается сигнал при подключении кабеля с синим наконечником к клемме источника

«+», а с красным наконечником – к клемме «минус». Остановите измерения (кнопка )

и левой кнопкой мыши установите желтый вертикальный маркер на рабочем поле на первом делении по горизонтали. Обратите внимание на числовые значения напряжения

и времени в левом верхнем углу (или в нижней части окна) окна регистрации. Время

отсчитывается от зеленого вертикального маркера, стоящего на левой границе рабочего поля. Вы можете сместить зеленый маркер правой кнопкой мыши. Клик правой кнопкой за левой границей окна регистрации возвращает зеленый маркер на левый край поля.

5. Вернитесь в окно установки параметров осциллографа, измените чувствительность по напряжению Канала №1 и временную развертку. Включите регистрацию по Каналу №2, установив в окне вида сигнала (рис.1) – «Постоянный». Приняв параметры, проверьте, как изменились показания осциллографа на рабочем поле. Заменив щупы Канала №1 (красного) на щупы Канала №2, проверьте, как работает Канал №2, затем снимите сигнал с источника обоими каналами, присоединив клеммы каналов так, чтобы сигнал от них был разной полярности.

6. Соберите электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора с сопротивлением 200 Ом, переменного сопротивления (его сопротивление меняется от 0 до 100 Ом), светодиода, ключа и источника тока. К выходным клеммам источника тока подключите клеммы Канала №1 осциллографа, а к концам резистора 200 Ом – клеммы Канала №2 (рис.2). Замкнув ключ и вращая ручку переменного сопротивления, убедитесь, что показания на клеммах источника тока не меняется, а напряжение на резисторе 200 Ом меняется синхронно с изменением яркости светодиода (светодиод будет гореть, только если соблюдена верная полярность подведенного напряжения). Остановите регистрацию при максимальной яркости светодиода и замерьте напряжение на резисторе в 200 Ом.

	Рис.2	Рис.3
7.	Разомкните цепь, вставьте	в нее последовательно всем элементам резистор с

сопротивлением Rш=10 Ом (рис.3), оставив щупы осциллографа на резисторе 200 Ом. Замкните цепь, запустите регистрацию, и, остановив регистрацию, убедитесь, что напряжение на резисторе в 200 Ом и яркость светодиода не изменились. Резистор в 10 Ом с сопротивлением малым по сравнению с общим сопротивлением цепи будем называть

шунтом. Шунт в данной цепи уменьшает силу тока примерно на 5%, то есть

не влияет и на напряжение на элементах в цепи и яркость светодиода. Включая его в участок цепи, через который нужно измерить силу тока, измеряя напряжение на нем, измеряют силу тока, поскольку для резистора выполняется закон Ома I=U/R.

8. Исключите из цепи (рис.3) светодиод. Переключите щупы Канала №1 осциллографа с

источника тока, на шунт. Откройте вкладку «Исходные данные» (кнопка ) и внесите в

таблицу значение сопротивления шунта Rш = 10 Ом (рис.4).

Рис.4 Выберите полярность подключения осциллографического датчика таким образом, чтобы

по каждому из каналов регистрировался положительный сигнал. Запустите регистрацию и, получив сигнал с обоих каналов осциллографа, остановите регистрацию. Установив желтый маркер на экран. Перейдите на вкладку «Таблица окна «Обработка» и выберите ячейку в столбце «U, В» (рис. 5).

Рис.5 Нажимая кнопку синего цвета, перенесите значение напряжения со второго канала

(синяя оплетка кабеля осциллографа и синий цвет сигнала на экране) осциллографа в выбранную ячейку Таблицы. Для заполнения столбца с напряжением на шунте выберите ячейку в столбце «Uш, В» (рис.5) и нажмите кнопку красного цвета — значение напряжения измеренного на Канале №1 (красная оплетка и красный цвет сигнала на экране) отправится в соответствующую ячейку Таблицы. Рассчитайте значение силу тока через шунт

Iш и внесите ее в ячейку в нижней части таблицы (рис.5). После внесения «Исходных данных» эта «серая» ячейка становится «желтой», при внесении правильного значения Iш – «зеленой», при внесении ошибочного значения – «красной». При «зеленой» ячейке дальнейшие расчеты значения Iш и заполнение соответствующих ячеек в Таблице осуществляется автоматически (рис.6).

Рис.6

9. Запустите регистрацию и, меняя положение ручки резистора с переменным напряжением, добейтесь смены напряжения на резисторе 200 Ом и силы тока (и соответственно напряжения на шунте) в цепи. Останавливая запись, зарегистрируйте несколько значений напряжений на резисторе и шунте. Без заполнения нескольких строк в Таблице построения Графика (см.п.10) не будет осуществляться.

ВНИМАНИЕ ! Напоминаем, что увеличение числа строк в Таблице осуществляется кнопкой на клавиатуре при заполнении хотя бы одной ячейки в предыдущей строке.

10. Перейдите на вкладку «График U(Iш) зависимости напряжения на резисторе 200 Ом от силы тока через резистор (она равна силе тока через шунт) и проанализируйте полученный график. Выбрав в окошке подбора функций для описания экспериментального графика функцию Y=AX (подбор наилучшей прямой осуществляется по нажатию на кнопку рядом с окном выбора вида функции, рис.7), убедитесь, что закон Ома U=RI выполняется, а коэффициент пропорциональности А соответствует

значению сопротивлению резистора R 200 Ом.

Рис.7

11. Занесите в Отчет (кнопка ) один из экранов с сигналом осциллографа, содержание вкладок « Исходные данные» и «Таблица», полученный график U(I), а также фото последней электрической цепи, на которой проводились измерении, сделанное с помощью ВЕБ — камеры, и скриншот окна настроек осциллографа (сочетание клавиш Alt-PrtScr), при которых проводились измерения.

ВНИМАНИЕ! Копирование в Отчет содержимого любой вкладки окна «Обработка» и кадр видео с установкой, регистрируемый ВЕБ – камерой, осуществляется в место, указываемое не курсором клавиатуры, а КУРСОРОМ МЫШИ. Содержимое вкладки НЕ ВСТАВЛЯЕТСЯ В ОТЧЕТ, ЕСЛИ ВЫ НЕ ОТКРЫВАЛИ эту вкладку.

Измерение малых токов на осциллографе

Как правильно производить измерения с осциллографом

Особенности измерения малых токов на осциллографе, как можно облегчить проведение этих измерений. На что влияет разрешающая способность осциллографа? Смотрите видео!

Инструкция по правильному оформлению результатов поверки осциллографа. При положительных результатах поверки данные измерений заносятся в формуляр прибора. Запрещается выпуск в обращение к применение приборов, прошедших поверку с отрицательными результатами. Прибор в этом случае бракуется и направляется в ремонт.

Примеры применения прибора C7-I2. Измерение динамических параметров маломощных транзисторов. Схема подключения приведена в инструкции. На экране осциллографа наблюдаются два импульса: на выходе и входе испытуемого устройства С помощью прибора можно измерить: время запаздывания включения транзистора, нарастания, рассасывания и длительность спада тока. А также коэффициент передачи схемы на испытуемом транзисторе (последний определяется по соотношению амплитуд импульсов на входе и выходе).

Погрешность измерения указанных параметров может не превышать 5%, если длительность фронта и спада импульсов на выходе испытуемой схемы не менее 3 Сн (Тн — установленное время нарастания канала), то есть не менее 1,5 не (0,5 не при широкой полосе), а длительность импульса более 10-й, то есть более 5,0 мс.

Инструкция по измерению параметров любого четырехполюсника. Схема подключения для этого случая имеет вид, представленный в руководстве по эксплуатации, поскольку минимальное время установления прибора не превышает 0,5 мс, гарантируемая погрешность временных измерений соответствует длительности фронта и спада исследуемых импульсов 1,5 мс. Погрешность амплитудных измерений при этом может гарантироваться при длительностях импульсов от 5,0 не и более.

Исследование СВЧ импульсных колебаний и сигналов с большой скважностью. Схема подключения при исследовании СВЧ импульсных колебаний с малой скважностью приведена в инструкции Синхронизация осциллографа осуществляется либо непосредственно исследуемым сигналом, либо через СВЧ синхронизатор Я4С-20А, если частота повторения исследуемых сигналов превышает 300 МГц. На вход синхронизации сигнал ответвляется с помощью тройникового согласованного разветвителя. На экране наблюдается изображение исследуемого колебания.

Возможно измерение следующих параметров: длительности импульсов, периода повторения, длительности фронта и спада импульсов, амплитуда импульсов, амплитуда импульсов с выбросом и т.п. Следует учесть уменьшение амплитуды за счет разветвителя. При исследовании источников сигналов с большой скважностью, не имеющих выхода опережающих импульсов, для детального изучения формы сигнала необходимо включение в тракт сигнала линий задержки, заложенной в прибор. Схема подключения имеет вид, представленный в мануал на русском языке. Однако следует иметь, в виду, что собственное время нарастания осциллографа при наличии линии задержки увеличивается. Это особенно существенно, когда в приборе используется «широкая» полоса. Поэтому в тракт сигнала необходимо включать корректор переходной характеристики кабеля. Место включения особого значения не имеет. Можно включать его или до линии задержки или после нее. Коэффициент передачи линии передачи по амплитуде при использовании корректора уменьшается в 2 раза.

Изучение синхронно связанных колебании. При наличии синхронно связанных колебаний возможно изучение параметров каждого колебания и соотношения между ними. Примерная схема подключения для случая малой скважности сигналов показана на рисунках в инструкции. Осциллограф находится в режиме двухканальной работы. На экране наблюдаются одновременно изображение первого и второго источников. На экране ЭЛТ, кроме указанных выше параметров каждого колебания, возможны измерения временных соотношений между сигналами (сдвиг фаз, запаздывание и т.п.) Следует особо подчеркнуть, что если источником II исследуемых сигналов является делительное устройство типа пересчетной декады, то синхронизировать осциллограф следует обязательно с выхода декады. При постановке блока 12ПС-1 в режим функциональной работы на экране осциллографа наблюдаются фигуры Лиссажу, по которым возможно измерение соотношения между частотами исследуемых колебаний, а также при наличии точного фазовращателя измерение сдвига фаз между колебаниями в диапазоне частот до 300 МГц или с использованием СВЧ синхронизатора Я4С-20А до 1-1,5 ГГп.

Осциллограф можно использовать при отборе быстродействующих диодов с накоплением заряда (ДНЗ) по основным параметрам. Схема подключения приведена на изображениях в руководстве по эксплуатации. В схеме используется генератор импульсов наносекундной длительности (например, типа Г5-П или Г5-43 и т.д.), формирующее устройство на испытуемом диоде, источник постоянного тока, аттенюатор. На экране осциллографа наблюдается изображение переходного процесса в диоде после переключения его из открытого состояния в закрытое. Отчетливо видны первая фаза восстановления обратного сопротивления рассасывание накопленного заряда и вторая фага резкий спад тока.

Схема подключения измерения времени. На экране осциллографа можно измерить: длительность первой фазы при различных значениях прямого тока через диод и разных амплитудах запирающего импульса, длительность спада тока на разных уровнях в различных режимах. Возможен отбор с минимальным значением параметра, если величина не менее 0,2-0,3 мс. В этом случае хотя абсолютная погрешность измерения длительности спада тока может достигать значительной величины, однако относительное изменение длительности спада тока у разных диодов заметно на экране осциллографа. С помощью прибора возможно также определить степень ослабления импульса при формировании, величину «пьедестала» (полочки) и другие параметры.

Инструкция по выделению сигнала из шума. Стробоскопический осциллограф в режиме накопления можно эффективно использовать для выделения сигнала из аддитивных нормально распределенных шумов. Известно, что при кратном считывании данной точки сигнала в шумах и при последующем усреднении отсчетов получается выигрыш в отношении сигнал/шум в несколько раз. Если, например, каждую точку сигнала считывать 1000 раз, то легко достигнуть уменьшения уровня шума на экране по сравнению с шумом на входе в 33 раза. Схеме подключения в этом случае показана на рисунке в инструкции. От специального запускающего генератора включается исследуемое устройство и синхронизируется стробоскопический осциллограф. На выходе устройства действует некоторый сигнал, скрытый в шумах. Блок развертки в режиме записи на самописец или в режиме ручной развертки при настройке. Прибор в режиме двухканальной работы. Аналоговый сигнал основного канала, снимаемый с выходных разъемов, предназначенных для подключения самописца через RC-цепочку, подается на вход вспомогательного канала.

Схема подключения для исследования. На экране можно наблюдать одновременно сигнал в шумах (I канал) и сигнал, «очищенный» от шумов (II канал). Для удобства изучения к выходу аналогового сигнала II канала целесообразно подключить самописец. Если движение луча по экрану занимает одну минуту, то постоянная времени интегрирующей цепи должна быть порядка 0,1 с.

Инструкция по исследованию однородности СБЧ трактов. Применение прибора при исследовании однородности СВЧ особенно эффективно при использовании лупы времени. На экране осциллографа можно одновременно наблюдать картину распределения неоднородности в целом и распределение и величину на отдельных участках тракта. При этом могут рассматриваться участки тракта с электрической длиной I не на расстояниях до 0,1мкс при расчете расстояний-до места отражения следует иметь в виду, что положение импульса отражения на временной оси соответствует двойному пробегу импульса по линии передачи.

