Elektr kattaliklarini o lchash: birliklar va vositalar, o lchov usullari

Силовые резисторы выпускает компания Vishay – резисторы серий LTO и RTO в стандартных корпусах TO220 и TO247, а также резисторы большой мощности серии RTOP в корпусе SOT-227.

Резистор qanday asbob

Резистор происходит от слова resisto – сопротивляюсь, то есть он как бы сопротивляется протекающему через него току. Физический смысл сопротивления заключается в том, что электрическое сопротивление R определяет силу проходящего через него тока I при постоянном приложенном напряжении V. Этот закон называется законом Ома:

Закон Ома можно трактовать и так – электрическое сопротивление резистора определяет величину напряжения на нем при постоянной величине протекающего через него тока:

Единица измерения электрического сопротивления – Ом. В честь баварца Георга Симона Ома.

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе при прохождении через него электрического тока равна:

Свойства резистора, предписываемые ему законом Ома определяют его функциональное назначение:

– токоограничительный и токозадающий элемент;

– в составе времязадающих RC-цепочек;

– в составе интегрирующих RC-цепочек и дифференцирующих RC-цепочек;

– в делителях напряжения;

– измеритель силы тока (низкоомный резистор – шунт тока);

– для подавления паразитных осцилляций в реактивных LC-контурах (пример – затворные резисторы MOSFET-транзисторов).

Условное обозначение резистора:

Рисунок R.1 – условное обозначение резистора.

Для большинства практических случаев используется диапазон сопротивлений 0,1 Ом – 10 МОм. Этот диапазон разбит на несколько рядов. Наиболее распространенным является ряд E24. Значения номиналов рядов приведены в таблице R.1.

Таблица R.1. Значения номиналов рядов.

Ряды	Номиналы
E3	1,0	2,2
E6	1,0	1,5	2,2
E12	1,0	1,2	1,5	1,8	2,2	2,7
E24	1,0	1,1	1,2	1,3	1,5	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,7	3,0

Ряды	Номиналы
E3	4,7
E6	3,3	4,7	6,8
E12	3,3	3,9	4,7	5,6	6,8	8,2
E24	3,3	3,6	3,9	4,3	4,7	5,1	5,6	6,2	6,8	7,5	8,2	9,1

Сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений каждого из резисторов:

Сопротивление параллельно соединенных резисторов есть величина обратная сумме обратных величин сопротивлений каждого из резисторов:

Последовательное соединение используют для:

– увеличения суммарного сопротивления;

– увеличения рабочего напряжения прикладываемого к цепочке резисторов;

– увеличения мощности резисторной сборки, прежде всего в случаях работы с большими напряжениями.

– получения точного номинала сопротивления.

Параллельное соединение используют для:

– уменьшения суммарного сопротивления;

– увеличения мощности резисторной сборки, прежде всего в случаях работы с большими токами;

– снижения паразитной индуктивности;

– получения точного номинала сопротивления.

Типы резисторов, используемые в преобразовательной технике

В преобразовательной технике используются преимущественно постоянные резисторы общего назначения (выводные и SMD) и в ряде случаев используют специализированные безиндуктивные силовые резисторы. Кроме этого, для осуществления регулировки и настройки работы тех или иных цепей применяются подстроечные и переменные резисторы.

Выводные резисторы

Выводные резисторы имеют корпус с двумя проволочными выводами. Наиболее распространенными типами резисторов являются металлооксидные, углеродные и проволочные. Отвод тепла осуществляется главным образом за счет естественного конвективного обмена в воздушной среде. Существует несколько наиболее распространенных типов выводных резисторов – металлооксидные, углеродные, проволочные.

Металлооксидные постоянные резисторы являются аналогами отечественной серии сопротивлений С2-23. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Углеродные постоянные резисторы С1-4 имеют углеродистый проводящий слой. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Проволочные резисторы выполняются из проволоки сплавов с высоким удельным сопротивлением намотанной на какой-либо каркас. Проволочные резисторы (серии KNP) имеют высокую теплоотдачу, устойчивость к пульсациям. Проволочные резисторы в керамическом корпусе (SQP) имеют повышенную жаро- и огнестойкость.

Существуют фольговые резисторы которые выполняются из специального резистивного сплава, а величина сопротивления подстраивается путем его травления через фотошаблон. Имеют низкий ТКС, высокую точность, стабильность параметров, малую индуктивность. Выпускаются как выводные так и в SMD-корпусах.

SMD резисторы

Резисторы SMD (Surface Mounted Device) предназначены для пайки методом поверхностного монтажа. Имеют существенно меньшие размеры. Конструктивно представляют собой керамическую подложку с одной стороны которой нанесет токопроводящий слой, а с торцов выполнены SMD-контакты. Отвод тепла осуществляется главным образом за счет теплопередачи плате.

