Adică, câmpul electric a trebuit să „trage” electroni prin sarcină, iar energia care a fost consumată în acest caz este caracterizată de o cantitate numită tensiune electrică. Aceeași energie a fost cheltuită pentru o modificare a stării substanței de încărcare. Energia, după cum știm, nu dispare în nicăieri și nu apare de nicăieri. Aceasta este ceea ce scrie Legea conservării energiei. Adică, dacă curentul consumă energie care trece prin sarcină, sarcina a dobândit această energie și, de exemplu, s-a încălzit.
Adică ajungem la definiția: tensiunea curentului electric este o cantitate care arată cât de multă muncă a făcut câmpul când a mutat o sarcină dintr-un punct în altul. Tensiunea în diferite părți ale circuitului va fi diferită. Tensiunea pe o secțiune a unui fir gol va fi foarte mică, iar tensiunea pe o secțiune cu orice sarcină va fi mult mai mare, iar mărimea tensiunii va depinde de cantitatea de muncă efectuată de curent. Tensiunea se măsoară în volți (1 V). Pentru a determina tensiunea există o formulă:
unde U este tensiunea, A este munca efectuată de curent pentru a muta sarcina q într-o anumită secțiune a circuitului.
Tensiune la polii sursei de curent
În ceea ce privește tensiunea de pe secțiunea circuitului, totul este clar. Ce înseamnă atunci tensiunea la poli? sursa actuala? În acest caz, această tensiune înseamnă cantitatea potențială de energie pe care sursa o poate imprima curentului. Este ca presiunea apei în conducte. Aceasta este cantitatea de energie care va fi consumată dacă o anumită sarcină este conectată la sursă. Prin urmare, cu cât tensiunea la sursa de curent este mai mare, cu atât curentul poate face mai multă muncă.
2) Dielectricii într-un câmp electric
Spre deosebire de conductori, dielectricii nu au încărcături gratuite. Toate taxele sunt
conectate: electronii aparțin atomilor lor, iar ionii dielectricilor solizi vibrează
lângă nodurile rețelei cristaline.
În consecință, atunci când un dielectric este plasat într-un câmp electric, nu are loc nicio mișcare direcțională a sarcinilor
Prin urmare, dovezile noastre de proprietăți nu trec pentru dielectrici
conductori - la urma urmei, toate aceste argumente s-au bazat pe posibilitatea apariției curentului. Într-adevăr, nici una dintre cele patru proprietăți ale conductorilor formulate în articolul precedent
nu se aplică dielectricilor.
2. Densitatea de sarcină volumetrică într-un dielectric poate fi diferită de zero.
3. Liniile de tensiune pot să nu fie perpendiculare pe suprafața dielectricului.
4. Diferite puncte ale dielectricului pot avea potențiale diferite. Prin urmare, vorbiți despre
„potenţialul dielectric” nu este necesar.
Polarizarea dielectricilor- un fenomen asociat cu o deplasare limitată a sarcinilor legate într-un dielectric sau rotația dipolilor electrici, de obicei sub influența unui câmp electric extern, uneori sub influența altor forțe externe sau spontan.
Polarizarea dielectricilor se caracterizează prin vector de polarizare electrică. Semnificația fizică a vectorului de polarizare electrică este momentul dipolului pe unitatea de volum a dielectricului. Uneori, vectorul de polarizare este numit pe scurt polarizare.
Vectorul de polarizare este aplicabil pentru a descrie starea macroscopică de polarizare nu numai a dielectricilor obișnuiți, ci și a feroelectricilor și, în principiu, a oricăror medii cu proprietăți similare. Este aplicabil nu numai pentru a descrie polarizarea indusă, ci și polarizarea spontană (în feroelectrice).
Polarizarea este o stare a unui dielectric, care se caracterizează prin prezența unui moment dipol electric în orice (sau aproape orice) element al volumului său.
Se face o distincție între polarizarea indusă într-un dielectric sub influența unui câmp electric extern și polarizarea spontană (spontană), care apare în feroelectrice în absența unui câmp extern. În unele cazuri, polarizarea unui dielectric (feroelectric) are loc sub influența stresului mecanic, a forțelor de frecare sau datorită schimbărilor de temperatură.
Polarizarea nu modifică sarcina netă în niciun volum macroscopic într-un dielectric omogen. Cu toate acestea, este însoțită de apariția pe suprafața sa a unor sarcini electrice legate cu o anumită densitate de suprafață σ. Aceste sarcini legate creează în dielectric un câmp macroscopic suplimentar cu intensitate, îndreptat împotriva câmpului extern cu intensitate. Ca rezultat, intensitatea câmpului din interiorul dielectricului va fi exprimată prin egalitatea:
În funcție de mecanismul de polarizare, polarizarea dielectricilor poate fi împărțită în următoarele tipuri:
Electronic - deplasarea învelișurilor de electroni ale atomilor sub influența unui câmp electric extern. Cea mai rapidă polarizare (până la 10−15 s). Nu este asociat cu pierderi.
Ionic - deplasarea nodurilor unei structuri cristaline sub influența unui câmp electric extern, iar deplasarea este cu o cantitate mai mică decât constanta rețelei. Timp de curgere 10−13 s, fără pierderi.
Dipol (Orientare) - apare cu pierderi în depășirea forțelor de cuplare și frecare internă. Asociat cu orientarea dipolilor într-un câmp electric extern.
Relaxarea electronilor - orientarea electronilor defect într-un câmp electric extern.
Relaxarea ionică - deplasarea ionilor care sunt slab fixați în nodurile structurii cristaline, sau localizați în interstițiu.