Примерная схема подключения приведена в инструкции на русском языке. Для запуска генератора зондирующих импульсов используется выход импульса синхронизации прибора. Наличие сквозного входного устройства особенно полезно в данном применении, так как позволяет в 2 раза повысить чувствительность. Блок развертки I2PC-I в режиме автоколебаний или в режиме запуска от любого генератора. На установке, собранной по схеме, можно измерять расстояние до любой не однородности. Переключая режим осциллографа таким образом, чтобы в увеличенном масштабе времени рассмотреть интересующий участок, можно измерить все параметры импульса соответствующего отражения от данной неоднородности (длительность, фронт, спад, амплитуда) и, следовательно, определить характер и величину неоднородности. Поскольку собственное время установления преобразователя 12ПС-1 составляет 0,5 мс, для исследования трактов целесообразно использовать импульсы длительностью порядка 0,2 мс или перепады напряжения соответствующей длительности например, генератор перепада Я4-С-2СА. При этом в тракте с малой дисперсией возможно обеспечить временное разрешение двух соседних неоднородностей (одинаковой величины) порядка 0,2-0,3 не (3-6 см в тракте передач-с воздушным заполнением). Величина фиксируемого отражения может составлять десятки милливольт, что соответствует коэффициенту отражения порядка 0,01-0,05.

Инструкция по исследованию огибающей радиоимпульсов. Как указывалось, прибор может быть использован при наблюдении формы огибающей радиоимпульсов с частотой заполнения до 1-1,5 ГГц. Примерная схема подключения в этом случае приведено в руководстве пользователя, а осциллограмма напряжения на экране ЗЛТ приведена на рис.14-. Блок развертки I2PC-I ставится в режим ручной развертки или задней. Синхронизация осуществляется либо импульсом запуска генератора радиоимпульсов (при большой скважности), либо опережающим импульсом синхронизации (при малой скважности). При применении подобной блок-схемы включения прибора возможно наблюдение и изучение структуры заполнения радиоимпульсов или их части как при ЧМ модуляции внутри радиоимпульса, так при ее отсутствии. Однако начальная фаза колебаний внутри импульса в этом случае должна быть одна и та же (в полосе частот до 700 МГц). Все перечисленные примеры применения прибора относятся к СВЧ технике, то есть при работе на наносекундных развертках прибора. Эти примеры далеко не исчерпывают всех возможных применений осциллографа в этой области. На развертках микросекундной и миллисекундной длительности прибор может использоваться как обычный (не стробоскопический осциллограф).

2.14 Измерение частоты осциллографом

2.15 Измерение временных интервалов

2.16 Измерение сдвига по фазе осциллографом

Измерение фазового сдвига с помощью осциллографа

Фазовый сдвиг можно измерить непосредственно по осциллограммам

исследуемых напряжений, наблюдая их одновременно на экране осциллогра-

фа

Очевидно, что где a – расстояние в делениях меж-

ду пересечениями осциллограммами нулевой линии; b – длительность перио-

да, выраженная в делениях шкалы. Для этих измерений используют осцилло-

граф с двухлучевой электронной трубкой или со встроенным электронным

коммутатором.

При измерении фазового сдвига способом эллипса одно из исследуемых

напряжений подают на вход Y, а другое – на вход Х осциллографа. Осцилло-

граф работает в ХY-режиме (генератор линейной развертки отключен). При

этом луч на экране описывает эллипс (рис. 3.2). Фазовый сдвиг определяют

по формуле

где l , h – отрезки, отсекаемые эллипсом по осям Х и Y; L, H – максимальные

отклонения по осям Х и Y.

Измерение фазового сдвига нулевым (компенсационным) способом по-

ясняет рис. 3.3. С помощью предварительно отградуированного фазовраща-

теля ( ) var ф = ϕ к фазе напряжения 2 u добавляют фазовый угол ф ϕ , такой,

чтобы

Рис. 3.3. Компенсационный способ измерения фазового сдвига

фазовый сдвиг между напряжениями 1 u и 2 u′ на входах индикатора равен-

ства фаз (нуль-индикатор) был равен 0. При этом измеряемый фазовый сдвиг

равен фазовому сдвигу, вносимому фазовращателем: . В качестве

нуль-индикатора в данной работе используется осциллограф в ХY – режиме.

Равенству фаз напряжений u и u′ соответствует момент стягивания эл-

липса в прямую линию.

2.17 Способы измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока

Значение активной мощности в однофазной цепи переменного тока определяют по формуле P = UI cos фи, где U — напряжение приемника, В, I — ток приемника, А, фи — фазовый сдвиг между напряжением и током.

Из формулы видно, что мощность в цепи переменного тока можно определить косвенным путем, если включить три прибора: амперметр, вольтметр и фазометр. Однако в этом случае нельзя рассчитывать на большую точность измерения, так как погрешность измерения мощности будет зависеть не только от суммы погрешностей всех трех приборов, но и от погрешности метода измерения, вызванной способом включения амперметра и вольтметра. Поэтому данный метод можно применять только в случае, когда не требуется большая точность измерений.

Если активную мощность нужно измерить точно, то лучше всего применить ваттметры электродинамической системы или электронные ваттметры. При грубых измерениях могут быть использованы ферродинамические ваттметры.

Если напряжение в цепи меньше предела измерений ваттметра по напряжению, ток нагрузки меньше допустимого тока измерительного прибора, то схема включения ваттметра в цепь переменного тока аналогична cхеме включения ваттметра в цепь постоянного тока. То есть токовую катушку включают последовательно с нагрузкой, а обмотку напряжения — параллельно нагрузке.

При подключении электродинамических ваттметров следует учитывать, что они полярны не только в цепи постоянного, но и в цепи переменного тока. Чтобы обеспечить правильное (в сторону шкалы) отклонение стрелки прибора от нуля, начала обмоток на панели прибора обозначены точкой или звездочкой. Зажимы, по меченные таким образом, называют генераторными, так как именно их подключают к источнику энергии.

Неподвижную катушку ваттметра можно включать последовательно с нагрузкой только при токах нагрузки 10 — 20 А. Если ток нагрузки больше, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока.

Для измерения мощности в цепи переменного тока с низким коэффициентом мощности следует применять специальные низкокосинусные ваттметры. На их шкале указано, для каких значений cos фи они предназначены.

Когда cos фи<1, то для исключения перегрузки электродинамического ваттметра нужно включать контрольные амперметр и вольтметр. Например, ваттметр с номинальным током Iи=5 А может показать полное отклонение при токе I = 5 А и cos фи =1 и при токе I =6,25 Аиcos фи =1 (так кaк I = Iн / cos фи). Во втором случае ваттметр будет перегружен.

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I1и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I1и/ I2и = 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока:

P = Pw х Kн1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

При измерении мощности в трехфазных цепях двумя ваттметрами есть возможность не только сэкономить один ваттметр, но и по их показаниям судить ориентировочно о значении коэффициента мощности трехфазного электроприемника.

Например, если нагрузка в фазах активная и симметричная то показания обоих ваттметров будут одинаковы. Это видно из векторной диаграммы (рис. 1, в).

Токи совпадают по направлению с фазными напряжениями (приемник соединен звездой): ток IА с напряжением UА, а ток IВ с напряжением UB, так как нагрузка активная. Угол ψ1 между UAC и IА равен 30о, и угол ψ2 между UBC и IB также равен 30о.

Рис. 1. Схема включения двух ваттметров в трехпроводную сеть (а, б) и векторные диаграммы напряжений и токов при cos ф=1 (в) и cos ф=0,5 (г).

Значения мощности, измеряемые ваттметрами, определяются одинаковыми выражениями:

Рw1 = UACIАcosψ1= UлIл cos30°,

Pw1 = UBCIBcosψ2 = UлIл cos30°

Если нагрузка носит активно-индуктивный характер и косинус фи равен 0,5, то есть угол φ = 60°, то угол ψ1= 30°, а угол ψ2 = 90° (рис. 1, г).

Показания ваттметров будут следующими:

Рw1 = UлIл cos30°

Pw1 = UлIл cos90°

Если показания одного из ваттметров становятся равными нулю, это значит, что косинус фи уменьшился до 0,5.

Из диаграммы также видно, что если косинус фи в сети станет меньше 0,5, то есть угол φ будет больше 60° , то угол ψ2 станет больше 90°, а это приведет к тому, что показания второго ваттметра станут отрицательными, стрелка прибора начнет отклоняться в другую сторону (обычно в современных ваттметрах предусмотрен переключатель направления тока в подвижной катушке). Общая мощность в этом случае равна разности показаний ваттметров.

Если нагрузка симметрична, то по показаниям двух ваттметров можно точно вычислить значение cos φ по формуле

cos φ = P/S = P/(√P2 + Q2),

где P = Рw1 + Рw2 — активная мощность трехфазного электроприемника, Вт, Q = √3(Рw1 + Рw2) — реактивная мощность трехфазного электроприемника. Последнее выражение показывает, что если разность показаний двух ваттметров умножить на √3, получится значение реактивной мощности трехфазного электроприемника.

7 типичных ошибок при использовании осциллографических пробников

Введение

Для повышения качества измерений очень важно понимать, на что следует обращать внимание при использовании осциллографических пробников.

Если бы мы жили в идеальном мире, все пробники представляли бы собой не влияющие на сигнал проводники, подключаемые к схеме и имеющие бесконечное входное сопротивление с нулевой емкостью и нулевой индуктивностью. Они в точности воспроизводили бы измеряемый сигнал. Однако на практике все пробники создают нагрузку на измеряемую цепь. Резистивные, емкостные и индуктивные компоненты пробника могут изменять оклик испытуемой цепи.

Цепи бывают разные, и наборы их электрических характеристик различаются. Поэтому при любых испытаниях устройств с помощью пробников требуется учитывать параметры самих пробников и выбирать тот, который окажет минимальное влияние на результаты измерения. Сюда входят все компоненты — от входного разъема осциллографа и кабеля до точки подключения пробника к испытуемому устройству, включая все принадлежности, дополнительные кабели и паяные соединения для обеспечения контакта с точкой измерения.

В этой публикации мы предлагаем ознакомиться с типичными ошибками при проведении испытаний и практическими рекомендациями, позволяющими повысить точность результатов измерений.

Электрические характеристики пробника влияют как на результаты измерений, так и на работу разрабатываемой схемы. Чтобы получить достоверные результаты измерений, необходимо свести это влияние к допустимому минимуму.

Ошибка 1. Невыполнение калибровки пробника

Перед отправкой пробников заказчикам выполняется их общая калибровка, однако такие пробники не откалиброваны для использования в качестве входных устройств конкретного осциллографа. Если не откалибровать их для работы на входе конкретного осциллографа, результаты измерений будут неточными.

Активные пробники

Если не откалибровать активные пробники для конкретного осциллографа, то возникнут расхождения в результатах измерения напряжения по вертикали и временных параметров нарастающих фронтов (а также, возможно, определенные искажения). Большинство осциллографов оснащается выходом опорного сигнала или вспомогательными выходами, для которых прилагаются инструкции по их использованию при калибровке пробников.

На рис. 1 представлен сигнал с частотой 50 МГц, подаваемый на первый входной канал (желтая осциллограмма) осциллографа через кабель SMA и переход. Зеленая осциллограмма — это тот же сигнал, подаваемый через активный пробник на второй входной канал. Заметьте, что пиковое значение сигнала на первом входном канале составляет 1,04 В_{пик-пик}, тогда как это же значение для сигнала на втором канале — 965 мВ. Кроме того, сдвиг по фазе между первым и вторым каналами составляет такую значительную величину, как 3 мс. Соответственно, значения времени нарастания совершенно не совпадают.

Рис. 1. Сигнал на выходе генератора и сигнал, полученный с помощью пробника

После калибровки этого пробника результаты значительно улучшатся. На рис. 2 представлены результаты после правильной калибровки по амплитуде и времени. Теперь отображается правильное значение амплитуды — 972 мВ_{пик-пик}, а сдвиг по фазе скорректирован таким образом, что значения времени нарастания совпадают.

Рис. 2. Результаты после калибровки по амплитуде и времени

Чтобы получить наиболее точное представление об исследуемом сигнале, откалибруйте измерительные пробники для работы совместно с осциллографом.

Пассивные пробники

Можно отрегулировать подстроечный конденсатор пробника для компенсации в точном соответствии с входными параметрами используемого осциллографа. Большинство осциллографов оснащается выходом прямоугольного сигнала для калибровки и использования в качестве опорного сигнала. Подключите пассивный пробник к этому выходу и убедитесь, что сигнал имеет прямоугольную форму. При необходимости отрегулируйте подстроечный конденсатор пробника, чтобы устранить любые отрицательные и положительные выбросы перед фронтом сигнала.

Совет. У осциллографа может иметься функция регулировки компенсации пробника. В противном случае это можно выполнить вручную.

Ошибка 2. Увеличение нагрузки пробника

При подключении пробника к осциллографу и испытуемому устройству пробник становится неотъемлемой частью цепи. Создаваемая пробником резистивная, емкостная и индуктивная нагрузка влияет на сигнал, отображаемый на экране вашего измерительного прибора. В результате такой нагрузки могут измениться рабочие характеристики испытуемой цепи. Понимание вопросов влияния этой нагрузки поможет избежать ошибок, связанных с неправильным выбором пробников для определенных цепей и систем. У пробников имеется резистивная, емкостная и индуктивная составляющие нагрузки, как показано на рис. 3.

Рис 3. Стандартная электрическая схема пробника

Для подключения к труднодоступной точке могут потребоваться дополнительные длинные провода и кабели. Однако добавление принадлежностей или наконечников пробников может сузить полосу пропускания, повысить нагрузку и вызвать нелинейность амплитудно-частотной характеристики.