Силовые резисторы

В силовой электронике для измерения токов большой величины (десятки-сотни ампер), протекающих в цепях инверторов и преобразователей часто используются резистивные токовые шунты – специализированные резисторы, обладающие минимальной индуктивностью и, как правило, предусматривающие крепление к радиатору для отвода выделяемой мощности [Резисторы для силовой электроники. А. Савельев. Силовая электроника №1, 2005]. Минимизация индуктивности особенно важна при измерении быстро изменяющихся токов, поскольку падение напряжения пропорционально скорости роста тока.

Примерами силовых безиндуктивных резисторов является линейка резисторов компании CADDOCK – MPxx, MPxxx охватывающих диапазон сопротивлений от 0,02 Ом до 100 кОм. Силовые резисторы упакованы в стандартные корпуса и имеют высокую мощность TO-126 (15 Вт), TO220 (30 Вт), TO247 (100 Вт) [www.caddock.com]. Типоразмеры корпусов и технические параметры представлены в соответствующих справочных листках (datasheet) представленных на указанном сайте.

Специально для целей использования в качестве датчиков тока используют резисторы серии SR имеющие диапазон сопротивлений от 5 мОм до 1 Ом при рассеиваемой мощности до 1 Вт (SR10) и до 2 Вт (SR20). Существуют силовые резисторы, предназначенные для поверхностного монтажа – (CC и CD серии).

Силовые резисторы выпускает компания Vishay – резисторы серий LTO и RTO в стандартных корпусах TO220 и TO247, а также резисторы большой мощности серии RTOP в корпусе SOT-227.

Для рассеивания выделяемой омической мощности возможно использование внешнего радиатора. Существуют резисторы большой мощности 50 Вт и более уже имеющие радиатор из алюминиевого профиля.

Паразитная индуктивность резисторов

На высоких частотах резистор начинают проявляться реактивные паразитные параметры резисторов, прежде всего – паразитная индуктивность. Её величина определяется конструктивным исполнением резистора. Обобщенная эквивалентная схема резистора на высоких частотах представлена на рисунке R.2.

Рисунок R.2 – Обобщенная эквивалентная схема резистора на высоких частотах

В импульсных режимах работы схем паразитная индуктивность резисторов может оказывать существенное влияние. Наименьшую индуктивность имеют SMD-резисторы, при этом её величина определяется типоразмером – с ростом габаритов величина индуктивности возрастает. Выводные резисторы имеют большее значение индуктивности, при этом её величина определяется конструктивными особенностями резистора. Так резисторы с малым сопротивлением – до 1-10 кОм имеют однородное покрытие поверхности керамического цилиндра проводящим материалом, а резисторы с большим сопротивлением имеют насечку, и таким образом проводящий слой расположен по спирали, что существенно увеличивает индуктивность резистора. Значительно большую индуктивность имеют проволочные резисторы, фактически представляющие собой катушки провода из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением.

Резисторы в прецизионных схемах

В прецизионных, измерительных и усилительных схемах кроме величины сопротивления, мощности и точности номинала к резисторам предъявляются требования к таким параметрам как:

– температурный коэффициент сопротивления (ТКС), измеряется в 1/°С или ppm/°C;

– уровень шумов, измеряется в мкв/В или в дБ.

В таблице R.2 представлены сводные данные об уровне токового шума резисторов различных технологий изготовления [Десять причин выбрать фольговые резисторы Vishay для вашего проекта. А. Калачев, Новости Электроники №6, 2011]

Таблица R.2. Уровни токового шума резисторов различных технологий

Технология	Шум, дБ	Примечание
Металло-углеродные	-12…6	Сильное влияние контактов между металлами и углеродным наполнителем; зависимость от температуры, механических напряжений, влажности, времени эксплуатации
Тонкопленочные	-18…-10	Источник шума – контактные явления между частицами оксида рутения в керамическом наполнителе
Металлопленочные	-32…-16	Спиральный путь тока по резистору, влияние неровностей на границах резистивной пленки вследствие механической или лазерной обработки
Проволочные	-38	Благодаря сплошному металлическому резистивному слою устранены контактные эффекты в структуре материала, но из-за индуктивного характера полного сопротивления возможно увеличение шумовых пиков на второй-третьей гармоники сигнала
Фольговые	-40	Ровные границы благодаря фотолитографии, сниженное влияние паразитных емкостей и индуктивностей за счет меандрового пути тока по плоскому резистивному слою

Шумы и влияние ТКС ощущаются и негативно сказываются в прецизионных схемах с высоким коэффициентом усиления.

Расчет потерь мощности на активном сопротивлении при различных формах импульсов тока

Важным практическим моментом является расчет потерь мощности на активном сопротивлении. Активное сопротивление есть не только у резисторов, но и у большого числа различных элементов силовой электроники: омическое сопротивление индуктивностей и обмоток трансформаторов, омическое сопротивление канала MOSFET-транзисторов в открытом состоянии, эквивалентное последовательное сопротивление конденсаторов (ESR).

Для расчета выделяемой на активном сопротивлении мощности используется формула:

R – величина активного сопротивления;

I_rms – среднеквадратичное значение тока.

Среднеквадратичное значение тока зависит от формы импульсов тока.