Structural - orientarea impurităților și incluziunilor macroscopice neomogene în dielectric. Cel mai lent tip.
Spontană (spontană) - datorită acestui tip de polarizare, în dielectricii în care se observă, polarizarea prezintă proprietăți semnificativ neliniare chiar și la valori scăzute ale câmpului extern și se observă fenomenul de histerezis. Astfel de dielectrice (feroelectrice) se caracterizează prin constante dielectrice foarte mari (de la 900 la 7500 pentru unele tipuri de ceramică de condensator). Introducerea polarizării spontane, de regulă, crește tangenta de pierdere a materialului (până la 10 -2)
Rezonant - orientarea particulelor ale căror frecvențe naturale coincid cu frecvențele câmpului electric extern.
Polarizarea migrației este cauzată de prezența în material a unor straturi cu conductivitati diferite, formarea sarcinilor spațiale, în special la gradienți de tensiune înaltă, are pierderi mari și este o polarizare cu acțiune lentă.
Polarizarea dielectricilor (cu excepția polarizării rezonante) este maximă în câmpurile electrice statice. În câmpuri alternante, datorită prezenței inerției electronilor, ionilor și dipolilor electrici, vectorul de polarizare electrică depinde de frecvență.
Era progresului științific și tehnologic necesită măsurarea tuturor. Rețelele electrice nu fac excepție. Pentru a face aceste măsurători, este important să știți în ce unități se măsoară tensiunea. În cel mai comun sistem SI, unitatea de măsură pentru tensiune este desemnată 1 Volt sau abreviată ca 1V. Poate fi desemnat și 1V. Această denumire a fost aleasă în onoarea fizicianului italian Alessandro Volta.
Ce este tensiunea electrică
Nu poate exista de la sine, precum greutatea. Există două cazuri care necesită măsurarea acestuia:
- Între diferite noduri ale unui circuit electric sau capete ale unui conductor. 1 Volt este potențialul la care un curent de 1 Ampere produce 1 Watt de putere;
- Intensitatea câmpului electrostatic este măsurată între două puncte de câmp. O unitate de tensiune, 1 Volt, este potențialul la care o sarcină de 1 Coulomb efectuează 1 Joule de lucru.
efectul Josephson
Din 1990, a existat o altă definiție a tensiunii electrice. Valoarea sa este legată de standardul de frecvență și de ceasul de cesiu. În acest caz, se utilizează efectul Josephson non-staționar; atunci când o matrice specială este iradiată cu radiație la o frecvență de 10-80 GHz, apare un potențial pe ea, a cărui valoare nu depinde de condițiile experimentale.
Tensiune RMS
Mărimea potențialului electric dintre secțiunile rețelei este determinată de cantitatea de căldură sau de muncă efectuată într-un anumit timp. Dar acest lucru este valabil doar pentru curentul continuu. Tensiunea alternativă are formă sinusoidală. La amplitudinea maximă este maximă, iar în timpul trecerii de la o semiundă pozitivă la una negativă este zero.
Prin urmare, pentru calcule se folosește valoarea medie, care se numește „valoarea efectivă”, care în calcule este echivalată cu o constantă de aceeași valoare.
Diferă de maxim de 1,4 ori sau √2. Pentru o rețea de 220V, valoarea maximă este 311V. Acest lucru este important atunci când alegeți condensatori, diode și alte elemente ale circuitelor electronice.
Determinarea tensiunii
Cum se măsoară tensiunea? Acest lucru se face cu un dispozitiv special - un voltmetru. Poate avea un design diferit, să fie digital sau pointer, dar rezistența sa ar trebui să fie cât mai mare și curentul să fie minim. Acest lucru este necesar pentru a minimiza influența dispozitivului asupra rețelei și pierderile în firele care merg de la sursa de alimentare la voltmetru.
Rețea DC
Aceste măsurători se fac cu instrumente magnetoelectrice. Recent, dispozitivele cu afișaje digitale au fost utilizate pe scară largă.
Cel mai simplu mod este conectarea directă a dispozitivului la locul de măsurare. Acest lucru este posibil sub rezerva mai multor condiții:
- Limita de măsurare este mai mare decât maximul așteptat. Dacă este necunoscut înainte de începerea măsurătorilor, atunci cea mai mare limită trebuie selectată și redusă succesiv;
- Mențineți polaritatea conexiunii. Dacă conexiunea este incorectă, săgeata se va devia în direcția opusă, iar afișajul digital va afișa o valoare negativă.
Dacă limita de măsurare este insuficientă, aceasta poate fi extinsă folosind rezistență suplimentară. Poate fi extern sau intern. Puteți utiliza mai multe rezistențe și le puteți comuta pentru a modifica limita dispozitivului. Așa funcționează un multimetru.
alimentare de curent alternativ
Tensiunea este măsurată într-o rețea de curent electric alternativ cu instrumente de toate tipurile, cu excepția celor magnetoelectrice. Aceste dispozitive pot fi utilizate numai prin conectarea lor la ieșirea redresorului.
Există mai multe modalități de a crește limita de măsurare. Pentru a face acest lucru, în plus, unul dintre dispozitive este conectat la dispozitiv:
- rezistență suplimentară;
- la o frecvență constantă a rețelei, se folosesc condensatoare în loc de rezistență;
- Cea mai comună opțiune este utilizarea unui transformator de tensiune.
Cerințele pentru dispozitivele de măsurare și accesoriile suplimentare sunt aceleași ca și pentru dispozitivele de curent continuu.