Как правило, увеличение длины входных кабелей и проводов до наконечника пробника приводит к пропорциональному сужению полосы пропускания. Это может не оказывать заметного влияния на результаты измерений при узкой полосе пропускания, однако при выборе наконечников пробников и принадлежностей для измерений с широкой полосой пропускания, особенно на частотах выше 1 ГГц, следует быть внимательным. При сужении полосы пропускания пробника теряется возможность измерения параметров сигналов с малым временем нарастания. На рис. 4 показано, как с увеличением длины принадлежностей ухудшаются показатели времени нарастания сигнала, отображаемого на экране осциллографа. Для достижения максимальной точности результатов измерений предпочтительно использовать кабели минимальной длины.

Рис. 4. Влияние соединительных проводников пробника различной длины

Используйте кабели минимально возможной длины для сохранения полосы пропускания и точности результатов измерений.

Также обязательно следует использовать провода заземления минимальной длины, поскольку с увеличением их протяженности возрастает добавляемая ими индуктивность. Использование проводов заземления минимальной длины и выбор точки их подключения максимально близко к точке заземления системы позволит обеспечить точность и повторяемость результатов измерений.

Совет. Если вам абсолютно необходимо использовать дополнительный проводник от наконечника пробника для подключения к труднодоступным точкам, подключите к наконечнику дополнительный резистор для демпфирования резонансных явлений, вызванных данным проводником. Хотя это и не поможет избежать сужения полосы пропускания, вызванного дополнительными длинными соединительными кабелями, амплитудночастотная характеристика будет более плоской. Для определения нужного номинала резистора проанализируйте с помощью осциллографа заранее известный сигнал прямоугольной формы, например опорный сигнал на выходе устройства. При правильном выборе номинала резистора будет отображаться неискаженный прямоугольный сигнал (за исключением возможного сужения полосы пропускания). При наличии в сигнале переходного процесса в виде затухающих колебаний увеличьте номинал резистора. Для несимметричных пробников требуется только один резистор на наконечнике пробника. Для дифференциальных пробников требуется два резистора — по одному на каждый провод.

Используйте резистор для демпфирования импульсных искажений, вызванных протяженными кабелями пробника.

Рис. 5. Добавление резистора к наконечнику пробника может сократить резонансные явления, вызванные длинными кабелями, переходные процессы в виде затухающих колебаний и выбросы на фронте импульса. Однако это не может предотвратить сужение полосы пропускания из-за дополнительной длины кабелей.

Ошибка 3. Неполное использование возможностей дифференциальных пробников

Многие считают, что дифференциальные пробники предназначены исключительно для анализа дифференциальных сигналов. На самом деле дифференциальные пробники также позволяют анализировать несимметричные сигналы. Это позволяет ускорить проведение испытаний, сократить затраты и повысить точность результатов измерений. Максимально используйте преимущества дифференциального пробника и добейтесь наивысшей достоверности результатов измерений.

Дифференциальные пробники позволяют выполнять те же измерения, что и несимметричные пробники. Однако подавление синфазных сигналов на обоих входах дифференциального пробника способствует значительному снижению уровня шума при измерениях. Это дает более точное представление сигналов испытуемого устройства (ИУ) и не введет вас в заблуждение случайным шумом, добавляемым аксессуаром.

На рис. 6 (на следующей странице) представлен сигнал, полученный с помощью несимметричного пробника (синяя осциллограмма), а на рис. 7 — сигнал, полученный с помощью дифференциального пробника. На синей осциллограмме, полученной с помощью несимметричного пробника, заметен гораздо более высокий уровень шумов по сравнению с красной осциллограммой, соответствующей результату анализа сигнала с помощью дифференциального пробника. Это вызвано слабым подавлением синфазных помех при использовании несимметричного пробника.

Дифференциальные пробники позволяют выполнять те же измерения, что и несимметричные пробники, но с гораздо меньшим уровнем шума благодаря подавлению синфазных помех.

Рис. 6. Измерение с помощью несимметричного пробника

Рис. 7. Измерение с помощью дифференциального пробника

Ошибка 4. Неправильный выбор токового пробника

При измерениях больших и малых токов требуется проанализировать различные особенности сигнала. Для этого необходимо определить, какой именно токовый пробник требуется для конкретного случая, и учитывать возможные последствия выбора неправильного пробника.

Сильноточные измерения

Для сильноточных измерений (от 10 до 3000 А) использовать токовый пробник, обхватывающий проводник, следует только в тех случаях, когда испытуемое устройство имеет достаточно малые размеры для оригинального зажима пробника. Инженерам, применяющим пробники такого типа, приходится проявлять изобретательность и использовать дополнительные кабели к пробнику, чтобы измерить параметры сигналов устройств, не умещающихся в наконечнике. Однако это может привести к изменениям результатов измерений параметров ИУ. Гораздо предпочтительнее будет выбрать подходящие инструменты для работы.

Рис. 8. Наконечник пробника типа пояса Роговского, установленный на компонент устройства

Наилучшее решение — использование пробника для сильноточных измерений с гибкой петлей головки. Эту гибкую петлю можно изогнуть вокруг любого устройства. Такой тип пробников называется поясом Роговского. Он позволяет анализировать устройства без добавления компонентов с не известными заранее характеристиками, поддерживая высокий уровень целостности сигналов при измерениях. Кроме того, он позволяет измерять большие токи в диапазоне от единиц миллиампер до сотен тысяч ампер. Но необходимо убедиться в том, что измеряется только переменный ток, постоянные составляющие которого отсечены. Такие пробники также обладают более низкой чувствительностью по сравнению с некоторыми другими токовыми пробниками. Обычно это не представляет проблему при сильноточных измерениях. При слаботочных измерениях более важными аспектами становятся чувствительность и анализ постоянных составляющих. Учтите, что способы, используемые при измерениях одного типа, могут не действовать при измерениях другого типа.

Используйте высокоточные пробники, подходящие для измерений параметров ИУ.

Слаботочные измерения

При измерениях тока в устройствах с питанием от батареи динамический диапазон может значительно различаться. Когда устройство с питанием от батарей работает в режиме ожидания или выполнения фоновых задач, пиковые значения тока могут быть незначительными. Если устройство переключается в более активный режим работы, пиковые значения тока могут значительно возрастать. При использовании вертикальной шкалы осциллографа с большим шагом можно измерять сигналы большой амплитуды. Однако при этом на фоне шумов будут утеряны сигналы с небольшим уровнем тока. С другой стороны, при использовании мелкой вертикальной шкалы сильные сигналы будут ограничиваться, и результаты измерения будут искажены и недостоверны.

Выберите токовый пробник, который не только способен измерять сигналы в диапазоне от единиц микроампер до нескольких ампер, но и с несколькими усилителями с регулируемым коэффициентом усиления для анализа как мощных, так и слабых отклонений тока. Два встроенных в пробник усилителя с регулируемым коэффициентом усиления позволяют увеличивать масштаб для анализа малых отклонений тока и уменьшать его для анализа мощных выбросов тока (см. рис. 9).

Рис. 9. Токовые пробники с двумя усилителями с настраиваемым коэффициентом усиления позволяют одновременно анализировать как большие, так и малые токи. В этом примере представлены высокочувствительные токовые пробники Keysight N2820A/21A.

Используйте слаботочный токовый пробник с достаточной чувствительностью и динамическим диапазоном для всестороннего детального анализа сигнала.

Ошибка 5. Ошибки со смещением по постоянному току при измерениях пульсаций и уровня шума

Пульсации и помехи источников питания постоянного тока состоят из слабых составляющих переменного тока на фоне относительно мощного сигнала постоянного тока. При высоком уровне смещения по постоянному току может потребоваться использование настройки масштаба осциллографа с большим шагом по напряжению, чтобы анализируемый сигнал уместился в видимой области экрана. При этом уменьшается чувствительность измерений и возрастают шумы относительно амплитуды переменных составляющих сигнала. Это означает, что вы не сможете получить точное представление обо всех переменных составляющих сигнала.

Если для решения этой проблемы воспользоваться конденсатором, блокирующим постоянную составляющую сигнала, то неминуемо окажутся отсеченными определенные низкочастотные составляющие, что воспрепятствует анализу реального сигнала устройства со всеми его составляющими.

Для центрирования изображения сигнала на экране прибора без применения конденсатора, блокирующего постоянную составляющую сигнала, воспользуйтесь пробником шин питания с достаточным запасом по смещению для постоянной составляющей. Это позволит уместить на экране всю осциллограмму сигнала при сохранении небольших вертикальных настроек и увеличенного масштаба. Такие настройки позволяют детально анализировать переходные процессы, пульсации и помехи.

Использование пробника шин питания с большим запасом по смещению для постоянной составляющей позволяет детально анализировать переходные процессы, пульсации и помехи без отсечения постоянной составляющей сигналов.

Ошибка 6. Неизвестные ограничения по полосе пропускания

Выбор пробника с соответствующей полосой пропускания критически важен для выполнения измерений. При неправильно подобранной полосе пропускания возникают искажения сигнала, затрудняющие проведение испытаний и отладку устройств.

Согласно широко принятой формуле для определения полосы пропускания, произведение ее значения и значения времени нарастания фронта от уровня 10 % до уровня 90 % должно составлять 0,35.

Полоса пропускания x Время нарастания_фронта = 0,35

Важно заметить, что также необходимо учитывать полосу пропускания всей используемой системы. Для определения общей полосы пропускания всей системы следует принимать во внимание как полосу пропускания пробника, так и полосу пропускания осциллографа. Ниже представлена формула для расчета полосы пропускания системы.

Допустим, полоса пропускания и осциллографа, и пробника составляет 500 МГц. Значение полосы пропускания системы, полученное с помощью приведенной выше формулы, составит лишь 353 МГц. Можно заметить, что полоса пропускания системы значительно уже по сравнению с двумя отдельными значениями полосы пропускания пробника и осциллографа.

Теперь представим, что полоса пропускания пробника составляет всего 300 МГц, а осциллографа — по-прежнему 500 МГц. В этом случае, согласно приведенной выше формуле, полоса пропускания системы будет еще более узкой и составит 257 МГц.

Пробник и осциллограф образуют единую систему и совместно оказывают более заметное совместное влияние на полосу пропускания, чем по отдельности.

Ошибка 7. Влияние скрытых шумов

Шумы испытуемого устройства могут усиливаться собственными шумами пробника и осциллографа. При выборе соответствующего пробника с правильным коэффициентом ослабления для конкретного применения можно снизить шумы, добавляемые пробником и осциллографом. В результате представление сигнала от испытуемого устройства будет более четким.

Простой способ оценить шумы пробника — проверить значения коэффициента ослабления и уровня шумов пробника, указанные в его техническом описании или руководстве по эксплуатации.

Многие производители пробников при указании значения их шумов используют показатель эквивалентного входного шума (equivalent input noise, EIN), который измеряется в единицах среднеквадратического напряжения. Более высокие значения коэффициента ослабления позволяют измерять сигналы большей амплитуды, однако при этом цифровой осциллограф усиливает слабые сигналы вместе с шумами. Для иллюстрации этого эффекта на рис. 10 представлен завышенный уровень шумов при использовании пробника с коэффициентом ослабления 10:1 (зеленая осциллограмма).

Рис 10. Синусоидальный сигнал с уровнем 50 мВ_{пик-пик}, измеренный с помощью пробников с коэффициентом ослабления 1:1 и 10:1

Заключение

Все электрические цепи и условия измерений отличаются друг от друга. Один пробник для осциллографа в определенных условиях может работать, а другой — нет. При определенных обстоятельствах могут потребоваться дополнительные принадлежности. В других случаях необходимо обеспечить непосредственное соединение минимальной длины с испытуемым устройством. Некоторые подходы оказывают меньшее влияние на результаты испытаний, чем другие. Важно понимать, какие именно средства и методы позволят обеспечить максимально точные результаты в каждом конкретном случае.

Надеемся, что описание приведенных выше типичных ошибок, совершаемых инженерами при работе с пробниками, поможет выбрать оптимальные средства измерений для решения ваших задач.