В общем случае выражение для среднеквадратичного значения тока имеет вид:

Чтобы не выводить каждый раз интегралы приведем несколько справочных выражений:

1. Импульсы прямоугольной формы (рисунок R.3).

Рисунок R.3. К расчету среднеквадратичного значения импульсов прямоугольной формы

Для импульсов прямоугольной формы среднеквадратичное значение равно [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 43 стр., Dokic B.L., Blanusa B. Power Electronics: Converters and Regulators. Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, 2015. XVIII, 598 p. – 290 c. – 6 стр.]:

I_max – максимальное значение (амплитуда импульсов);

t_i – длительность импульса;

T – период повторения импульсов.

Или переходя к коэффициенту заполнения q:

2. Треугольные импульсы с одним фронтом (рисунок R.4).

Рисунок R.4. К расчету среднеквадратичного значения треугольных импульсов с одним фронтом

Для импульсов треугольной формы с одним фронтом среднеквадратичное значение равно [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 61 стр.]:

I_max – максимальное значение (амплитуда импульсов);

t_i – длительность импульса;

T – период повторения импульсов.

Или переходя к коэффициенту заполнения q:

3. Треугольные импульсы с фронтом и спадом (рисунок R.5).

Рисунок R.5. К расчету среднеквадратичного значения треугольных импульсов с фронтом и спадом

Для импульсов треугольной формы с фронтом и спадом среднеквадратичное значение равно [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 62 стр.]:

I_max – максимальное значение (амплитуда импульсов);

t_i – длительность переднего фронта импульса (рост);

t_l – длительность заднего фронта импульса (спад).

T – период повторения импульсов.

4. Треугольные импульсы с постоянной составляющей (рисунок R.6).

Рисунок R.6. К расчету среднеквадратичного значения треугольных импульсов с постоянной составляющей

Для формы тока соответствующей наложению треугольных импульсов на постоянную составляющую среднеквадратичное значение равно [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 45 стр.]:

I_avg – среднее значение;

ΔI_pulse – размах импульсов (разница между минимальным и максимальным значениями).

Существует еще и другое соотношение расчета среднеквадратичного значения тока через минимальное и максимальное значения [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 45 стр.]:

I_max – максимальное значение;

I_min – минимальное значение;

5. Трапецеидальные импульсы (рисунок R.7).

Рисунок R.7. К расчету среднеквадратичного значения трапецеидальных импульсов

Для формы тока соответствующей импульсам трапецеидальной формы среднеквадратичное значение равно [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 45 стр., Transformers and Inductors for Power Electronics: Theory, Design and Applications. John Wiley & Sons. 2013. 370 p. – 77 стр.]:

I_{avg_ti} – среднее значение в течение импульса t_i;

ΔI_pulse – размах импульсов (разница между минимальным и максимальным значениями);

T – период повторения импульсов.

Существует еще и другое соотношение расчета среднеквадратичного значения трапецеидальных импульсов тока через минимальное и максимальное значения [Marian K. Kazimierczuk. Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters. John Wiley & Sons. 2008. 782 p. – 45 стр.]:

I_max – максимальное значение;

I_min – минимальное значение;

Корпуса и габаритные размеры резисторов

Выводные резисторы

Рисунок R.8 – Выводной резистор с габаритными размерами

Таблица R.3. Типоразмеры выводных резисторов

Тип	L (мм)	D (мм )	l (мм )	d (мм )	Максимальное рабочее напряжение, В	Максимальное перегрузочное напряжение, В	Номинальная мощность, Вт
С2-23-0,062	3,2	1,5	28	0,48	200	–	0,0625
С2-23-0,125 mini	3,2	1,5	28	0,48	250	–	0,1
С2-23-0,125	6,0	2,3	28	0.60	250	–	0,125
С2-23-0,25 mini	3,2	1,5	28	0,48	250	–	0,25
С2-23-0,25	6,0	2,3	28	0.60	250	–	0,33
С2-23-0,5	9,0	3,2	28	0.60	350	–	0,75
С2-23-1,0	11,0	4,5	35	0.60	500	–	1
С2-23-2,0	15,0	5,0	35	0.60	500	–	2

SMD-резисторы

Рисунок R.9 – SMD-резистор с габаритными размерами

Таблица R.4. Типоразмеры SMD-резисторов

Типоразмер EIA (дюймы)	Типоразмер метрический, (мм)	L (мм)	W (мм )	H (мм )	D (мм )	T (мм )	Максимальное рабочее напряжение, В	Максимальное перегрузочное напряжение, В	Номинальная мощность, Вт
0402	1005	1.0±0.1	0.5±0.05	0.35±0.05	0.25±0.1	0.2±0.1	25	50	0,0625
0603	1608	1.6±0.1	0.85±0.1	0.45±0.05	0.3±0.2	0.3±0.2	50	100	0,1
0805	2012	2.1±0.1	1.3±0.1	0.5±0.05	0.4±0.2	0.4±0.2	150	300	0,125
1206	3216	3.1±0.1	1.6±0.1	0.55±0.05	0.5±0.25	0.5±0.25	200	400	0,25
1210	3225	3.1±0.1	2.6±0.1	0.55±0.05	0.4±0.2	0.5±0.25	200	400	0,33
2010	5025	5.0±0.1	2.5±0.1	0.55±0.05	0.4±0.2	0.6±0.25	200	400	0,75
2512	6332	6.35±0.1	3.2±0.1	0.55±0.05	0.4±0.2	0.6±0.25	200	400	1