Informații generale. Necesitatea de a măsura tensiunea în practică apare foarte des. În circuitele și dispozitivele electrice și radio, tensiunea curentului continuu și alternativ (sinusoidal și pulsat) este cel mai adesea măsurată.
Tensiune DC (Fig. 3.5, A) se exprimă ca . Sursele unei astfel de tensiuni sunt generatoarele de curent continuu și sursele de energie chimică.
Orez. 3.5. Diagrame de temporizare a tensiunii: curent continuu (a), sinusoidal alternativ (b) și impuls alternativ (c)
Tensiune curent sinusoidal AC (Fig. 3.5, b) se exprimă ca 
și se caracterizează prin rădăcină pătrată medie și valori de amplitudine:
Sursele unei astfel de tensiuni sunt generatoarele de joasă și înaltă frecvență și rețeaua electrică.
Tensiunea curentului de impuls AC (Fig. 3.5 V) se caracterizează prin valori ale amplitudinii și tensiunii medii (componentă constantă). Sursa unei astfel de tensiuni sunt generatoarele de impulsuri cu semnale de diferite forme.
Unitatea de bază de măsură pentru tensiune este voltul (V).
În practica măsurătorilor electrice, unitățile submultiple și multiple sunt utilizate pe scară largă:
Kilovolt (1 kV - V);
Milivolt (1mV - V);
Microvolt (1 µV - V).
Denumirile internaționale ale unităților de tensiune sunt date în apendicele 1.
În clasificarea catalogului, voltmetrele electronice sunt desemnate după cum urmează: B1 - exemplar, B2 - curent continuu, VZ - curent sinusoidal alternativ, B4 - curent de impuls alternativ, B5 - sensibil la fază, B6 - selectiv, B7 - universal.
Pe scalele indicatoarelor analogice și pe panourile frontale (pe întrerupătoarele de limită) ale voltmetrelor electronice și electromecanice autohtone și străine, sunt utilizate următoarele denumiri: V - voltmetre, kV - kilometri, mV - milivoltmetre, V - microvoltmetre.
Măsurarea tensiunii continue. Pentru măsurarea tensiunii continue, se folosesc voltmetre și multimetre electromecanice, voltmetre electronice analogice și digitale și osciloscoape electronice.
Voltmetre electromecanice Evaluarea directă a valorii măsurate constituie o clasă mare de dispozitive de tip analog și are următoarele avantaje:
Abilitatea de a lucra fără conectarea la o sursă de alimentare;
Dimensiuni generale mici;
Pret mai mic (fata de cele electronice);
Simplitatea designului și ușurința în operare.
Cel mai adesea, atunci când se efectuează măsurători electrice în circuite cu curent ridicat, se folosesc voltmetre bazate pe sisteme electromagnetice și electrodinamice, iar în circuitele cu curent scăzut se utilizează un sistem magnetoelectric. Deoarece toate sistemele de mai sus sunt ele însele contoare de curent (ampermetre), pentru a crea voltmetre pe baza lor, este necesar să se mărească rezistența internă a dispozitivului, de exemplu. conectați un rezistor suplimentar în serie cu mecanismul de măsurare (Fig. 3.6, A).
Voltmetrul este conectat la circuitul testat în paralel (Fig. 3.6, b), iar impedanța sa de intrare trebuie să fie suficient de mare.
Pentru a extinde domeniul de măsurare al voltmetrului, se folosește și o rezistență suplimentară, care este conectată la dispozitiv în serie (Fig. 3.6, V).
Valoarea rezistenței rezistorului suplimentar este determinată de formula:
 |
Orez. 3.6. Schema pentru crearea unui voltmetru bazat pe un ampermetru ( A), conectarea voltmetrului la sarcină ( 6 ), conectarea unui rezistor suplimentar la un voltmetru ( V)
(3.8)
Unde este un număr care arată de câte ori se extinde limita de măsurare a voltmetrului:
unde este limita de măsurare inițială;
— nouă limită de măsurare.
Rezistoarele suplimentare plasate în interiorul corpului dispozitivului sunt numite interne, în timp ce cele conectate la dispozitiv din exterior sunt numite externe. Voltmetrele pot fi multi-gamă. Există o relație directă între limita de măsurare și rezistența internă a unui voltmetru cu limite multiple: cu cât limita de măsurare este mai mare, cu atât rezistența voltmetrului este mai mare.
Voltmetrele electromecanice au următoarele dezavantaje:
Domeniu limitat de măsurare a tensiunii (chiar și în voltmetre cu intervale multiple);
Rezistență scăzută de intrare, prin urmare, consum mare de energie internă din circuitul studiat.
Aceste dezavantaje ale voltmetrelor electromecanice determină utilizarea preferată a voltmetrelor electronice pentru măsurarea tensiunii în electronică.
Voltmetre electronice analogice DC construit după schema prezentată în fig. 3.7. Dispozitivul de intrare este format dintr-un emițător urmăritor (pentru a crește rezistența de intrare) și un atenuator - un divizor de tensiune.
Avantajele voltmetrelor electronice analogice în comparație cu cele analogice sunt evidente:
Orez. 3.7. Schema bloc a unui voltmetru DC analog electronic
Gamă largă de măsurare a tensiunii;
Rezistență mare de intrare, prin urmare, consum intrinsec de putere redus din circuitul studiat;
Sensibilitate ridicată datorită prezenței unui amplificator la intrarea dispozitivului;
Imposibilitatea suprasolicitarilor.
Cu toate acestea, voltmetrele electronice analogice au o serie de dezavantaje:
Disponibilitatea surselor de energie, în mare parte stabilizate;
Eroarea relativă redusă este mai mare decât cea a voltmetrelor electromecanice (2,5-6%);
Greutate si dimensiuni mari, pret mai mare.