Непосредственное измерение — напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Непосредственное измерение — напряжение

Cтраница 3

Из принципа действия электронно-лучевой трубки следует, что осциллограф является прибором, реагирующим на изменения напряжения. Следовательно, любые электрические или неэлектрические явления, которые можно преобразовать в соответственные изменения напряжения, могут быть исследованы при помощи электронного осциллографа. Осциллограф можно использовать для непосредственного измерения напряжения, а также для определения тока, который может быть вычислен по измеренному падению напряжения на известном сопротивлении.  [31]

Из принципа действия электроннолучевой трубки следует, что осциллограф является прибором, реагирующим на изменения напряжения. Следовательно, любые электрические или — неэлектрические явления, которые можно преобразовать в соответствующие изменения напряжения, могут быть исследованы при помощи осциллографа. Осциллограф можно использовать для непосредственного измерения напряжения, а также для определения тока, который может быть вычислен по измеренному падению напряжения на известном сопротивлении.  [32]

Из принципа действия электроннолучевой трубки следует, что осциллограф является прибором, реагирующим на изменение напряжения. Следовательно, любые физические величины, которые можно преобразовать в соответствующие изменения напряжения, могут быть исследованы с помощью осциллографа. Прибор может быть использован для непосредственного измерения напряжения и косвенного измерения тока по падению напряжения на резисторе с известным сопротивлением.  [33]

На более высоких диапазонах рабочая точка перемещается на линейный участок характеристики. Измеренное значение напряжения в этом случае близко к среднему значению. Если градуировка прибора осуществлялась в среднеквадратичных значениях для синусоидального напряжения, в отсчет вносится погрешность, обусловленная формой кривой напряжения. Входное сопротивление таких приборов очень велико и-они могут быть применены для непосредственного измерения напряжений от милливольт до вольт. Для компенсации постоянной составляющей, при отсутствии входного измеряемого напряжения, в любом типе таких приборов применяются различные компенсационые цепи. Простейшая цепочка такого рода показана пунктиром на фиг. Однако существует большое количество гораздо более сложных схем компенсации. Если сеточное смещение на характеристике меньше величины запирания, в схеме осуществляется двухполупериодное выпрямление. Это происходит при величине смещения, определяемой точкой А. Схема в этом случае работает в режиме класса А. Здесь выпрямляются обе полуволны кривой напряжения и результирующий отсчет является более точным, так как измеряется среднеквадратичное значение двухполупериодного напряжения, а не однополупериодного, что имеет место при работе в классе С.  [34]

Левый вольтметр имеет нуль в середине шкалы. Выбор предела осуществляется переключателем, расположенным слева от измерительного прибора. Переключатель фиксируется лишь в среднем положении — для измерения напряжения до 100 В. При переключении вольтметра на пределы 2 5 В и 0 1 В необходимо переключатель придерживать рукой. Отклонение стрелки влево соответствует отрицательным напряжениям, вправо — положительным. Этот вольтметр может быть использован либо для непосредственного измерения напряжения, либо для компенсационного измерения. В положении тумблера изм — отрицательный вывод измерительного прибора заземляется и измерение производится относительно корпуса машины. Значение напряжения определяют непосредственно по шкале прибора.  [35]

Левый вольтметр имеет нуль в середине шкалы. Выбор предела осуществляется переключателем, расположенным слева от измерительного прибора. Переключатель фиксируется лишь в среднем положении — для измерения напряжения до 100 В. При переключении вольтметра на пределы 2 5 В и 0 1 В необходимо переключатель придерживать рукой. Отклонение стрелки влево соответствует отрицательным напряжениям, вправо — положительным. Этот вольтметр может быть использован либо для непосредственного измерения напряжения, либо для компенсационного измерения. В положении тумблера изм отрицательный вывод измерительного прибора заземляется и измерение производится относительно корпуса машины. В этом случае гнездо — над обозначением VI на наборном поле ( справа от контрольных выходов усилителей) оказывается отключенным От отрицательного полюса вольтметра и остается незадействованным, а измеряемое напряжение следует подводить к гнезду — ( -, Значение напряжения определяют непосредственно по шкале прибора.  [36]

Страницы:      1    2    3

Катодный осциллограф — Справочник химика 21

    Для измерения сопротивления электролитов пользуются мостами переменного тока (рис. 17). Натянутая калиброванная проволока аЬ имеет три контакта — неподвижные а и Ь п подвижный й. К неподвижным контактам присоединены исследуемое сопротивление Ях и магазин сопротивления J м Скользящий контакт соединяется с телефоном Т или другим нуль-инструментом, например с катодным осциллографом или ламповым вольтметром. Второй провод от телефона соединяется с точкой с, лежащей между и Нм- Кроме того, к контактам а и Ь присоединяется генератор переменного тока звуковой частоты ГЗ. [c.56]
    Подобные соображения привели к использованию катодного осциллографа и приемника давления, а также и других оптических индикаторов типа Цейсс-Икон , Сперри и др. [c.611]

    Огромное значение имеет применение люминофоров в различных электронно-лучевых приборах катодных осциллографах, телевизорах и других. Экраны телевизора обычно изготовляют из сульфида цинка. [c.545]

    Г — источник синусоидального напряжения О — катодный осциллограф [c.55]

    Уравнение (37.13) называется уравнением Ильковича для мгновенного тока (т. е. для тока в любой заданный момент времени). Согласно уравнению (37.13) ток на растущую каплю должен возрастать пропорционально /I/. Такая зависимость, действительно, наблюдается, если измерить ток при постоянном потенциале при помощи какого-либо безынерционного прибора, например катодного осциллографа, подключенного к некоторому эталонному сопротивлению в цепи капельного электрода. Как видно из рис. 96 (кривая I), за период жизни кап- [c.180]

    Осциллографическая полярография в широком смысле предполагает сочетание двух элементов измерительной установки ртутного капельного электрода (или электрода в виде висячей ртутной капли) и катодного осциллографа, регистрирующего зависимость тока или потенциала от времени. Если на ячейку накладывается разность потенциалов, изменяющаяся во времени по определенному закону, то определяют зависимость тока от времени. Если же через ячейку пропускается ток, изменяющийся во времени по заданной программе, то при помощи осциллографа регистрируют зависимость потенциала электрода от времени. [c.206]

    Г—генератор синусоидального напряжения Я1, 2—эталонные сопротивления О — катодный осциллограф J — магазины сопротивления и емкости Я — электрохимическая ячейка 1 — рабочий электрод 2 — вспомогательный электрод 3 — электрод сравнения КВ — катодный вольтметр Д — дроссель р — делитель напряжения [c.155]

    Зависимость 1 от I можно зарегистрировать с помощью любого безынерционного прибора, например катодного осциллографа или короткопериодного гальванометра, когда период собственных коле- [c.225]

    В последние годы сконструированы устройства, основанные на принципе фазового детектирования, которые при условии (1.17) автоматически регистрируют емкость двойного слоя С и сопротивление раствора R. При этом средний потенциал исследуемого электрода медленно изменяется во времени по линейному закону и кривые зависимости R и С от Е регистрируются на ленте самописца или на экране катодного осциллографа. Протекание электрохимического процесса характеризуется резким увеличением сопротивления в схеме, изображенной на рис. 1.9. Поэтому по зависимости R от Е можно легко выделить область идеальной поляризуемости, где измеренные значения емкости дают сведения об адсорбции органических веществ на поверхности электрода. [c.24]

    I ваемый катодным осциллографом. [c.168]

    Напряжение с усилителя 4 и передается на пластины, отклоняющие зайчик катодного осциллографа в вертикальном напра-17  [c.259]

    Разность потенциалов между поляризуемым электродом 8 и электродом 9 подают на самописец, перо которого может пройти всю шкалу за одну секунду и лента которого имеет достаточную скорость движения. Если вместо самописца пользоваться катодным осциллографом, то компенсирующий потенциометр 3 не нужен, поскольку луч осциллографа можно установить в любом положении, изменяя напряжение в выходном контуре усилителя, управляющего горизонтальным смещением. [c.260]

    Ступенчатое изменение потенциала исследуемого электрода или тока поляризации обеспечивается с помощью двух источников задающего напряжения. В случае циклических измерений для записи наблюдаемых скачков во времени используют короткопериодный гальванометр, самописец или катодный осциллограф. По абсолютной величине скачки потенциалов между поляризуемым электродом и электродом сравнения первоначально полностью определяются значениями фр и ф,-, затем эта величина поддерживается постоянной. Усилитель постоянного напряжения прямого действия позволяет существенно сократить время скачкообразного изменения потенциала (до 10 с и меньше). [c.55]

    Резкий скачок потенциала обычно достигается при помощи электронного потенциостатического устройства — потенциостата, а для записи по времени используют короткопериодный гальванометр, самописец или катодный осциллограф. Основой измерительной схемы является потенциостат 3 (рис. 71), регулирующий величину тока, протекающего через ячейку (двухэлектродная ячейка подобна полярографической ячейке), так что разность потенциалов между поляризуемым капельным ртутным электродом и электродом сравнения пер- [c.311]

    Для визуального наблюдения спектра турбулентных пульсаций использовался катодный осциллограф ЭО-05. Измерение среднего квадратичного значения пульсаций тока на выходе из усилителя производилось статическим вольтметром. [c.237]

    В ряде работ [25, 26] предложены методы измерения мощности, поглощаемой ЭЛК с помощью катодного осциллографа. В работе [27] описан метод [c.180]

    При прохождении волны сжатия по заряду датчик вовлекается в движение. Э.д.с., наведенная на его концах, записывается на катодном осциллографе. При постоянных Н тз. Ь величина э.д.с. является функцией только скорости движения датчика, которая равна массовой скорости вещества в волне. [c.20]

    Магнитное поле обычно создается электромагнитом. Электромагниты, используемые в ИХФ, имеют напряженность магнитного поля в центре зазора 400—800 э с однородностью 1%. В качестве регистрирующего устройства использовали двухлучевой катодный осциллограф ОК-17 с частотой пропускания по обоим каналам 10 мгц и временем нарастания переходной характеристики [c.20]

    Кратковременные усилия, действующие на образец, удобно регистрировать осциллографическим методом. Схема состоит из емкостного датчика,производящего амплитудную модуляцию тока высокой частоты, усилителя, детектора и катодного осциллографа. Благодаря высокой частоте собственных колебаний датчика (до 100 кГц) достигается неискаженная запись усилий в диапазоне частот от О до 5000—10 000 Гц. Прибор работает следующим образом. Усилие, действующее на образец, вызывает прогиб мембраны датчика, изменение емкости которого преобразуется в изменение электрического напряжения. Полученный электрический сигнал усиливается и производит вертикальное смещение луча на экране трубки осциллографа. Одновременно с подачей тока на катушку I (см. рис. 1.8) включается временная разверстка, которая осуществляет горизонтальное смещение луча осциллографа. На экране трубки осциллографа регистрируется изменение приложенного к образцу усилия во времени. [c.30]

    Измерение температуры образца проводится хромель-копелевой термопарой И. Термо-ЭДС термопары измеряется компенсационным методом на стандартном потенциометре типа ПП. Ошибка измерения температуры не превышает 0,5 °С. В другом варианте температура записывается на электронном автоматическом потенциометре 10 (рис. 1.13) с его помощью она может поддерживаться постоянной с точностью до 1°С. Контроль за синусоидальностью колебаний осуществляется наблюдением формы синусоидальной кривой на экране катодного осциллографа 15 и в отдельных затруднительных случаях по шкале анализатора гармоник. Коэффициент нелинейных искажений (оценка гармонических составляющих основного тока) не превышает 1 %  [c.37]

    Для реализации последней схемы сигнал от датчика колебаний подается на горизонтальные пластины катодного осциллографа, а к вертикальным пластинам подводят синусоидальный сигнал от генератора звуковой частоты, причем частота этого сигнала измеряется с [c.152]

    Для лучшего регулирования /пост и (Уперем с целью получения нужных соотношений полупериодов рекомендуется использовать катодный осциллограф в качестве контрольного прибора для проверки и регулирования силы тока и напряжения. [c.251]

    Измерения проводят при помощи моста для измерения импеданса (см. рис. 80). Источником переменного тока различных частот от 50 до 100 000 Гц служит генератор 7 нуль-инструментом — катодный осциллограф 5 с чувствительностью 3 мВ/см. Емкостная и омическая составляющие компенсируются отдельно при помощи прецизионных магазинов емкостей С с пределом измерений от 0,001 до 15 мкФ и магазина сопротивлений с постоянной индуктивностью и с пределом измерений от 0,01 до 10000 Ом. Индуктивность магазина, равная 10- 2Г, компенсируется катущкой из медного провода, включенной последовательно с измерительной ячейкой 4. Два постоянных плеча моста состоят из прецизионных конденсаторов на 1 мкФ каждый. Для увеличения точности измерений 50-периодную частоту отфильтровывают трансформатором (без сердечника с параллельным включением групп витков). [c.191]

    Потенциометр 3 компенсирует значение фр так, что на входе усилителя до изменения плотности заряда электрода напряжение равно нулю. Снизить время заряжания двойного электрического слоя можно, если потенциометр 3 зашунтировать большой емкостью (Сг— —300 мкф). Значение т] регистрируется с помощью катодного осциллографа. Экстраполяция г)—/-кривых на нулевое время в координатах Igii—/ позволяет определить величину т1(=о и емкость двойного слоя при протекании электрохимической реакции, так как [c.317]

    I — стальная пластина 2 — покрытие 3—стакан — клломельный электрод 5 —платиновый электрод 5 —клемма 7 — катодный вольтметр 5 —генератор переменного тока 5 — усилитель к осциллографу — катодный осциллограф //—крышка стакана /2 — электролитический ключ Ri и Ri —плечи моста —магазин сопротивлений от 0,1 до 10 МОм С4 —магазин емкостей от 0,0001 до III мкФ [c.63]

    Пламя у плоской стенкн фотографировали с разной экспозицией, а температуру потока измеряли на различных расстояниях от стенки при похмощи малоинерционного термометра сопротивления (с толщиной няти 0,005 мм), выходной сигнал которого через ламповый усилитель подавался на экран катодного осциллографа I-1 и фотографировался с него кинокамерой КС-50Б. [c.31]

    Другим типом усилительного устройства была динамическая станция Т-ПМ конструкции и изготовления ЦКТИ. Схема измерения приведена на рис. 4,6, из которого видно, что в этом случае при измерении отпадает потребность в изготовлении датчика с двумя тензометрами. Тензостанция Т-ПМ обычно работала совместно со шлейфным осциллографом Н-102 и двухлучевым катодным осциллографом 2 КО-1 фирмы КРТ или ЭНО-1. [c.270]