Резисторы с допуском 2%, 5% и 10% всех типоразмеров маркируются тремя цифрами, первые две из которых обозначают номинал резистора без множителя, а последняя — показатель степени по основанию 10 для определения множителя. Например: 123 – 12* 10^3 =12000 Ом =12 кОм. Часто встречаются чип резисторы с обозначением 0, это резистор нулевого сопротивления или попросту перемычка.

Рисунок R.10 – Фотографии SMD-резисторов различных типоразмеров

Elektr kattaliklarini o’lchash: birliklar va vositalar, o’lchov usullari

Ilm-fan va texnika ehtiyojlariga vositalar va usullar doimo rivojlanib va ​​takomillashib boradigan ko’plab o’lchovlarni o’tkazish kiradi. Ushbu sohadagi eng muhim rol turli sohalarda keng qo’llaniladigan elektr miqdorlarini o’lchashga tegishli.

O’lchovlarni tushunish

Har qanday fizik miqdorni o’lchash uni o’lchov birligi sifatida qabul qilingan bir xil turdagi hodisalarning ba’zi miqdori bilan taqqoslash orqali amalga oshiriladi. Taqqoslash paytida olingan natija tegishli birliklarda raqam bilan ko’rsatilgan.

Ushbu operatsiya maxsus o’lchov asboblari – ob’ekt bilan o’zaro ta’sir qiluvchi texnik qurilmalar yordamida amalga oshiriladi, ularning ba’zi parametrlarini o’lchash kerak. Bunday holda, ma’lum usullardan foydalaniladi – o’lchov qiymati o’lchov birligi bilan taqqoslanadigan usullar.

Elektr kattaliklarini o’lchovlarni turiga qarab tasniflash uchun asos bo’lib xizmat qiladigan bir nechta belgilar mavjud:

• O’lchov aktlari soni. Bu erda ularning o’ziga xosligi yoki ko’pligi juda muhimdir.
• Aniqlik darajasi. Texnik, nazorat va tekshirishni, eng aniq o’lchovlarni, shuningdek teng va tengsizlikni farqlang.
• Vaqt o’tishi bilan o’lchangan qiymatning o’zgarishi tabiati. Ushbu mezonga ko’ra, statik va dinamik o’lchovlar mavjud. Dinamik o’lchovlar orqali vaqt bo’yicha o’zgarib turadigan miqdorlarning oniy qiymatlari va statik o’lchovlar – ba’zi bir doimiy qiymatlar olinadi.
• Natijaning taqdimoti. Elektr kattaliklarining o’lchovlari nisbiy yoki mutlaq shaklda ifodalanishi mumkin.
• Istalgan natijani olish usuli. Ushbu mezonga muvofiq o’lchovlar to’g’ridan-to’g’ri (natijada to’g’ridan-to’g’ri olingan) va bilvosita bo’linadi, bunda har qanday funktsional bog’liqlikning kerakli qiymati bilan bog’liq miqdorlar to’g’ridan-to’g’ri o’lchanadi. Ikkinchi holatda, kerakli fizik miqdor olingan natijalar bo’yicha hisoblanadi. Shunday qilib, ampermetr bilan oqimni o’lchash to’g’ridan-to’g’ri o’lchovga, kuch esa bilvosita.

O’lchash

O’lchash uchun mo’ljallangan asboblar normallashtirilgan xususiyatlarga ega bo’lishi, shuningdek, ma’lum vaqt davomida saqlab turishi yoki o’lchash uchun mo’ljallangan qiymat birligini ko’paytirishi kerak.

Elektr miqdorini o’lchash vositalari maqsadiga qarab bir necha toifalarga bo’linadi:

• Tadbirlar. Ushbu vositalar ma’lum bir o’lchamdagi qiymatni ko’paytirishga xizmat qiladi, masalan, ma’lum bir qarshilikni ma’lum xato bilan takrorlaydigan qarshilik kabi.
• Saqlash, konvertatsiya qilish, uzatish uchun qulay shaklda signal hosil qiluvchi o’lchov o’tkazgichlari. Ushbu turdagi ma’lumotlar to’g’ridan-to’g’ri idrok etish uchun mavjud emas.
• Elektr o’lchash asboblari. Ushbu vositalar ma’lumotni kuzatuvchi uchun qulay bo’lgan shaklda taqdim etish uchun mo’ljallangan. Ular ko’chma yoki statsionar, analog yoki raqamli, yozib olish yoki signalizatsiya qilishlari mumkin.
• Elektr o’lchash moslamalari – bu yuqorida ko’rsatilgan vositalar majmualari va bir joyda jamlangan qo’shimcha qurilmalar. O’rnatish yanada murakkab o’lchovlarga imkon beradi (masalan, magnit xususiyatlar yoki qarshilik), tekshirish yoki standart qurilmalar sifatida xizmat qiladi.
• Elektr o’lchash tizimlari ham turli xil vositalar to’plamidir. Biroq, qurilmalardan farqli o’laroq, elektr miqdorini o’lchash asboblari va tizimdagi boshqa vositalar tarqalgan. Tizimlar yordamida bir nechta miqdorlarni o’lchash, ma’lumotlarni o’lchash signallarini saqlash, qayta ishlash va uzatish mumkin.