În prezent, voltmetrele electronice analogice DC nu sunt utilizate pe scară largă, deoarece parametrii lor sunt considerabil inferiori voltmetrelor digitale.
Măsurarea tensiunii AC.
Pentru măsurarea tensiunii AC se folosesc voltmetre și multimetre electromecanice, voltmetre electronice analogice și digitale și osciloscoape electronice.
Să luăm în considerare voltmetrele electromecanice ieftine și destul de precise. Este recomandabil să faceți acest lucru în intervalele de frecvență.
La frecvențele industriale de 50, 100, 400 și 1000 Hz, voltmetrele sistemelor electromagnetice, electrodinamice, ferodinamice, redresoare, electrostatice și termoelectrice sunt utilizate pe scară largă.
La frecvențe joase (până la 15-20 kHz) se folosesc voltmetre de redresor, sisteme electrostatice și termoelectrice.
La frecvențe înalte (până la câteva - zeci de megaherți) sunt utilizate dispozitive de sisteme electrostatice și termoelectrice.
Pentru măsurătorile electrice, instrumentele universale - multimetre - sunt utilizate pe scară largă.
Multimetre(testere, amper-volt-ohmmetre, dispozitive combinate) vă permit să măsurați mulți parametri: puterea curentului continuu și alternativ, tensiunea curentului continuu și alternativ, rezistența rezistenței, capacitatea condensatorului (nu toate dispozitivele), unii parametri statici ai tranzistoarelor de putere redusă (, , Și ).
Multimetrele sunt disponibile cu citire analogică și digitală.
Utilizarea pe scară largă a multimetrelor se explică prin următoarele avantaje:
Multifunctionalitate, de ex. Posibilitate de utilizare ca ampermetre, voltmetre, ohmmetre, faradometre, contoare de parametri ai tranzistoarelor de putere redusă:
Gamă largă de parametri măsurați datorită prezenței mai multor limite de măsurare pentru fiecare parametru;
Posibilitate de utilizare ca dispozitive portabile, deoarece nu există alimentare de la rețea;
Greutate și dimensiuni reduse;
Versatilitate (capacitatea de a măsura curenți și tensiuni alternative și continue),
Multimetrele au, de asemenea, o serie de dezavantaje:
Gama îngustă de frecvență de aplicabilitate;
Consum mare de energie proprie de la primul circuit studiat;
Eroare mare redusă pentru multimetre analogice (1,5, 2,5 și 4) și digitale;
Inconsecvența rezistenței interne la diferite limite 4 ale măsurătorilor de curent și tensiune.
Conform clasificării catalogului intern, multimetrele sunt desemnate Ts43 și apoi numărul modelului, de exemplu, Ts4352.
Pentru a determina rezistența internă a unui multimetru analogic la limita de măsurare inclusă, rezistența specifică poate fi dată în pașaportul dispozitivului 1. De exemplu, în pașaportul testerului Ts4341, rezistivitatea = 16,7 kOhm/V, limitele de măsurare pentru tensiunea continuă sunt 1,5 - 3 - 6 - 15 V.
În acest caz, rezistența multimetrului la limita de 6 V DC este determinată de formula:
Pașaportul dispozitivului poate conține informațiile necesare pentru a calcula rezistența conform legii lui Ohm.
Dacă testerul este folosit ca voltmetru, atunci rezistența sa de intrare este determinată de formula:
unde este limita de măsurare selectată;
Valoarea curentă în limita selectată (indicată pe panoul din spate al dispozitivului sau în pașaportul acestuia).
Dacă testerul este folosit ca ampermetru, atunci rezistența sa de intrare este determinată de formula:
Unde este limita de măsurare selectată;
— valoarea tensiunii afișată pe panoul din spate al dispozitivului sau în fișa tehnică a acestuia.
De exemplu, pașaportul testerului Ts4341 arată o cădere de tensiune pe dispozitiv egală cu 0,3 V în intervalul 0,06 - 0,6 - 6 - 60 - 600 mA DC și o cădere de tensiune de 1,3 V în intervalul: 0,3 - 3 - 30 - 300 mA AC. Impedanța de intrare a multimetrului în limita de 3 mA AC va fi
Voltmetre electronice analogice de curent alternativ sunt construite conform uneia dintre schemele bloc (Fig. 3.8), care diferă în succesiunea de aranjare a blocurilor principale - amplificatorul și convertorul (detectorul) de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu. Proprietățile acestor voltmetre depind în mare măsură de circuitul ales.
Orez. 3.8. Scheme bloc ale voltmetrelor electronice analogice de tip curent alternativ U-D ( A) și tip D-U (b)
Voltmetrele din primul grup - tipul amplificator-detector (A-D) - au o sensibilitate ridicată, care este asociată cu prezența unui amplificator suplimentar. Prin urmare, toate micro- și milivoltmetrele sunt construite conform circuitului V-D. Cu toate acestea, intervalul de frecvență al unor astfel de voltmetre nu este larg (până la câțiva megaherți), deoarece crearea unui amplificator AC în bandă largă este asociată cu anumite dificultăți. Voltmetrele de tip U-D sunt clasificate ca neuniversale (subgrupa VZ), adică poate măsura doar tensiunea AC.
Voltmetrele din a doua grupă - tipul detector-amplificator (D-A) - au o gamă largă de frecvență (până la câțiva gigaherți) și o sensibilitate scăzută. Voltmetrele de acest tip sunt universale (subgrupa B7), adică. măsurați tensiunea nu numai a curentului alternativ, ci și a curentului continuu; poate măsura tensiunea la un nivel semnificativ, deoarece nu este dificil să se asigure un câștig mare folosind CNT-uri.