    Щель v4i, освещенная ртутной лампой S, питаемой от сети переменного тока, со светофильтром W, выделяющим линию X = 579 нм, проектируется на исследуемую пленку ТТ с помощью фотообъектива L. Здесь — апертурная диафрагма — иодхининовый поляроид — поляроид, приводившийся во вращение вокруг отраженного пучка как оси с частотой около 1 Гц. Модулированный свет падает на фотоэлектронный умножитель, напряжение которого усиливается промежуточным усилителем R и подается на катодный осциллограф О, который служит индикатором наличия или отсутствия модуляции фототока. Ку я — две пластинки XIА. Главные направления пластинки К расположены под углом 45° к плоскости падения, а пластинка К находится в отсчетном лимбе. Две толстые (1 см) пластинки, вырезанные из исландского шпата параллельно оптической оси, служат Dp для деполяризации лучей с целью устранения влияния чувствительности фотокатода к направлению поляризации D ддя устранения когерентности колебаний продольной (II) и поперечной (J ) слагающих луча. При вдвинутом декогеренторе [c.216]

    Г— / С-генератор Z — измерительная ячейка — эталонное сопротивление У —усилитель ФД —фазовый детектор ф-фазоука-затель ЭЯ—электронный переключатель ОЯ —катодный осциллограф вольтметр  [c.242]

    Г —/ С-генератор —нзмернтельная ячейка —эталонное сопротивление У —усилитель ФД —фазовый детектор ф-фазоука-затель ЭП— электронный переключатель ОЯ —катодный осциллограф К—вольтметр  [c.242]

    Датчик представляет собой медный стержень диаметром 1,1 мм с намотанной виток к витку спиралью, выполненной из провода ПЭВКТ диаметром 0,1 мм [20]. Один конец намотки припаивается к медному стержню, а другой вместе со стержнем — к коак-сиальному кабелю. Датчик вместе с частью кабеля помещается в исследуемый заряд (в основном для этого применяются литые заряды или заряды жидкого ВВ). Свободные концы коаксиального кабеля соединяются с катодным осциллографом, регистрирующим изменение сопротивления датчика при прохождении процесса. [c.16]

    Пьезоалектрический метод. Пьезоэлектрическая аппаратура основана на том, что измеряемое давление р посредством пьезоэлектрика преобразуется в пропорциональное по величине электрическое напряжение V. Получаемый сигнал усиливается и затем регистрируется при помощи шлейфного или катодного осциллографов. Измеряемое давление, воздействуя на пьезоэлектрик, вызывает появление на его гранях электрического заряда [c.17]

    Замена капельного электрода на стационарный ртутный позволила Делахею и Берзинсу [46] значительно упростить аппаратуру. Позднее Делахей и Маттакс [54] заменили также катодный осциллограф на самописец. [c.488]

---

Как измерить ток осциллографом

Хотя измерение тока с помощью цифрового мультиметра не является редкостью, для измерения тока, который изменяется со временем, требуется использование осциллографа. Большинство осциллографов напрямую измеряют только напряжение, а не ток, однако вы можете измерить ток с помощью осциллографа, используя один из двух методов.

1. Измерьте падение напряжения на шунтирующем резисторе: В некоторых конструкциях источников питания могут быть встроены шунтирующие резисторы для обратной связи.Один из способов — измерить падение дифференциального напряжения на таком резисторе. Обычно это резисторы небольшого номинала, часто менее 1 Ом.
2. Измерение тока с помощью токового пробника: При использовании в сочетании с возможностями измерения напряжения осциллографа, токовые пробники могут обеспечивать широкий спектр важных измерений мощности, таких как мгновенная мощность, средняя мощность и фаза.

Чтобы ваши текущие измерения были максимально точными, необходимо выбрать и правильно применить наиболее подходящую технику.У каждого из двух вышеперечисленных методов есть свои преимущества и недостатки, которые мы рассмотрим ниже.

Как измерить ток как падение напряжения на шунтирующем резисторе

Если в источник питания постоянного тока встроен резистор считывания тока («шунтирующий» резистор), это наиболее удобный подход.

Измерение падения напряжения на измерительном резисторе с помощью активного дифференциального пробника даст хорошие результаты, , если синфазный сигнал находится в пределах указанного рабочего диапазона пробника и падение напряжения достаточно велико .

Однако использование дифференциального пробника для сигналов низкого уровня требует некоторого внимания к снижению шума в системе измерения.

• Используйте наименьшее доступное затухание пробника и ограничьте полосу пропускания пробника или осциллографа, чтобы уменьшить шум измерительной системы.
• Также имейте в виду, что емкость и сопротивление пробника будут параллельны чувствительному резистору, и, хотя они предназначены для минимизации воздействия на тестируемое устройство, вы должны знать, что они существуют.

Рекомендации по проектированию при измерении тока с помощью шунтирующего резистора

Подключение сенсорного резистора последовательно с нагрузкой требует тщательного проектирования. По мере увеличения значения сопротивления падение напряжения на ампер увеличивается в соответствии с законом Ома, что улучшает качество измерения тока. Однако рассеиваемая мощность в резисторе увеличивается пропорционально квадрату тока, и необходимо учитывать дополнительное падение напряжения. Кроме того, резисторы добавляют цепи индуктивное сопротивление.

И не забывайте, что входная емкость дифференциального пробника появляется параллельно измерительному резистору, образуя RC-фильтр.

Если вы действительно добавляете в схему резистор считывания, попытайтесь добавить его как можно ближе к земле , чтобы минимизировать синфазные сигналы на резисторе, которые измерительная система должна отклонить. И, в отличие от высокопроизводительных токовых пробников, характеристика подавления синфазного сигнала при измерениях дифференциального напряжения имеет тенденцию к падению по частоте, что снижает точность измерений высокочастотного тока с помощью измерительных резисторов.

Как измерить ток токоизмерительным щупом

Ток, протекающий через проводник, вызывает образование поля электромагнитного потока вокруг проводника. Токовые пробники предназначены для определения силы этого поля и преобразования ее в соответствующее напряжение для измерения с помощью осциллографа.

Это позволяет просматривать и анализировать формы сигналов тока с помощью осциллографа. При использовании в сочетании с возможностями осциллографа для измерения напряжения пробники тока также позволяют выполнять широкий спектр измерений мощности.В зависимости от математических возможностей осциллографа, эти измерения могут включать в себя мгновенную мощность, истинную мощность, полную мощность и фазу.

Существует два основных типа токовых пробников для осциллографов:

• Датчики переменного тока
• Пробники постоянного / переменного тока.

Принцип действия трансформатора

Оба типа используют принцип действия трансформатора для измерения переменного тока (AC) в проводнике.

Для работы трансформатора через проводник должен протекать переменный ток.Этот переменный ток вызывает формирование и схлопывание магнитного поля в соответствии с амплитудой и направлением тока. Когда чувствительная катушка помещается в это магнитное поле, изменяющееся магнитное поле индуцирует пропорциональное напряжение на катушке за счет простого действия трансформатора. Этот связанный с током сигнал напряжения затем преобразуется и может отображаться на осциллографе в виде волны с масштабированием по току.

Типы токовых пробников

Простейшие пробники переменного тока представляют собой пассивные устройства, которые представляют собой просто катушку, намотанную в соответствии с точными характеристиками на магнитный сердечник, такой как ферритовый материал.Некоторые из них представляют собой сплошные тороиды и требуют от пользователя прокладки проводника через сердечник. В токовых пробниках с разъемным сердечником используется точно спроектированная механическая система, которая позволяет открывать сердечник и зажимать его вокруг проводника без разрыва цепи при испытании. Пробники тока Splitcore обладают высокой чувствительностью и работают без питания, но являются механически жесткими и обычно имеют небольшую апертуру, что может ограничивать их универсальность.

Пробники переменного тока

, основанные на технологии катушки Роговского, являются альтернативой пробникам с твердым и разъемным сердечником.Катушка Роговского использует воздушный сердечник и является механически гибкой, что позволяет открывать катушку и наматывать ее на провод или вывод компонента. И поскольку сердечник не является магнитным материалом, катушки Роговского не насыщаются магнитным полем при высоких уровнях тока, даже в тысячи ампер. Однако они, как правило, имеют более низкую чувствительность, чем пробники с разъемным сердечником, и для них требуются активные формирователи сигнала для интеграции сигнала с катушки, и, следовательно, требуется источник питания.

Для многих применений преобразования энергии пробник переменного / постоянного тока с разъемным сердечником является наиболее универсальным, точным и простым в использовании решением.В датчиках переменного / постоянного тока используется трансформатор для измерения переменного тока и устройство на эффекте Холла для измерения постоянного тока. Поскольку они включают в себя активную электронику для поддержки датчика Холла, для работы зондов переменного / постоянного тока требуется источник питания. Этот источник питания может быть отдельным источником питания или может быть интегрирован в некоторые осциллографы.

Как осциллограф может измерить ток?

Большинство осциллографов напрямую измеряют только напряжение, а не ток, однако есть несколько способов измерить ток с помощью осциллографа:

1.Измерьте падение напряжения на шунтирующем резисторе — некоторые конструкции блоков питания могут иметь шунтирующие резисторы, встроенные в конструкцию для обратной связи. Один из способов — измерить падение дифференциального напряжения на таком резисторе. Обычно это резисторы небольшого номинала, часто менее 1 Ом.

2. Измерение тока с помощью токового пробника — при использовании в сочетании с возможностями измерения напряжения осциллографа, токовые пробники могут обеспечивать широкий спектр важных измерений мощности, таких как мгновенная мощность, средняя мощность и фаза.

Чтобы ваши текущие измерения были максимально точными, необходимо выбрать и правильно применить наиболее подходящую технику. У каждого из двух вышеперечисленных методов есть свои преимущества и недостатки, которые мы рассмотрим ниже:

Измерение тока как падения напряжения на шунтирующем резисторе

Если в источник питания встроен резистор считывания тока («шунтирующий» резистор), это наиболее удобный подход. Измерение падения напряжения на измерительном резисторе с помощью активного дифференциального пробника даст хорошие результаты, если синфазный сигнал находится в пределах указанного рабочего диапазона пробника, а падение напряжения достаточно велико.

Однако использование дифференциального пробника для сигналов низкого уровня требует некоторого внимания к снижению шума в системе измерения.

• Используйте наименьшее доступное затухание пробника и ограничьте полосу пропускания пробника или осциллографа
  , чтобы уменьшить шум измерительной системы.
• Также имейте в виду, что емкость и сопротивление зонда будут подключены параллельно
  с резистором считывания, и хотя они предназначены для минимизации воздействия
  на тестируемое устройство, вы должны знать, что они существуют.

Установка резистора считывания последовательно с нагрузкой требует тщательного проектирования. Когда значение сопротивления
увеличивается, падение напряжения на ампер увеличивается в соответствии с законом
Ома, таким образом улучшая качество измерения тока. Однако рассеиваемая мощность в резисторе увеличивается пропорционально квадрату тока, и необходимо учитывать дополнительное падение напряжения. Кроме того, резисторы добавляют цепи индуктивное сопротивление.И не забывайте, что входная емкость дифференциального пробника появляется параллельно измерительному резистору, образуя RC-фильтр.

Если вы все же добавляете в схему резистор считывания, постарайтесь добавить его как можно ближе к земле, чтобы минимизировать синфазные сигналы на резисторе, которые измерительная система должна отклонить. И, в отличие от высокопроизводительных токовых пробников, характеристика подавления синфазного сигнала при измерениях дифференциального напряжения имеет тенденцию к падению по частоте, что снижает точность измерений высокочастотного тока с помощью измерительных резисторов.

Измерение тока с помощью токоизмерительного щупа

Ток, протекающий через проводник, вызывает формирование поля электромагнитного потока вокруг проводника
. Токовые пробники предназначены для определения силы этого поля и преобразования ее в соответствующее напряжение
для измерения с помощью осциллографа.

Это позволяет просматривать и анализировать формы сигналов тока с помощью осциллографа. При использовании в
в сочетании с возможностями измерения напряжения осциллографом, токовые пробники
также позволяют выполнять широкий спектр измерений мощности.В зависимости от математических возможностей осциллографа формы сигнала
, эти измерения могут включать в себя мгновенную мощность
, истинную мощность, полную мощность и фазу.

Существует два основных типа токовых пробников для осциллографов:

• Датчики переменного тока
• Датчики постоянного / переменного тока

Оба типа используют принцип действия трансформатора для измерения переменного тока (AC) в проводнике
. Для работы трансформатора через проводник должен протекать переменный ток.

Этот переменный ток заставляет магнитное поле нарастать и коллапсировать в соответствии с амплитудой и направлением тока. Когда чувствительная катушка помещается в это магнитное поле, изменяющееся магнитное поле индуцирует пропорциональное напряжение на катушке за счет простого действия трансформатора. Этот связанный с током сигнал напряжения затем преобразуется и может отображаться на осциллографе в виде масштабированного по току сигнала.

Простейшие датчики переменного тока представляют собой пассивные устройства, которые представляют собой просто катушку, которая
намотана на магнитный сердечник, например, из ферритового материала, в соответствии с точными характеристиками.Некоторые из них представляют собой твердотельные тороиды
и требуют от пользователя прокладки проводника через сердечник. В токовых пробниках с разъемным сердечником используется точно спроектированная механическая система, которая позволяет открывать сердечник и зажимать его вокруг проводника без разрыва тестируемой цепи. Пробники тока с разъемным сердечником обладают высокой чувствительностью и работают без питания, но являются механически жесткими и обычно имеют небольшую апертуру, что может ограничивать их универсальность.