Agar biron bir aniq murakkab o’lchov masalasini hal qilish zarur bo’lsa, bir qator moslamalar va elektron hisoblash uskunalarini birlashtirgan o’lchov va hisoblash komplekslari hosil bo’ladi.

O’lchov vositalarining xususiyatlari

Asbob asboblari bevosita funktsiyalarini bajarish uchun muhim bo’lgan ba’zi xususiyatlarga ega. Bunga quyidagilar kiradi:

• Metrologik xususiyatlar, masalan, sezgirlik va uning chegarasi, elektr miqdorini o’lchash diapazoni, asbob xatosi, o’lchov bo’linishi, tezlik va boshqalar.
• Dinamik xususiyatlar, masalan, amplituda (qurilmaning chiqish signali amplitudasining kirish amplitudasiga bog’liqligi) yoki faza (faza siljishining signal chastotasiga bog’liqligi).
• Asbobning belgilangan sharoitlarda foydalanish talablariga muvofiqligini o’lchaydigan ko’rsatkichlar. Ular ko’rsatkichlarning ishonchliligi, ishonchliligi (qurilmaning ishlashga yaroqliligi, chidamliligi va ishonchliligi), texnik xizmat ko’rsatish, elektr xavfsizligi va samaradorlik kabi xususiyatlarni o’z ichiga oladi.

Uskunaning xarakteristikalari to’plami har bir turdagi qurilma uchun tegishli me’yoriy-texnik hujjatlar bilan belgilanadi.

Amaliy usullar

Elektr miqdorini o’lchash turli xil usullar yordamida amalga oshiriladi, ularni quyidagi mezonlarga muvofiq tasniflash mumkin:

• O’lchov amalga oshiriladigan fizik hodisalarning turi (elektr yoki magnit hodisalar).
• O’lchov vositasining ob’ekt bilan o’zaro ta’sirining tabiati. Bunga qarab, elektr miqdorini o’lchashning kontaktli va kontaktsiz usullari farqlanadi.
• O’lchov rejimi. Unga ko’ra o’lchovlar dinamik va statikdir.
• O’lchash usuli. Kerakli qiymat to’g’ridan-to’g’ri qurilma (masalan, ampermetr) tomonidan aniqlanganda va aniqroq usullar (nol, differentsial, qarama-qarshilik, almashtirish) aniqlanganda, to’g’ridan-to’g’ri baholash uchun usullar ishlab chiqilgan bo’lib, ularda ma’lum qiymat bilan taqqoslash orqali aniqlanadi. To’g’ridan-to’g’ri va o’zgaruvchan tokning kompensatorlari va elektr o’lchash ko’prigi taqqoslash moslamalari bo’lib xizmat qiladi.

Elektr o’lchash asboblari: turlari va xususiyatlari

Asosiy elektr miqdorlarini o’lchash uchun turli xil asboblar kerak. Ularning ishi asosidagi jismoniy printsipga qarab, ularning barchasi quyidagi guruhlarga bo’linadi:

• Elektromexanik qurilmalar, albatta, ularning dizaynida harakatlanuvchi qismga ega. Ushbu o’lchov vositalarining katta guruhiga elektrodinamik, ferrodinamik, magnetoelektrik, elektromagnit, elektrostatik va induksion qurilmalar kiradi. Masalan, juda keng qo’llaniladigan magnetoelektrik printsip voltmetr, ampermetr, ohmmetr, galvanometr kabi qurilmalar uchun asos bo’lib xizmat qilishi mumkin. Elektr hisoblagichlari, chastota o’lchagichlari va boshqalar induksiya printsipiga asoslanadi.
• Elektron qurilmalar qo’shimcha birliklarning mavjudligi bilan ajralib turadi: fizik kattaliklarning konvertorlari, kuchaytirgichlar, konvertorlar va boshqalar. Odatda, ushbu turdagi qurilmalarda o’lchangan qiymat voltajga aylanadi va voltmetr ularning konstruktiv asosi bo’lib xizmat qiladi. Elektron o’lchash moslamalari chastota o’lchagichlari, sig’im, qarshilik, indüktans va osiloskoplar uchun o’lchagichlar sifatida ishlatiladi.
• Termoelektrik qurilmalar o’zlarining dizaynlarida magnetoelektrik tipdagi o’lchash moslamasini va termojuft va issiqlik o’lchagich orqali hosil bo’lgan termal konvertorni birlashtiradilar. Ushbu turdagi asboblar asosan yuqori chastotali oqimlarni o’lchash uchun ishlatiladi.
• Elektrokimyoviy. Ularning ishlash printsipi elektrodlarda yoki interelektrodlar makonida o’rganilayotgan muhitda sodir bo’ladigan jarayonlarga asoslanadi. Ushbu turdagi asboblar elektr o’tkazuvchanligini, elektr energiyasi miqdorini va ba’zi elektr bo’lmagan miqdorlarni o’lchash uchun ishlatiladi.