În ambele tipuri de voltmetre, o funcție importantă este îndeplinită de convertoarele tensiunii AC în tensiune DC - detectoare, care, pe baza funcției de conversie a tensiunii de intrare în tensiunea de ieșire, pot fi clasificate în trei tipuri: valori de amplitudine, rms și rms rectificate. .
Proprietățile dispozitivului depind în mare măsură de tipul de detector. Voltimetrele cu detector de valoare a amplitudinii sunt cele cu cea mai mare frecvență; voltmetrele cu un detector de valoare RMS vă permit să măsurați tensiunea AC de orice formă; voltmetrele cu detector de valoare medie redresată sunt potrivite pentru măsurarea tensiunii doar a unui semnal armonic și sunt cele mai simple, mai fiabile și mai ieftine.
Detector de valoare a amplitudinii este un dispozitiv a cărui tensiune de ieșire corespunde valorii de amplitudine a semnalului măsurat, care este asigurată prin stocarea tensiunii pe condensator.
Pentru ca circuitul de sarcină reală al oricărui detector să filtreze eficient semnalul util și să suprima armonicile de înaltă frecvență nedorite, trebuie îndeplinită următoarea condiție:
Sau , (3.12)
unde este capacitatea filtrului de ieșire;
— rezistența la sarcină a detectorului.
A doua condiție pentru buna funcționare a detectorului:
Figura 3.9 prezintă schema bloc și diagramele de timp ale tensiunii de ieșire a detectorului de valoare de amplitudine cu o diodă conectată în paralel și intrarea închisă. Un detector cu intrare închisă are un condensator conectat în serie, care nu permite trecerea componentei DC. Să luăm în considerare funcționarea unui astfel de detector atunci când la intrarea acestuia este aplicată o tensiune sinusoidală .
Orez. 3.9. Schema bloc a unui detector de valori de amplitudine cu conexiune paralelă a unei diode și a unei intrări închise (A)și diagrame de temporizare a tensiunii (b) Când sosește o semiundă pozitivă a unei undă sinusoidală, condensatorul CU este încărcată printr-o diodă VD, care are rezistență scăzută atunci când este deschisă.
Constanta de timp de încărcare a condensatorului este mică, iar condensatorul se încarcă rapid la valoarea sa maximă . Când se schimbă polaritatea semnalului de intrare, dioda este închisă și condensatorul este descărcat lent prin rezistența de sarcină, care este selectată mare - 50-100 MOhm.
Astfel, constanta de descărcare se dovedește a fi semnificativ mai mare decât perioada semnalului sinusoidal. Ca rezultat, condensatorul rămâne încărcat la o tensiune apropiată de 
.
Modificarea tensiunii la rezistorul de sarcină este determinată de diferența dintre amplitudinile tensiunii de intrare și tensiunea pe condensator 
.Ca urmare, tensiunea de ieșire va pulsa cu dublul amplitudinii tensiunii măsurate (vezi Fig. 3.9, b).
Acest lucru este confirmat de următoarele calcule matematice:
la , , la , la .
Pentru a izola componenta constantă a semnalului, ieșirea detectorului este conectată la un filtru capacitiv, care suprimă toate celelalte armonici de curent.
Pe baza celor de mai sus, urmează concluzia: cu cât perioada semnalului studiat este mai scurtă (cu cât frecvența acestuia este mai mare), cu atât egalitatea este mai precisă. , ceea ce explică proprietăţile de înaltă frecvenţă ale detectorului. Atunci când utilizați voltmetre cu un detector de amplitudine, trebuie avut în vedere faptul că aceste dispozitive sunt cel mai adesea calibrate în valorile pătrate medii ale semnalului sinusoidal, adică citirile indicatorului dispozitivului sunt egale cu coeficientul. a valorii amplitudinii împărțită la factorul de amplitudine al sinusoidei:
unde este factorul de amplitudine.
detector RMS(Fig. 3.10) convertește tensiunea AC în tensiune DC, proporțional cu pătratul valorii pătrate medii a tensiunii măsurate. Prin urmare, măsurarea tensiunii rms presupune efectuarea a trei operații: punerea la pătrat a valorii instantanee a semnalului, media valorii acestuia și luarea rădăcinii rezultatului medierii (ultima operație se asigură prin calibrarea scalei voltmetrului). Pătratarea valorii semnalului instantaneu este de obicei realizată de o celulă cu diodă utilizând porțiunea pătratică a caracteristicii sale.
Orez. 3.10. detector RMS: A - celulă cu diodă; b— CVC al diodei
În celula cu diode VD, R1(vezi Fig. 3.10, A) o tensiune constantă este aplicată diodei VD în așa fel încât să rămână închisă atâta timp cât tensiunea măsurată () pe rezistor R2 nu va depăși valoarea .
Secțiunea inițială a caracteristicii curent-tensiune a diodei este scurtă (vezi Fig. 3.10, b), Prin urmare, partea pătratică este prelungită artificial prin metoda de aproximare liniară pe bucăți prin utilizarea mai multor celule de diodă.
La proiectarea voltmetrelor RMS, apar dificultăți în furnizarea unui interval larg de frecvență. În ciuda acestui fapt, astfel de voltmetre sunt cele mai populare, deoarece pot măsura tensiunea de orice formă complexă.
Detector mediu rectificat convertește tensiunea AC în tensiune DC proporțional cu valoarea medie a tensiunii redresate. Curentul de ieșire al unui dispozitiv de măsurare cu un astfel de detector este similar cu curentul de ieșire al sistemului redresor.