Пробники переменного тока

, основанные на технологии катушки Роговского, являются альтернативой пробникам с твердым сердечником и пробникам с разъемным сердечником
.Катушка Роговского использует воздушный сердечник и является механически гибкой,
позволяет открывать катушку и наматывать ее на провод или вывод компонента. И поскольку сердечник не является магнитным материалом, катушки Роговского не насыщаются магнитным полем при высоких уровнях тока, даже в тысячи ампер. Однако они, как правило, имеют более низкую чувствительность, чем пробники с разъемным сердечником, и для них требуются активные формирователи сигнала для интеграции сигнала с катушки и, следовательно, требуется источник питания.

Для многих применений преобразования энергии пробник переменного / постоянного тока с разъемным сердечником является наиболее универсальным, точным и простым в использовании решением.В датчиках переменного / постоянного тока используется трансформатор для измерения переменного тока и устройство на эффекте Холла для измерения постоянного тока. Поскольку они включают в себя активную электронику для поддержки датчика Холла, для работы зондов переменного / постоянного тока требуется источник питания. Этот источник питания может быть отдельным источником питания или может быть интегрирован в некоторые осциллографы.

Видеообзор того, как измерить ток осциллографом:

Ознакомьтесь с продуктами Tektronix на RS:

Измерение тока с помощью пробника напряжения осциллографа

Осциллограф представляет собой вольтметр с автоматическим выбором диапазона.Но при проверке электрического оборудования часто бывает полезно измерить ток. Текущее измерение может дать более реалистичную картину происходящего. Избыточный ток приводит к сильному повышению температуры, которое может быстро повредить электрическое оборудование и создать опасность.

Действующий закон Кирхгофа дает ценную информацию. Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов, протекающих в проводящей сети, заканчивающейся в любой заданной точке, равна нулю.Это понимание незаменимо при отслеживании сложных цепей. Основной вывод состоит в том, что ток не уходит. Он может приводить в движение такие механизмы, как роторный двигатель, приводить в движение исполнительный механизм или приводить в действие лампочку или динамик. Его можно хранить в химической батарее, конденсаторе или магнитном поле. Но он не исчезает, и, соответственно, его можно отследить и дать значимое понимание. Инженеры выражают потерю электроэнергии как I ² R тепловыделение. Он выходит за пределы вольера, но не перестает существовать.

Для измерения тока с помощью осциллографа обычно используется токовый пробник. Он работает так же, как электротехнический амперметр, где мощные клещи зажимают проводник, в котором должен измеряться ток.

Пару токоизмерительных клещей.

Токоизмерительные клещи могут иметь цифровое или аналоговое считывание. Вкратце, клещи-амперметры основаны на том факте, что магнитное поле образуется, когда ток течет по проводнику. Это магнитное поле индуцирует магнитный поток в губках с низким сопротивлением, создавая напряжение, появляющееся на считывающем устройстве, которое является в высшей степени стабильным.Не имеет значения, отцентрирован ли провод в зажимах точно или он проходит под углом.

Токовый пробник осциллографа работает точно так же. Он меньше, его размер подходит для зажима вокруг небольших проводников, прикрепленных к печатной плате или к дискретным устройствам, которые являются частью исследуемого электронного оборудования.

Однако, поскольку токовый пробник осциллографа продается примерно за 1000 долларов, экономные инженеры могут исследовать идею проведения измерений тока осциллографом с использованием существующего пробника напряжения.Это реальная альтернатива, но она может быть проблематичной.

Если опорный вывод заземления настольного осциллографа касается провода или клеммы, имеющей отношение к потенциалу земли и плавающей выше потенциала земли, произойдет короткое замыкание с низким сопротивлением с искрами и дымом. Это не проблема, когда наконечник зонда касается металла, находящегося под таким напряжением. Под угрозой находится обратный отвод. При выполнении любого из описанных ниже измерений напряжения, целью которого является определение протекания тока, может возникнуть опасная неисправность цепи, поэтому вы должны знать о неправильной конфигурации.

Всю проблему можно легко обойти, используя портативный осциллограф с батарейным питанием. Этот инструмент обычно имеет два или четыре аналоговых входа, которые изолированы от земли, даже когда аккумулятор заряжается от розетки переменного тока. Выводы заземления пробников, подключенных к этим каналам, обычно также изолированы друг от друга, поэтому нет опасности коротких замыканий с низким сопротивлением. Многие пользователи предпочитают портативный прибор по этой причине, а также потому, что его легко перемещать, он дешевле настольного осциллографа премиум-класса и не требует розетки переменного тока на месте.

Измерения напряжения можно использовать для расчета тока, протекающего через устройство или любую часть цепи. Из закона Ома:
E = I x R
Где E = электродвижущая сила в вольтах
I = ток в амперах
R = сопротивление в омах
Решение для I :
I = E / R

Основная идея измерения тока заключается в использовании шунтирующего резистора, включенного последовательно с нагрузкой, в качестве измерительного элемента.Дифференциальный пробник — лучший инструмент для этой работы. Когда этот тип зонда недоступен, можно использовать обычный зонд осциллографа, если осциллограф питается от батареи или иным образом изолирован от потенциальных контуров заземления.

Итак, сначала необходимо знать R . Его можно определить с помощью высокоомного омметра, встроенного в обычный мультиметр. Он не будет загружать обычные цепи или устройства из-за высокого импеданса. Тем не менее, это может не дать истинного представления об интересующем параметре схемы.Большинство мультиметров выдают на щупах около 3 В постоянного тока. Хотя это не повредит обычным цепям или устройствам, оно может не дать реалистичного значения сопротивления в реальных условиях цепи, поскольку сопротивление может изменяться при изменении приложенного напряжения.

Во-вторых, полное сопротивление — в отличие от сопротивления постоянному току — является определяющим параметром при измерении тока. Импеданс состоит из сопротивления в омах, которое векторно добавляется к емкостному и индуктивному реактивным сопротивлениям, которые алгебраически складываются друг с другом.Эти значения зависят от частоты и не будут учитываться в ходе омических измерений с питанием от постоянного тока.

Измерение напряжения может производиться на той части цепи, которую вы хотите отобрать, или на сопротивлении, включенном последовательно с ним, при условии, что цепь не разветвляется между этими нагрузками. Однако необходимо понимать, что включение сопротивления последовательно с элементом схемы будет делить напряжение и уменьшать ток.Если часть, которая должна быть исследована осциллографом, имеет ненулевую емкостную или индуктивную составляющую, и если источник питания переменного тока, будет фазовый сдвиг между напряжением и током. Но это не мешает просматривать осциллограмму.

При доступе к форме волны через ранее существовавшее или вставленное последовательное сопротивление, следует проявлять особую осторожность, чтобы обратный провод не был подключен в точке, где есть напряжение, относящееся к заземлению параллельной цепи помещения или плавающее над ним, для причины объяснены ранее.

Все проблемы с отображением тока с помощью датчика напряжения исчезают при использовании датчика тока. В качестве альтернативы можно избежать опасности замыкания на землю при использовании портативного осциллографа с батарейным питанием, входы которого изолированы друг от друга и от земли. Некоторые пользователи предпочитают настольный осциллограф, потому что он имеет более легко интерпретируемый и подробный дисплей, расширенные функции и возможность большей пропускной способности, большей памяти и потенциально более высокой частоты дискретизации.

Можно подключить выводы пробников осциллографа настольного типа к плавающему месту с привязкой к земле, если используется специальный аксессуар, известный как пара дифференциальных пробников. Два наконечника щупа касаются проводов или клемм с разными потенциалами безотносительно к заземлению. Разница измеряется и отображается на экране осциллографа.

Дифференциальный зонд; отлично, если вы можете себе это позволить.

Целью упражнения, помимо предотвращения опасности замыкания на землю, является максимальное увеличение коэффициента подавления синфазного сигнала.Для этого оба сигнальных тракта должны быть электрически идентичными, насколько это возможно, поэтому провода лучше всего делать короткими. Благодаря достижениям в области миниатюризации стало возможным разместить дифференциальный усилитель в головке пробника, чтобы остальная часть пути прохождения сигнала могла быть подключена обычным кабелем.

Токовый пробник зажимается вокруг проводника и подключается к входу аналогового канала.

Дифференциальные пробники широко использовались бы, если бы не цена. Некоторые модели стоят около 30 000 долларов.Для обслуживания частотно-регулируемого привода (ЧРП) или разработки продукта идеально подойдет набор дифференциальных пробников. Но многие пользователи довольны использованием портативных осциллографов с батарейным питанием. Вместе с токоизмерительными клещами для электрика он ответит на большинство вопросов, касающихся работы частотно-регулируемого привода в полевых условиях и в лаборатории во время разработки продукта.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Хотя осциллографы — это устройства, обычно используемые для измерения напряжения, немногие знают, что вы также можете использовать эти приспособления для измерения тока с помощью осциллографа.

Конечно, первым предпочтительным измерительным инструментом для точных измерений электрического тока будет амперметр, специализированное устройство, которое может дать вам точные показания как для постоянного, так и для переменного тока.

Вы также можете использовать мультиметр.

В этой статье мы собираемся объяснить, как измерить ток с помощью осциллографа.

Есть несколько способов сделать это, и, как вы увидите, всем довольно легко следовать, поэтому вам не нужно быть инженером-электриком, чтобы сделать это.

Теперь, прежде чем мы перейдем к более подробному описанию того, как измерить ток с помощью осциллографа, мы кратко объясним, что такое осциллографы и как работает закон Ома. ( Потому что он понадобится вам для измерения. )

Как измерить ток с помощью осциллографа

Эти устройства, вероятно, являются лучшим вариантом для профессионалов или частных лиц, которым необходимо измерить напряжение, электрический ток и сопротивление определенной электрической цепи или одной или нескольких ее частей.

Тем не менее, если у вас нет этих приспособлений, вы также можете использовать осциллограф, чтобы выяснить, какое значение электрического тока присутствует в цепи. Хотя это не является его основной целью, если вы знаете науку о том, как напряжение, ток и сопротивление взаимодействуют друг с другом, так сказать, вы можете выяснить, каково каждое из этих значений, даже с помощью такого устройства, как осциллограф.

Хотя точность таких показаний может быть не такой высокой, как если бы вы использовали некоторые из более подходящих измерительных инструментов, таких как, например, вышеупомянутый амперметр (, когда речь идет о токе ), вы все равно можете получить показания вы можете работать, особенно если высокая точность не так важна для измерения, которое вы проводите.

Основное назначение осциллографов

Как мы уже говорили выше, осциллограф не предназначен для измерения тока.

Скорее, это измерение напряжения между двумя концами, а затем отображение результатов на экране, чтобы вы могли иметь четкое визуальное представление этих значений.

Точнее, осциллографы измеряют напряжение между двумя точками и регистрируют колебания напряжения в течение определенного периода. Вот почему эти измерительные инструменты имеют большие экраны с своего рода сеткой, на которой вы можете легко физически измерить колебания напряжения.

Итак, при работе с осциллографами важно обращать внимание на длину волны. Это визуальное представление напряжения, о котором мы говорим. Как только эта длина волны отображается на экране, вы также можете получить несколько различных измерений, связанных с напряжением.

Например, посмотрев на эту длину волны и, возможно, выполнив пару уравнений (, хотя для современных осциллографов в этом нет необходимости, поскольку они поставляются со встроенными программами, которые делают это за вас ), вы можете определить частоту, амплитуда, искажение сигнала, время его нарастания, временные интервалы между высоким и низким сигналами и т. д.

Первоначально упомянутая сетка экрана использовалась для того, чтобы оператор мог сравнивать размеры длин волн, чтобы получить необходимые значения с помощью различных уравнений.

Однако в настоящее время, поскольку большинство осциллографов поставляются с интеллектуальными микрочипами с программами, которые выполняют математические вычисления за вас, сетка не нужна, но она все еще существует, чтобы помочь вам визуально, так сказать, понять, что происходит с напряжением.

( Это особенно полезно для того, чтобы узнать, что такое напряжение и как оно ведет себя между двумя разными точками.)

Закон Ома

Представляя основной закон в электронике, закон Ома определяет, как основные значения тока, напряжения и сопротивления взаимодействуют в цепи.

Не будет преуменьшением сказать, что все остальные законы электроники, а также различные сложные уравнения, включающие другие компоненты (, такие как конденсаторы, транзисторы, диоды и многие другие ), основаны на законе Ома. .

По сути, закон Ома представляет собой довольно простое уравнение — В = IR

В — напряжение

R — сопротивление

I — ток

Из этого уравнения мы можем увидеть, что имел в виду Ом, когда заявил, что: « Для любой цепи электрический ток I прямо пропорционален напряжению В и обратно пропорционален сопротивлению R . ’

Причина, по которой мы упоминаем здесь закон Ома, заключается в том, что, хотя осциллографы не измеряют ток напрямую, их можно использовать для его косвенного измерения, так сказать.

Поскольку это уравнение имеет три разных значения, если вы можете вычислить два из трех значений, вы также можете узнать, что такое третье, применив уравнение V = IR.

Итак, например, вот как это работает на практике:

Если вы знаете, что V = 10 В и что R = 100 Ом, вы можете перевернуть уравнение сверху на I = V / R и получить результат:

I = 10 В / 100 Ом = 0.1А или 100мА ( миллиампер )

Это уравнение, которое вы будете использовать для вычисления значения тока, когда будете получать показания напряжения и сопротивления с осциллографа.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Как это работает?

Шунтирующие резисторы

— это особый тип резистора, предназначенный для измерения электрического тока путем сравнения падения напряжения, возникающего из-за тока, протекающего через сам резистор.