Funktsional xususiyatlariga ko’ra elektr miqdorini o’lchash uchun quyidagi turdagi asboblar ajratiladi:

• Ko’rsatkichli (signal beruvchi) asboblar – bu faqat o’lchov ma’lumotlarini to’g’ridan-to’g’ri o’qishga imkon beradigan qurilmalar, masalan, vattmetr yoki ampermetr.
• Ro’yxatga oluvchilar – o’qishni yozib olish imkoniyatini beruvchi qurilmalar, masalan, elektron osiloskoplar.

Signal turi bo’yicha qurilmalar analog va raqamli bo’linadi.Agar qurilma o’lchangan qiymatning uzluksiz funktsiyasi bo’lgan signalni ishlab chiqaradigan bo’lsa, u analogga o’xshaydi, masalan voltmetr, uning ko’rsatkichlari o’q bilan o’lchov yordamida ko’rsatiladi. Agar qurilma avtomatik ravishda diskret qiymatlar oqimi ko’rinishida displeyga raqamli shaklda keladigan signalni chiqaradigan bo’lsa, biz raqamli o’lchov vositasi haqida gapiramiz.

Raqamli qurilmalarning analoglari bilan taqqoslaganda ba’zi kamchiliklari bor: ishonchliligi kam, elektr ta’minotiga ehtiyoj, yuqori narx. Shu bilan birga, ular raqamli qurilmalardan foydalanishni umuman afzalroq qiladigan muhim afzalliklari bilan ajralib turadi: ulardan foydalanish qulayligi, yuqori aniqlik va shovqinga qarshi immunitet, universalizatsiya imkoniyati, kompyuter bilan birikma va aniqlikni yo’qotmasdan signal uzatish.

Asboblarning xatosi va aniqligi

Elektr o’lchash moslamasining eng muhim xususiyati aniqlik sinfidir. Elektr miqdorini o’lchash, boshqalar singari, texnik qurilmaning xatolarini, shuningdek o’lchov aniqligiga ta’sir qiluvchi qo’shimcha omillarni (koeffitsientlarni) hisobga olmasdan amalga oshirilmaydi. Ushbu turdagi qurilmalar uchun ruxsat etilgan qisqartirilgan xatolarning chegara qiymatlari normallashgan deb nomlanadi va foizda ifodalanadi. Ular ma’lum bir qurilmaning aniqlik sinfini aniqlaydilar.

O’lchov vositalarining tarozilarini belgilash odatiy bo’lgan standart sinflar quyidagilar: 4.0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. Ularga muvofiq maqsadlar bo’yicha bo’linish o’rnatildi: 0,05 dan 0,2 gacha bo’lgan sinflarga tegishli qurilmalar namunali, 0,5 va 1,0 sinflarda laboratoriya moslamalari va nihoyat, 1,5-4 sinf qurilmalari mavjud. , 0 texnik.

O’lchov moslamasini tanlashda uning echilayotgan masalalar sinfiga mos kelishi zarur, shu bilan birga yuqori o’lchov chegarasi kerakli qiymatning son qiymatiga imkon qadar yaqin bo’lishi kerak. Ya’ni, asbob o’qining og’ishiga qanchalik katta erishish mumkin bo’lsa, o’lchovning nisbiy xatosi shunchalik kichik bo’ladi. Agar faqat past darajadagi qurilmalar mavjud bo’lsa, eng kichik ishlaydigan diapazonga ega bo’lgan qurilmani tanlash kerak. Ushbu usullardan foydalanib, elektr miqdorini o’lchash juda aniq bajarilishi mumkin. Bunday holda, shuningdek, qurilma o’lchov turini (bir xil yoki notekis, masalan, ohmmetr tarozisi) hisobga olish kerak.