Tensiunile de curent alternativ care funcționează în dispozitivele electronice se pot modifica în timp, conform diferitelor legi. De exemplu, tensiunea la ieșirea oscilatorului principal al unui transmițător radio conectat variază în funcție de o lege sinusoidală, la ieșirea unui generator de baleiaj de osciloscop impulsurile au formă de dinte de ferăstrău, iar impulsurile de sincronizare ale unui semnal complet de televiziune sunt dreptunghiulare. .
În practică, este necesar să se efectueze măsurători în diferite secțiuni ale circuitelor, tensiunile în care pot diferi ca valoare și formă. Măsurarea tensiunii nesinusoidale are propriile caracteristici care trebuie luate în considerare pentru a evita erorile.
Este foarte important să alegeți tipul potrivit de dispozitiv și metoda de conversie a citirilor voltmetrului în valoarea parametrului necesar al tensiunii măsurate. Pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți clar cum se evaluează și se compară tensiunile AC și modul în care forma tensiunii afectează valorile coeficienților care leagă parametrii individuali de tensiune.
Criteriul de evaluare a unei tensiuni de curent alternativ de orice formă este conectarea cu tensiunea de curent continuu corespunzătoare pentru același efect termic (valoare efectivă U), definit prin expresie
(3.14)
unde este perioada de repetare a semnalului;
- o funcție care descrie legea modificării valorii tensiunii instantanee. Nu este întotdeauna posibil ca operatorul să aibă la dispoziție un voltmetru, cu ajutorul căruia să măsoare parametrul de tensiune dorit. În acest caz, parametrul de tensiune necesar este măsurat indirect utilizând un voltmetru existent, utilizând coeficienți de creastă și formă. Să luăm în considerare un exemplu de calcul a parametrilor necesari ai unei tensiuni sinusoidale.
Este necesar să se determine amplitudinea () și valorile medii redresate () ale tensiunii sinusoidale cu un voltmetru, calibrate în valorile pătratice medii ale tensiunii sinusoidale, dacă aparatul a arătat .
Efectuăm calculul după cum urmează. Deoarece voltmetrul este calibrat în valori eficace , apoi în Anexa 3 pentru acest dispozitiv, citirea de 10 V corespunde unei citiri directe pe scara valorilor rms, i.e.
Tensiunea alternativă este caracterizată prin valori medii, amplitudine) (maximum) și pătrate medii.
Valoarea medie(componentă constantă) pentru o perioadă de tensiune alternativă:
(3.15)
Valoare maximă este cea mai mare valoare instantanee a tensiunii alternative în timpul perioadei semnalului:
Valoarea medie rectificată - aceasta este tensiunea medie la ieșirea unui redresor cu undă completă având o tensiune alternativă la intrare :
(3.17)
Raportul dintre rădăcina pătrată medie, valorile medii și maxime ale tensiunii curentului alternativ depinde de forma sa și este determinat în general de doi coeficienți:
(factor de amplitudine), (3,18)
(factor de formă). (3,19)
Valorile acestor coeficienți pentru tensiuni de diferite forme și rapoartele acestora sunt date în tabel. 3.1
Tabelul 3.1
Valori și pentru tensiuni de diferite forme
 |
Notă, - ciclu de lucru: .
Într-un număr de dispozitive, tensiunea este evaluată nu în unități absolute (V, mV, µV), ci într-o unitate logaritmică relativă - decibeli (dB sau dB). Pentru a simplifica trecerea de la unitățile absolute la unitățile relative și, dimpotrivă, majoritatea voltmetrelor analogice (autonome și încorporate în alte dispozitive: generatoare, multimetre, contoare de distorsiune neliniară) au o scară de decibeli împreună cu cea obișnuită. Această scară se distinge printr-o neliniaritate clar definită, care, dacă este necesar, vă permite să obțineți rezultatul imediat în decibeli, fără calcule adecvate și utilizarea tabelelor de conversie. Cel mai adesea, pentru astfel de dispozitive, scala zero decibeli corespunde unei tensiuni de intrare de 0,775 V.
Tensiunea mai mare decât nivelul zero convențional este caracterizată de decibeli pozitivi, mai puțin decât acest nivel - negativ. Pe comutatorul de limită, fiecare subdomeniu de măsurare diferă ca nivel de cel învecinat cu 10 dB, ceea ce corespunde unui factor de tensiune de 3,16. Citirile luate pe scara decibelilor se adaugă algebric la citirile de pe limitatorul de măsurare și nu se înmulțesc, ca în cazul citirilor de tensiune absolută.
De exemplu, comutatorul de limită este setat la „- 10 dB”, în timp ce săgeata indicator este setată la „- 0,5 dB”. Nivelul total va fi: ---- 10 + (- 0,5) = - 10,5 dB, iar baza pentru conversia tensiunii de la valori absolute la valori relative este formula
(3.20)
Unde = 0,775V.
Deoarece bel este o unitate mare, în practică se folosește o parte fracționară (a zecea) din bel - decibel.
Voltmetre digitale și puls. La măsurarea tensiunilor impulsurilor cu amplitudine mică, se utilizează amplificarea preliminară a impulsurilor. Schema bloc a unui voltmetru cu impuls analogic (Fig. 3.11) constă dintr-o sondă la distanță cu un emițător urmăritor, un atenuator, un preamplificator de bandă largă, un detector de valoare a amplitudinii, un amplificator de curent continuu (DCA) și un indicator electromecanic. Voltmetrele implementate conform acestei scheme măsoară direct tensiuni de 1 mV - 3 V cu o eroare de ± (4 - 10)%, o durată a impulsului de 1 - 200 μs și un ciclu de lucru de 100 ... 2500.