Итак, мы знаем значение сопротивления, потому что знаем, какое сопротивление имеет шунтирующий резистор. Кроме того, мы знаем величину падения напряжения, которое происходит, когда этот резистор вставлен в цепь. Теперь, когда у вас есть два значения, вычислить значение электрического тока так же просто, как использовать приведенное выше уравнение.

Что касается значения сопротивления, шунтирующие резисторы обычно имеют малое сопротивление от 0,01 до 0,1 Ом.

( Ом — греческая буква «омега», которая представляет сопротивление в Ом.)

Причина этого в том, что высокое сопротивление вызывает падение значения напряжения. Хотя это нормально, если сопротивление слишком велико, падение может быть, так сказать, слишком сильным, что может привести к отключению всей цепи.

Конечно, с этими шунтирующими резисторами можно использовать более высокие значения сопротивления, и таким образом вы можете получить более точное измерение, но тогда вы рискуете этим большим падением напряжения, которое тогда превзойдет цель измерения на первом месте.( Это можно сделать, но нужно быть осторожным, чтобы не создать слишком большое сопротивление в цепи. )

Для этой цели часто используются шунтирующие резисторы

, поскольку они довольно просты в установке и могут использоваться для измерения как постоянного, так и переменного тока.

Как настроить осциллограф с помощью этого метода?

Теперь, когда мы знаем закон Ома и то, как измерять ток с помощью осциллографа с его помощью, также важно получить более четкое представление о том, как соединить цепь с шунтирующим резистором в ней с вашим осциллографом.

Хотя на первый взгляд это может показаться достаточно простой процедурой, обычно возникает проблема, когда дело касается некоторых современных осциллографов. А именно, в большинстве современных осциллографов зажим заземления напрямую соединен с землей, поэтому вы не можете традиционно использовать другую цепь.

( Подключение заземляющего зажима к любой стороне шунтирующего резистора неизбежно вызовет короткое замыкание. )

Итак, что вы можете сделать, чтобы обойти это, — это подключить зажим заземления осциллографа к заземлению схемы и переместить шунтирующий резистор на обратную сторону.( Он также известен как шунтирующий резистор низкого напряжения . )

Таким образом можно избежать короткого замыкания, но это вызовет проблемы другого рода, о которых вам также нужно будет позаботиться. А именно, подключение заземляющего зажима осциллографа к заземлению измерительной цепи создаст нечто, называемое контуром заземления.

В такой схеме цепь проходит от земли через всю цепь, осциллограф, а затем обратно на землю.Затем этот процесс повторяется бесконечно, что создает цикл.

Контур заземления не вызывает короткого замыкания; это может в некоторой степени снизить точность ваших измерений.

Конечно, вы можете столкнуться с этой проблемой, только если используете осциллограф, который питается от розетки. Если вы используете осциллограф с батарейным питанием, вам не придется беспокоиться об этой проблеме.

Недостатки метода шунтирующего резистора

Хотя шунтирующие резисторы довольно просты в использовании и настройке, у измерения тока есть несколько недостатков.Точнее, есть две потенциальные проблемы, которые вам необходимо принять во внимание, прежде чем вы выберете этот метод измерения тока:

1) Во-первых, шунтирующие резисторы обычно имеют довольно большой диапазон допусков до 5%.

Итак, если вам нужно провести несколько простых измерений для школьного проекта, эта толерантность не будет большой проблемой.

С другой стороны, если вы работаете над более серьезным проектом или нуждаетесь в точном измерении по какой-либо другой причине, вам может потребоваться какой-либо другой метод для определения значения тока.

( Использование мультиметра или амперметра, вероятно, будет лучшим вариантом. )

2) Второй недостаток связан с неизбежным нагревом резистора. Практически все резисторы со временем нагреваются.

Хотя это вполне естественное явление, проблема возникает из-за того, что повышенный нагрев означает, что сопротивление резистора будет даже больше, чем его первоначальное значение. Это может не только привести к неточным показаниям, но также может вывести из строя резистор и разорвать цепь.

Измерение тока с помощью щупа

Второй способ измерения тока с помощью осциллографа довольно прост, но для этой работы вам потребуются специальные пробники тока.

Эти пробники просты в использовании, так как вам нужно подключить их к осциллографу, и они готовы к работе. Большинство современных токовых пробников имеют способ «прикрепления» к цепи, которую вы пытаетесь измерить, с помощью зажимов, поэтому, если у вас есть более новая модель этих пробников, вам не придется иметь дело с оголенными проводами.

Все, что вам нужно сделать, это «зажать» конец пробника вокруг провода, на котором вы хотите проверить ток, и результаты будут немедленно доступны вам на экране вашего осциллографа.

Самое замечательное в этом методе состоит в том, что вам не нужно делать никаких уравнений (, хотя их не так сложно вычислить, как вы видели выше ), так как вы получите точное измерение на экране как как только вы зажмете конец щупа на проводе цепи.

Существует два основных типа токовых пробников:

1) Те, которые идут с полукруглым ферритовым сердечником, и

2) Те, в которых используется специальный датчик Холла, который помещается между двумя ферритовыми полукругами.

Обе эти системы работают примерно по одному и тому же принципу.

Ферритовый сердечник внутри зажима создает магнитное поле, когда он приближается к проводу, вокруг которого зажимается. Это магнитное поле затем создает напряжение в катушке вокруг ферритового сердечника.

Хитрость в том, что значение напряжения пропорционально значению тока, который его «вызывает».

Для записи может показаться очевидным, что измерение тока с помощью осциллографа — это более простой способ получить измерения, но многие люди не согласны с этим подходом, потому что эти пробники, как правило, довольно дороги.

Заключение

В общем, независимо от того, хотите ли вы использовать токовый пробник для измерения или вы можете немного построить схему, чтобы сделать это старомодным способом, измерение тока с помощью осциллографа не только выполнимо, но и справедливо. легкий.Надеемся, вы узнали, как измерять ток с помощью осциллографа; эта статья помогла вам понять, как это сделать, и мы желаем вам избежать коротких замыканий и успехов в проведении этих измерений.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Измерение тока — простая задача — все, что вам нужно сделать, это подключить мультиметр к цепи, которую вы хотите измерить, и измеритель даст вам точное значение для использования. Иногда вы не можете «разомкнуть» цепь, чтобы подключить мультиметр последовательно к тому, что вы хотите измерить.Это тоже решается довольно просто — вам просто нужно измерить напряжение на известном сопротивлении в цепи — тогда ток будет просто напряжением, деленным на сопротивление (по закону Ома).

Все становится немного сложнее, если вы хотите измерить изменяющиеся сигналы . Это зависит от частоты обновления (количества выборок в секунду) мультиметра, и средний человек может уловить лишь определенное количество изменений на дисплее в секунду. Измерение переменного тока становится немного проще, если ваш мультиметр имеет измерение среднеквадратичного напряжения (среднеквадратичное напряжение — это напряжение сигнала переменного тока, который будет передавать такое же количество энергии, что и источник постоянного тока с таким напряжением).Это строго ограничено периодическими сигналами (прямоугольные волны и т.п. строго исключены, если среднеквадратичное значение не является «истинным», даже в этом случае нет никаких гарантий точности измерения). Большинство мультиметров также имеют фильтр нижних частот, что предотвращает измерение переменного тока выше нескольких сотен герц.

Как использовать осциллограф для измерения тока

Осциллограф заполняет промежуток между человеческим восприятием и устойчивыми значениями мультиметра — он отображает своего рода «график» напряжение-время сигнала, который позволяет лучше визуализировать изменяющиеся сигналы по сравнению с набором изменяющихся чисел на экране. мультиметр.

При наличии подходящего оборудования также возможно измерение сигналов с частотами до нескольких гигагерц. Однако осциллограф — это устройство для измерения напряжения с высоким импедансом — он не может измерять токи как таковые. Использование осциллографа для измерения токов требует преобразования тока в напряжение , и это можно сделать несколькими способами.

1. Использование шунтирующего резистора

Это, пожалуй, самый простой способ измерения тока, и он будет подробно рассмотрен здесь.

Преобразователь тока в напряжение здесь скромный резистор.

Базовые знания говорят нам, что напряжение на резисторе пропорционально току, протекающему через него. Это можно суммировать с помощью закона Ома :

.

  В = ИК  

Где V — напряжение на резисторе, I — ток через резистор, а R — сопротивление резистора, все в соответствующих единицах.

Уловка здесь заключается в том, чтобы использовать сопротивление резистора, которое не влияет на всю измеряемую цепь, поскольку падение напряжения на шунтирующем резисторе приводит к падению меньшего напряжения в цепи, в которую он помещен.Общее практическое правило состоит в том, чтобы использовать резистор, который намного меньше, чем сопротивление / импеданс измеряемой цепи (в десять раз меньше в хорошей отправной точке), чтобы предотвратить влияние шунта на ток в измеряемой цепи. .

Например, трансформатор и полевой МОП-транзистор в преобразователе постоянного тока может иметь полное (постоянное) сопротивление в десятки миллиом, размещение большого (скажем) резистора 1 Ом приведет к падению большей части напряжения на шунте (помните, что для резисторов, включенных последовательно, отношение падения напряжения на резисторах является отношением их сопротивлений) и, следовательно, большая потеря мощности.Резистор просто преобразует ток в напряжение для измерения, поэтому мощность не выполняет никакой полезной работы. В то же время на небольшом резисторе (1 мОм) будет падать только небольшое (но измеримое) напряжение на нем, а остальная часть напряжения будет выполнять полезную работу.

Теперь, выбрав номинал резистора, вы можете подключить заземление пробника к заземлению цепи, а наконечник пробника к шунтирующему сопротивлению, как показано на рисунке ниже.

Здесь вы можете использовать несколько хитрых приемов.

Предположим, что ваш шунт имеет сопротивление 100 мОм, тогда ток 1 А приведет к падению напряжения на 100 мВ, что даст нам «чувствительность» 100 мВ на ампер. Это не должно вызвать проблем, если вы будете осторожны, но часто 100 мВ принимают буквально — другими словами, путают со 100 мА.

Эту проблему можно решить, установив для параметра входа значение 100X — пробник уже имеет 10-кратное ослабление, поэтому добавление еще 10X к сигналу возвращает его обратно к 1 В на ампер, то есть вход «умножается» на 10.Большинство осциллографов имеют возможность выбора входного затухания. Однако могут быть осциллографы, поддерживающие только 1X и 10X.

Еще одна полезная небольшая функция — это возможность установить вертикальные единицы, отображаемые на экране — среди прочего, V можно изменить на A, W и U.

Ситуация усложняется, когда нельзя разместить низкую сторону шунта. Заземление осциллографа напрямую связано с заземлением, поэтому, если ваш источник питания также заземлен, подключение зажима заземления пробника к любой случайной точке в цепи приведет к замыканию этой точки на землю.

Этого можно избежать, выполнив так называемое дифференциальное измерение .

Большинство осциллографов имеют математические функции, которые можно использовать для выполнения математических операций с отображаемыми сигналами. Обратите внимание, что это никоим образом не меняет фактический сигнал!

Здесь мы будем использовать функцию вычитания, которая отображает разницу двух выбранных сигналов.

Поскольку напряжение — это просто разность потенциалов между двумя точками, мы можем подключить по одному щупу к каждой точке и подключить зажимы заземления к заземлению цепи, как показано на рисунке.

Отображая разницу между двумя сигналами, мы можем определить ток.

Тот же трюк с «затуханием», который использовался выше, применим и здесь, просто не забудьте изменить оба канала.

Недостатки использования шунтирующего резистора:

У использования шунтирующего резистора есть несколько недостатков. Первый — это допуск , который может составлять всего 5%. Это то, что приходится учитывать с определенными трудностями.

Второй — это температурный коэффициент . Сопротивление резисторов увеличивается с повышением температуры, что приводит к большему падению напряжения для данного тока. Это особенно плохо для сильноточных шунтирующих резисторов.

2. Использование токового пробника

Готовые токовые пробники (называемые «токовые клещи»; они зажимают провода, не прерывая цепи) доступны на рынке, но вы не увидите, чтобы многие любители их использовали из-за их непомерно высокой стоимости.

Эти датчики используют один из двух методов .

Первый метод — это использование катушки, намотанной на полукруглый ферритовый сердечник. Ток в проводе, вокруг которого зажимается зонд, создает магнитное поле в феррите. Это, в свою очередь, вызывает напряжение в катушке. Напряжение пропорционально скорости изменения тока. Интегратор «интегрирует» форму волны и выдает выходной сигнал, пропорциональный току. Шкала выходного сигнала обычно составляет от 1 мВ до 1 В на ампер.

Второй метод использует датчик Холла, расположенный между двумя ферритовыми полукругами. Датчик Холла выдает напряжение, пропорциональное току.

3. Быстрый и грязный метод

Этот метод не требует дополнительных компонентов, кроме прицела и зонда.

Этот метод очень похож на токовый пробник. Оберните провод заземления зонда вокруг провода, по которому измеряется ток, а затем подсоедините зажим заземления к наконечнику зонда.

Произведенное напряжение снова пропорционально скорости изменения тока, и вам необходимо выполнить некоторые математические вычисления для формы сигнала (а именно интегрирование; у большинства осциллографов это есть в меню «math»), чтобы интерпретировать его как ток.

С точки зрения электричества, закороченный зонд в основном образует проволочную петлю, которая действует как трансформатор тока, как показано на рисунке.

Заключение

Существует несколько методов измерения изменяющихся форм сигналов тока с помощью осциллографа.Самый простой — использовать токовый шунт и измерить напряжение на нем.