Asosiy elektr miqdorlari va ularning birliklari

Ko’pincha elektr o’lchovlari quyidagi miqdorlar to’plami bilan bog’liq:

• Oqimning kuchi (yoki shunchaki oqim) I. Bu qiymat o’tkazgichning kesimidan 1 soniyada o’tadigan elektr zaryad miqdorini bildiradi. Elektr tokining kattaligini o’lchash amperlarda (A) ampermetrlar, avometrlar (“tseshek” deb nomlangan sinovchilar), raqamli multimetrlar, asbob transformatorlari yordamida amalga oshiriladi.
• Elektr quvvati (zaryad) q. Ushbu qiymat ma’lum bir jismoniy tananing elektromagnit maydon manbai bo’lishi darajasini belgilaydi. Elektr zaryadi kulomblarda (C) o’lchanadi. 1 C (amper-soniya) = 1 A ∙ 1 s. Elektrometrlar yoki elektron zaryadometrlar (kulombometrlar) o’lchov asboblari sifatida ishlatiladi.
• Voltaj U. Elektr maydonining ikki xil nuqtasi o’rtasida mavjud bo’lgan potentsial farqni (zaryad energiyasini) ifodalaydi. Berilgan elektr miqdori uchun o’lchov birligi volt (V) dir. Agar 1 kulon zaryadini bir nuqtadan ikkinchisiga o’tkazish uchun maydon 1 joule ishini bajarsa (ya’ni mos keladigan energiya sarflansa), u holda potentsial farqi – kuchlanish – bu nuqtalar orasidagi volt 1 volts: 1 V = 1 J / 1 Cl. Elektr kuchlanishining kattaligini o’lchash voltmetrlar, raqamli yoki analog (sinovchilar) multimetrlar yordamida amalga oshiriladi.
• Qarshilik R. Supero’tkazuvchilar orqali elektr tokining o’tishini oldini olish qobiliyatini tavsiflaydi.Qarshilik birligi ohm. 1 ohm – kuchlanishning o’tkazuvchanligi 1 voltsli uchlarida 1 amperlik oqimga qarshilik: 1 ohm = 1 V / 1 A. Qarshilik o’tkazgichning kesimi va uzunligiga to’g’ridan-to’g’ri proportsionaldir. Uni o’lchash uchun ohmmetrlar, avometrlar, multimetrlar qo’llaniladi.
• Elektr o’tkazuvchanligi (o’tkazuvchanlik) G – qarshilikning o’zaro ta’siri. Siemens (sm) da o’lchangan: 1 sm = 1 ohm -1 .
• Imkoniyat C – bu Supero’tkazuvchilar zaryadni saqlash qobiliyatini o’lchovidir, shuningdek, bu asosiy elektr miqdorlaridan biri. Uning o’lchov birligi – farad (F). Kondensator uchun bu qiymat plitalarning o’zaro sig’imi sifatida aniqlanadi va to’plangan zaryadning plitalardagi potentsial farqiga nisbati bilan tengdir. Yassi kondansatörning quvvati plitalar maydonining ko’payishi va ular orasidagi masofaning pasayishi bilan ortadi. Agar 1 kulonni zaryad qilishda plitalarda 1 voltlik kuchlanish hosil bo’lsa, unda bunday kondansatörning quvvati 1 faradga teng bo’ladi: 1 F = 1 C / 1 V. O’lchov maxsus qurilmalar – quvvat o’lchagichlari yoki raqamli multimetrlar yordamida amalga oshiriladi.
• P kuchi – bu elektr energiyasini uzatish (konvertatsiya qilish) tezligini aks ettiruvchi qiymat. Vatt (Vt; 1 Vt = 1 J / s) tizim quvvat bloki sifatida olinadi. Ushbu qiymat kuchlanish va oqim mahsuloti orqali ham ifodalanishi mumkin: 1 Vt = 1 V-1 A. O’zgaruvchan tok zanjirlari uchun faol (iste’mol qilingan) quvvat P ajratiladi_a, reaktiv P_ra (oqim ishida qatnashmaydi) va umumiy quvvat P. O’lchashda ular uchun quyidagi birliklar ishlatiladi: vatt, var (“reaktiv volt-amper” degan ma’noni anglatadi) va shunga mos ravishda volt-amper V ∙ A. Ularning o’lchamlari bir xil va ular ko’rsatilgan qiymatlarni ajratishga xizmat qiladi. Quvvat o’lchagichlari – analog yoki raqamli vattmetrlar. Bilvosita o’lchovlar (masalan, ampermetr yordamida) har doim ham qo’llanilmaydi. Quvvat faktori kabi muhim miqdorni aniqlash uchun (faza siljishining burchagi orqali ifoda etilgan) faz o’lchagichlari deb nomlangan qurilmalardan foydalaniladi.
• Chastotani f. Bu o’zgaruvchan tokning o’ziga xos xususiyati bo’lib, uning kattaligi va yo’nalishini (umuman) 1 soniya davomida o’zgartirish tsikllari sonini ko’rsatadi. Chastotaning birligi teskari soniya yoki gerts (Hz): 1 Hz = 1 s -1 . Ushbu miqdor chastota o’lchagichlari deb nomlangan keng sinf asboblari yordamida o’lchanadi.

Magnit miqdorlar

Magnetizm elektr energiyasi bilan chambarchas bog’liq, chunki ikkalasi ham bitta asosiy fizik jarayon – elektromagnetizmning namoyonidir. Shu sababli, teng darajada yaqin munosabatlar elektr va magnit miqdorlarni o’lchash usullari va vositalariga xosdir. Ammo nuances ham bor. Qoida tariqasida, ikkinchisini aniqlashda elektr o’lchami amalda amalga oshiriladi. Magnit qiymat bilvosita uni elektr bilan bog’laydigan funktsional aloqadan olinadi.