Orez. 3.11.t Schema bloc a unui voltmetru cu impulsuri
Pentru a măsura tensiuni mici pe o gamă largă de durate (de la nanosecunde la milisecunde), se folosesc voltmetre care funcționează pe baza metodei de autocompensare.
Voltmetrele electronice digitale au avantaje semnificative față de cele analogice:
Viteză mare de măsurare;
Eliminarea posibilității de eroare subiectivă a operatorului;
Mică eroare redusă.
Datorită acestor avantaje, voltmetrele electronice digitale sunt utilizate pe scară largă în scopuri de măsurare. Figura 3.12 prezintă o diagramă bloc simplificată a unui voltmetru digital.
Orez. 3.12. Schema bloc simplificată a unui voltmetru digital
Dispozitiv de intrare conceput pentru a crea o rezistență mare de intrare, pentru a selecta limitele de măsurare, pentru a reduce interferența și pentru a determina automat polaritatea tensiunii DC măsurate. În voltmetrele AC, dispozitivul de intrare include și un convertor de tensiune AC-DC.
De la ieșirea dispozitivului de intrare, tensiunea măsurată este furnizată către convertor analog-digital(ADC), în care tensiunea este convertită într-un semnal digital (discret) sub formă de cod electric sau impulsuri, al căror număr este proporțional cu tensiunea măsurată. Rezultatul apare pe tabela de marcaj indicator digital. Funcționarea tuturor blocurilor este controlată dispozitiv de control.
Voltmetrele digitale, în funcție de tipul de ADC, sunt împărțite în patru grupe: cod de impuls, impuls de timp, frecvență de impuls, codare spațială.
În prezent utilizat pe scară largă voltmetre digitale cu impuls de timp , dintre care convertoare efectuează conversia intermediară a tensiunii măsurate într-un interval de timp proporțional umplut cu impulsuri cu o frecvență de repetiție cunoscută. Ca urmare a acestei transformări, semnalul discret de informație de măsurare la intrarea ADC are forma unui pachet de impulsuri de numărare, al căror număr este proporțional cu tensiunea măsurată.
Eroarea voltmetrelor timp-impuls este determinată de eroarea de eșantionare a semnalului măsurat, instabilitatea frecvenței impulsului de numărare, prezența unui prag de sensibilitate al circuitului de comparație și neliniaritatea tensiunii convertite la intrarea comparației. circuit.
Există mai multe opțiuni pentru soluții de proiectare a circuitelor atunci când se construiesc voltmetre cu impuls de timp. Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui voltmetru cu impulsuri cu un generator de tensiune care variază liniar (GLIN).
Figura 3.13 prezintă o diagramă bloc a unui voltmetru digital timp-puls cu GLIN și diagrame de timp care explică funcționarea acestuia.
Semnalul discret de informații de măsurare la ieșirea convertorului are forma unui pachet de impulsuri de numărare, al căror număr este proporțional cu valoarea tensiunii de intrare . De la ieșirea GLIN, o tensiune care crește liniar în timp este furnizată intrărilor 1 ale dispozitivelor de comparație. Intrarea 2 a dispozitivului de comparație II este conectată la carcasă.
În momentul egalității, apare un impuls la intrarea dispozitivului de comparație II și la ieșirea acestuia, care este alimentat la intrarea unică a declanșatorului (T), provocând apariția unui semnal la ieșirea acestuia. Declanșatorul revine la poziția inițială printr-un impuls provenit de la ieșirea dispozitivului de comparație II. Acest semnal apare in momentul egalitatii tensiunii in crestere liniar si a tensiunii masurate. Semnalul astfel generat cu o durată (unde — coeficientul de conversie) este furnizat la intrarea 1 a circuitului de multiplicare logică ȘI, iar intrarea 2 primește un semnal de la generatorul de impulsuri de numărare (CPG). Pulsurile urmează cu o frecvență. Un semnal de impuls apare atunci când există impulsuri la ambele intrări, de exemplu. Impulsurile de numărare trec atunci când există un semnal la ieșirea de declanșare.
 |
Orez. 3.13. Schema structurala (A)și grafice de timp (b) voltmetru digital timp-impuls cu GLIN
Contorul de impulsuri numără numărul de impulsuri transmise (ținând cont de factorul de conversie). Rezultatul măsurării este afișat pe placa indicator digital (DI). Formula dată nu ține cont de eroarea de discretitate din cauza discrepanței dintre apariția impulsurilor de numărare și începutul și sfârșitul intervalului
În plus, o mare eroare este introdusă de factorul de neliniaritate al coeficientului de conversie . Ca rezultat, voltmetrele digitale cu impuls de timp cu GLIN sunt cele mai puțin precise dintre voltmetrele digitale.
Voltmetre digitale cu dublă integrare diferă de voltmetrele cu impuls de timp în principiul de funcționare. În ele, în timpul ciclului de măsurare, se formează două intervale de timp - și . În primul interval se asigură integrarea tensiunii măsurate , în al doilea - tensiunea de referință. Timpul ciclului de măsurare este prestabilit ca un multiplu al perioadei de zgomot care acționează la intrare, ceea ce duce la îmbunătățirea imunității la zgomot a voltmetrului.
Figura 3.14 prezintă o diagramă bloc a unui voltmetru digital cu dublă integrare și diagrame de timp care explică funcționarea acestuia.