Как измерить ток с помощью осциллографа

Осциллографы

— это универсальные инструменты для электрических измерений, способные отображать графики изменения напряжения во времени и в широком диапазоне частот. Осциллографы можно настроить так, чтобы график заданного напряжения начинался при возникновении определенного «триггерного» состояния. Хотя осциллографы не могут измерять электрический ток напрямую, для этой задачи требуется мультиметр, а осциллограф может косвенно измерять электрический ток.Это требует использования резисторов и знания закона Ома, но процесс несложный.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Для измерения электрического тока с помощью осциллографа прикрепите измерительные щупы с резисторами известного номинала к электрической системе или цепи, которую вы хотите измерить. Обязательно используйте резисторы с номинальной мощностью, равной или большей выходной мощности системы, если это возможно. Затем вы можете измерить напряжение и, используя значение резистора, рассчитать ток, разделив измеренное напряжение на сопротивление.Не забудьте заземлить себя, надев заземляющий браслет, при измерении интегральной схемы.

Осциллографы и закон Ома

Цифровые мультиметры

(DMM) являются одними из наиболее распространенных инструментов электрических измерений. Названные из-за своей многофункциональности, цифровые мультиметры способны измерять ток, напряжение и сопротивление. Напротив, осциллографы способны измерять только напряжение системы, что сделало бы осциллограф плохим выбором для измерения тока, если бы не закон Ома.Закон Ома гласит, что вы можете определить ток резистора в амперах, разделив напряжение того же резистора в вольтах на сопротивление в омах. Другими словами, если вы знаете или можете найти сопротивление системы, осциллограф может определить ток.

Подготовка к тесту

Чтобы начать процесс определения тока, сначала подключите осциллограф. Нажмите кнопку AUTOSET или PRESET на осциллографе, если она есть. Если нет, установите элементы управления в стандартное положение.Установите канал 1 на постоянный или переменный ток в зависимости от системы, которую вы хотите измерить, затем убедитесь, что режим триггера установлен на автоматический с источником триггера в качестве канала 1. Отключите задержку триггера и установите регулятор интенсивности на номинальное значение.

Проверка напряжения

После того, как осциллограф настроен, заземлите себя, надев заземляющий браслет (при проверке интегральной схемы) и присоедините измерительные щупы с резисторами известного номинала к вашей электрической системе. Обязательно используйте резисторы с номинальной мощностью, равной или большей выходной мощности системы, если это возможно.Например, если выходная мощность системы составляет 9 В или меньше, используйте резисторы номиналом не менее 1/8 Вт. Установите автоматический режим запуска осциллографа. Затем определите точку пикового или нулевого напряжения, чтобы «запустить» осциллограф и начать измерение электрического сигнала. Отрегулируйте элементы управления, пока не увидите стабильную синусоидальную волну, затем измерьте по центральной вертикальной линии с наименьшими делениями, чтобы найти напряжение в электрической системе. Обратите внимание на это измерение.

Определение тока

При измерении напряжения вычислить ток так же просто, как вставить ваши данные в формулу закона Ома: разделите показание напряжения на сопротивление ваших измерительных щупов: результатом этого расчета будет ток вашей электрической системы.

Токовые пробники для осциллографов | DigiKey

Примечание редактора: Эта статья об измерении тока и токовых пробниках является третьей из серии из трех частей, посвященных пробникам и их правильному использованию. Часть 1 , закрытые пассивные пробники с высоким сопротивлением. Во второй статье обсуждались несимметричные, дифференциальные и высоковольтные дифференциальные активные пробники. Часть 3 посвящена измерению тока и токовым пробникам .

Существует три распространенных метода измерения тока с помощью осциллографа. Первый — это использование резистора (иногда называемого токовым шунтом) последовательно с измеряемым током. Второй — использовать трансформатор тока. Третий — использовать токовый пробник. Поскольку все три метода требуют, чтобы измеряемый ток проходил через измерительный датчик, все они в некоторой степени инвазивны.

Токовый зонд, поскольку он позволяет пользователям измерять ток проводника, не отпаивая его, является наименее инвазивным методом.Однако пользователям необходимо понимать некоторые фундаментальные принципы работы пробников тока, чтобы максимально эффективно использовать новейшие конструкции пробников.

В этой статье будут описаны различные методологии измерения тока до введения пробников тока и способы их эффективного использования.

Токовый шунт

Токовый шунт обычно встраивается в цепь или соответствующее испытательное приспособление. Ток определяется путем измерения падения напряжения на известном сопротивлении шунта.Существует инженерный компромисс между последовательным сопротивлением шунта и желаемой чувствительностью измерения тока.

Идея состоит в том, чтобы получить разумное падение напряжения, в то же время не влияя на производительность схемы. Кроме того, номинальная мощность шунта должна быть достаточной для измеряемого тока. Примером токового шунтирующего резистора является Riedon RSA-10-100. Этот установленный на шасси резистор имеет сопротивление 0,01 Ом с допуском ± 0,25% и номинальной мощностью 1 Вт.Номинальная мощность резистора устанавливает максимальный ток в 10 ампер, обеспечивая выходное напряжение 100 милливольт. Осциллограф используется для измерения напряжения на шунте. Большинство осциллографов позволяют преобразовать это напряжение в эквивалентный ток (рисунок 1).

Рис. 1. Настройка канала осциллографа Teledyne LeCroy HDO4104 , показывающая настройку масштабирования, которая позволяет вертикальное считывание в амперах на основе значения шунтирующего резистора (Источник изображения: Digi-Key Electronics).

Настройка входного канала для осциллографа Teledyne LeCroy HDO4104 типична для многих приборов, поскольку позволяет масштабировать вертикальные данные. Элементы управления масштабированием позволяют пользователю указать единицы измерения, в данном случае амперы, и коэффициент масштабирования в единицах / вольт. В случае RSA-10-100 настройка «Единицы на вольт» является величиной, обратной величине сопротивления, или 1 / 0,01 = 100. Также есть возможность добавлять или вычитать ток смещения, что может потребоваться. для активного датчика.После входа в настройку изменения масштаба вертикальное масштабирование входного канала осциллографа будет считываться непосредственно в амперах, включая параметры измерения и показания курсора.

Шунтирующие резисторы реагируют как на переменный, так и на постоянный ток с полосой пропускания, ограниченной внутренней индуктивностью и емкостью резистора.

Дополнением к стандартному плоскому шунтирующему резистору является коаксиальный или импульсный токовый шунт. В этих устройствах шунтирующие резисторы имеют цилиндрическую форму, чтобы минимизировать их индуктивность.Контакты напряжения выведены на коаксиальный разъем подходящей ширины полосы.

Доступны коаксиальные токовые шунты с полосой пропускания до 100 МГц в зависимости от номинала резистора и максимального номинального тока.

Размер коаксиального шунта пропорционален максимальному номинальному току, и они намного больше, чем обычные плоские токовые шунты.

Трансформатор тока

Магнитное считывание тока в проводнике — еще одна возможность. Самым простым датчиком на основе магнитного поля является трансформатор тока (рис. 2).

Рисунок 2: Трансформатор тока измеряет ток в проводнике, проходящем через отверстие в ферритовом сердечнике, с помощью многооборотной вторичной обмотки. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Проводник, по которому измеряется ток (I _Meas ), проходит через центр ферритового сердечника, образующего первичную обмотку трансформатора. Ток индуцирует в сердечнике магнитный поток, пропорциональный току. Чувствительная обмотка из N витков используется для измерения магнитного потока.Ток, наведенный во вторичной обмотке, пропорционален соотношению витков (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки, в данном случае 1 / N).

Вторичный ток преобразуется в напряжение, пропуская его через резистор, чаще всего через нагрузку 50 Вт осциллографа. Параметр Rescale входного канала установлен на N / 50 ампер / вольт, если используется оконечная нагрузка 50 Вт. Трансформатор тока работает только для сигналов переменного тока. Его нельзя использовать для измерения постоянного тока.

Обратите внимание, что измеряемый проводник должен проходить через сердечник. Это может включать распайку вывода, чтобы вставить его в сердечник. В некоторых трансформаторах тока используются разъемные сердечники для облегчения ввода измеряемого проводника.

Токовые пробники

Пробники тока

предназначены для удобного измерения тока. Они могут быть связаны по переменному току с использованием технологии трансформатора тока или по переменному / постоянному току. В любом случае они имеют геометрию с разъемным сердечником, что позволяет легко изолировать токопроводящий проводник без необходимости его распайки.

Teledyne LeCroy CP030 — хороший пример пробника постоянного / переменного тока, способного измерять до 30 ампер с полосой пропускания 50 МГц (рисунок 3).

Рис. 3. Teledyne LeCroy CP030 — токовый пробник на 30 А, постоянный ток до 50 МГц. Он полностью интегрирован с осциллографами на базе Teledyne LeCroy с использованием интерфейса ProBus. (Источник изображения: Teledyne LeCroy ).

В CP030 используется гибридная технология, в которой используется как устройство на эффекте Холла для сигналов постоянного и низкочастотного переменного тока, так и трансформатор тока для сигналов переменного тока высокой частоты (рис. 4).

Рисунок 4: Функциональная блок-схема датчика постоянного / переменного тока CP030. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

CP030 построен на разъемном ферритовом сердечнике, который позволяет быстро вставить проводник, по которому измеряется ток.

Он включает датчик на эффекте Холла внутри зазора в сердечнике и обмотку обратной связи. Датчик на эффекте Холла при правильном смещении создает выходной ток, пропорциональный потоку в сердечнике.Этот выходной сигнал усиливается и приводит в движение обмотку обратной связи, чтобы получить состояние нулевого магнитного потока в сердечнике. В этот момент ток через обмотку обратной связи пропорционален потоку в проводнике с током.

Выходная нагрузка преобразует этот ток в напряжение. Поскольку выходной сигнал датчика Холла уменьшается с увеличением частоты, обмотка обратной связи действует как трансформатор тока, точно измеряя высокочастотные составляющие измеряемого сигнала.

Чувствительность CP030 составляет 1 вольт / ампер.Пробник сообщает об этом осциллографу через интерфейс ProBus. Осциллограф автоматически регулирует масштаб канала, к которому подключен зонд, для считывания в амперах (рисунок 5).

Рис. 5. Настройка каналов в осциллографе Teledyne LeCroy HDO 4104 с подключенным CP030. Зонд автоматически распознается, как указано в поле ввода «Зонд». Правильный масштаб автоматически вводится в поле Единицы / В, а вертикальные единицы устанавливаются в Амперах.(Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Помимо измерения и масштабирования выходного сигнала пробника, осциллограф включает диалоговое окно со всеми элементами управления, относящимися к пробнику (рис. 6).

Рисунок 6: Диалоговое окно настройки датчика CP030, показывающее элементы управления для размагничивания и автоматического обнуления датчика. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Сюда входят элементы управления размагничиванием и автоматическим обнулением. Размагничивание устраняет остаточный магнитный поток в сердечнике зонда за счет подачи размагничивающего сигнала.Перед любым критическим измерением следует использовать размагничивание, чтобы обеспечить максимальную точность. Управление автоматическим обнулением устанавливает любое смещение выхода датчика на ноль вольт при отсутствии тока. Наличие этих элементов управления на осциллографе означает, что они не занимают места в корпусе пробника или интерфейсной коробке, что делает пробник меньше. Диалоговое окно также идентифицирует зонд и предоставляет его основные характеристики.

Общие методы повышения эффективности токовых пробников

При измерении малых токов чувствительность токового пробника можно повысить, намотав несколько витков через первичную обмотку (рис. 7A).

Рисунок 7: Увеличьте чувствительность токового пробника, намотав несколько витков на сердечник пробника (A). Выполните дифференциальное измерение, пропустив несколько проводников через сердечник зонда (B). (Источник изображения: Teledyne LeCroy)

Как и в любом трансформаторе, чувствительность датчика увеличивается на количество витков, проходящих через сердечник датчика. На рисунке через сердечник зонда имеется четыре витка, что увеличивает чувствительность в четыре раза.Этот коэффициент необходимо ввести вручную в настройках масштабирования датчика. Также обратите внимание, что вводимое сопротивление увеличивается пропорционально числу витков в квадрате. В этом случае импеданс увеличится в шестнадцать раз. Поскольку измерение предназначено для низких уровней тока, падение напряжения на этом импедансе обычно невелико и должно иметь минимальное влияние на измерение.

Если через пробник пропущено несколько проводников, осциллограф будет считывать чистый ток (рисунок 7B).Этот метод можно использовать для измерения дифференциального тока в двух проводниках. Его также можно использовать для отмены большого тока смещения, пропуская проводник с эквивалентным постоянным током в противоположном направлении. Это может расширить диапазон токового щупа.

Использование сторонних токовых пробников

Многие производители поставляют пробники тока, предназначенные для общего рынка осциллографов, которые не используют проприетарные интерфейсы. Эти пробники включают в себя источник питания и средства управления для размагничивания и регулировки смещения постоянного тока пробника.Примером может служить CP6990O-NA, автономный токовый пробник переменного / постоянного тока 40 А, 1,5 МГц от Cal Test Electronics (рис. 8).

Рисунок 8: Автономный токовый пробник Cal Test Electronics CP6990-NA с соответствующими принадлежностями (Источник изображения: Cal Test Electronics)

Этот токовый пробник питается от батареи и подключается непосредственно к осциллографу с помощью прилагаемого кабеля BNC. Зонд имеет два диапазона чувствительности: 1 вольт / ампер или 100 милливольт / ампер.В поле Rescale на Teledyne LeCroy HDO4104 должно быть введено 1 или 10 единиц / вольт соответственно.