Ushbu o’lchov sohasidagi mos yozuvlar miqdori magnit induktsiya, maydon kuchlanishi va magnit oqimdir. Ular asbobning o’lchov lentasi yordamida EMF ga aylantirilishi mumkin, u o’lchanadi, undan keyin kerakli qiymatlar hisoblab chiqiladi.

• Magnit oqim veb-hisoblagichlar (fotoelektrik, magnetoelektrik, analog elektron va raqamli) va yuqori sezgir ballistik galvanometrlar kabi qurilmalar bilan o’lchanadi.
• Induksiya va magnit maydon kuchliligi har xil turdagi transduserlar bilan jihozlangan teslametrlar yordamida o’lchanadi.

To’g’ridan-to’g’ri bog’liq bo’lgan elektr va magnit miqdorlarni o’lchash ko’plab ilmiy va texnik muammolarni hal qilishga imkon beradi, masalan, Quyosh, Yer va sayyoralarning atom yadrosi va magnit maydonlarini o’rganish, turli materiallarning magnit xususiyatlarini o’rganish, sifat nazorati va boshqalar.

Elektr bo’lmagan miqdorlar

Elektr usullarining qulayligi ularni elektrga xos bo’lmagan har qanday fizik kattaliklarni, masalan, harorat, o’lchovlar (chiziqli va burchakli), deformatsiya va boshqa ko’plab o’lchovlarga, shuningdek kimyoviy jarayonlar va moddalar tarkibini o’rganishga imkon beradi.

Elektr bo’lmagan miqdorlarni elektr o’lchash uchun asboblar odatda datchikning kompleksi – konvertorning har qanday parametrlariga (kuchlanish, qarshilik) va elektr o’lchash moslamasiga aylantiriladi. Turli xil miqdorlarni o’lchaydigan ko’plab turdagi transduserlar mavjud. Mana bir nechta misol:

• Reostat datchiklari. Bunday transduserlarda o’lchangan qiymat ta’sirlanganda (masalan, suyuqlik darajasi yoki uning hajmi o’zgarganda), reostat slayder harakat qiladi va shu bilan qarshilik o’zgaradi.
• Termistlar. Ushbu turdagi apparatlardagi sensorning qarshiligi harorat ta’sirida o’zgaradi. Ular gaz oqimining tezligini, haroratni o’lchash, gaz aralashmalarining tarkibini aniqlash uchun ishlatiladi.
• Kuchlanish qarshiligi simlarning kuchlanishini o’lchashga imkon beradi.
• Yorug’lik, harorat yoki harakatdagi o’zgarishlarni keyinchalik o’lchangan fototokga aylantiradigan fotosensorlar.
• Havoning kimyoviy tarkibi, siljishi, namligi, bosimi uchun sensor sifatida ishlatiladigan sig’imli transduserlar.
• Piezoelektrik transduserlar ba’zi bir kristalli materiallarda EMF printsipi asosida mexanik ta’sir o’tkazilganda ishlaydi.
• Induksion datchiklar tezlik yoki tezlashuv kabi miqdorlarni induktiv EMFga aylantirishga asoslangan.

Elektr o’lchash asboblari va usullarini yaratish

Elektr miqdorini o’lchash uchun turli xil vositalar ushbu parametrlar muhim rol o’ynaydigan turli xil hodisalarga bog’liq. Elektr jarayonlari va hodisalari barcha sohalarda juda keng qo’llaniladi – inson faoliyatining bunday sohasini ular qo’llash mumkin bo’lmagan joylarni ko’rsatish mumkin emas. Bu fizik kattaliklarni elektr o’lchash muammolarining tobora kengayib borayotgan doirasini aniqlaydi. Ushbu muammolarni hal qilish vositalari va usullarining xilma-xilligi va takomillashuvi doimiy ravishda o’sib bormoqda. Elektr bo’lmagan miqdorlarni elektr usullari bilan o’lchash kabi o’lchov texnologiyasining bunday yo’nalishi ayniqsa tez va muvaffaqiyatli rivojlanmoqda.

Zamonaviy elektr o’lchash texnologiyasi aniqlik, shovqinga qarshi immunitet va tezlikni oshirish, shuningdek, o’lchov jarayonini avtomatlashtirish va uning natijalarini qayta ishlash yo’nalishida rivojlanmoqda. O’lchov asboblari eng oddiy elektromexanik qurilmalardan elektron va raqamli qurilmalarga, so’ngra mikroprotsessor texnologiyasidan foydalangan holda eng yangi o’lchov va hisoblash majmualariga aylandi. Shu bilan birga, o’lchash moslamalari dasturiy ta’minotining rolining ortishi, shubhasiz, rivojlanishning asosiy tendentsiyasidir.