Orez. 3.14. Schema structurala (A)și diagrame de timp (6) Voltmetru digital cu dublă integrare
La (în momentul în care începe măsurarea), dispozitivul de control generează un impuls calibrat cu o durată
, (3.21) mută comutatorul în poziția 2 și sursa de tensiune de referință (VS) este furnizată integratorului; tensiunea negativă de referință devine egală cu zero, dispozitivul de comparație produce un semnal trimis declanșatorului și îl readuce pe acesta din urmă la original. stat. La ieșirea declanșatorului, impulsul de tensiune generat
; ; 
(3.25)
Din relațiile obținute rezultă că eroarea în rezultatul măsurării depinde doar de nivelul tensiunii de referință și nu de mai mulți parametri (ca într-un voltmetru cu cod de impuls), dar aici există și o eroare de discretitate.
Avantajele unui voltmetru cu dublă integrare sunt imunitatea ridicată la zgomot și o clasă de precizie mai mare (0,005-0,02%) în comparație cu voltmetrele cu GLIN.
Voltmetre digitale cu incorporat microprocesoarele sunt combinate și aparțin voltmetrelor din cea mai înaltă clasă de precizie. Principiul funcționării lor se bazează pe metodele de echilibrare bit cu bit și transformare integratoare timp-puls.
Microprocesorul și convertoarele suplimentare incluse în circuitul unui astfel de voltmetru extind capacitățile dispozitivului, făcându-l universal în măsurarea unui număr mare de parametri. Astfel de voltmetre măsoară tensiunea DC și AC, puterea curentului, rezistența rezistenței, frecvența de oscilație și alți parametri. Când sunt utilizate împreună cu un osciloscop, pot măsura parametri de timp: perioadă, durata pulsului etc. Prezența unui microprocesor în circuitul voltmetrului permite corectarea automată a erorilor de măsurare, diagnosticarea defecțiunilor și calibrarea automată.
Figura 3.15 prezintă o diagramă bloc a unui voltmetru digital cu un microprocesor încorporat.
 |
Orez. 3.15. Schema bloc a unui voltmetru digital cu microprocesor încorporat
Folosind convertoare adecvate, unitatea de normalizare a semnalului convertește parametrii măsurați de intrare (97 de pagini) într-un semnal unificat care ajunge la intrarea ADC, care realizează conversia folosind metoda dublei integrări. Selectarea modului de funcționare a voltmetrului pentru un anumit tip de măsurare este efectuată de unitatea de control ADC cu afișaj. Același bloc oferă configurația necesară a sistemului de măsurare.
Microprocesorul este baza unității de control și este conectat la alte unități prin registre de deplasare. Microprocesorul este controlat cu ajutorul tastaturii situate pe panoul de control. Managementul poate fi efectuat și printr-o interfață standard a unui canal de comunicație conectat. Memoria doar citire (ROM) stochează programul de operare al microprocesorului, care este implementat folosind memoria cu acces aleatoriu (RAM).
Divizoare de tensiune de referință rezistive foarte stabile și precise încorporate, un amplificator diferențial (DA) și o serie de elemente externe (atenuator, selector de mod, unitate de tensiune de referință ) efectuează măsurători directe. Toate blocurile sunt sincronizate prin semnale de la generatorul de ceas.
Includerea unui microprocesor și a unui număr de convertoare suplimentare în circuitul voltmetrului permite corectarea automată a erorilor, calibrarea automată și diagnosticarea defecțiunilor.
Principalii parametri ai voltmetrelor digitale sunt precizia conversiei, timpul de conversie, limitele pentru modificarea valorii de intrare și sensibilitatea.
Precizia conversiei este determinată de eroarea de cuantificare a nivelului, caracterizată prin numărul de biți din codul de ieșire.
Eroarea unui voltmetru digital are două componente. Prima componentă (multiplicativă) depinde de valoarea măsurată, a doua componentă (aditiv) nu depinde de valoarea măsurată.
Această reprezentare este asociată cu principiul discret al măsurării unei mărimi analogice, deoarece în timpul procesului de cuantizare apare o eroare absolută din cauza unui număr finit de niveluri de cuantizare. Eroarea absolută de măsurare a tensiunii este exprimată ca
semne) sau (semne), (3.27)
unde este eroarea relativă reală de măsurare;
— valoarea tensiunii măsurate;
— valoarea finală la limita de măsurare selectată;
T semne - valoarea determinată de unitatea cifrei celei mai puțin semnificative a CI (eroare de discreție aditivă). Principala eroare relativă reală de măsurare poate fi prezentată sub altă formă:
(3.2)
Unde a, b - numere constante care caracterizează clasa de precizie a dispozitivului.
Primul termen de eroare (A) nu depinde de citirile instrumentului, iar al doilea (b) crește la scădere .
Timp de conversie este timpul necesar pentru a finaliza o conversie a unei valori analogice într-un cod digital.
Limitele de modificare a valorii de intrare — Acestea sunt intervalele de transformare ale valorii de intrare, care sunt complet determinate de numărul de cifre și „greutatea” celei mai mici cifre.
Sensibilitate(rezoluția) este cea mai mică modificare a valorii cantității de intrare perceptibilă de convertor.
Principalele caracteristici metrologice ale voltmetrelor pe care trebuie să le cunoașteți pentru a selecta corect un dispozitiv includ următoarele caracteristici:
Parametrul tensiunii măsurate (rms, amplitudine);
Domeniu de măsurare a tensiunii;
Gama de frecvente;
Eroare de măsurare permisă;
Impedanta de intrare() .
Aceste caracteristici sunt date în descrierea tehnică și în pașaportul dispozitivului.
Majoritatea oamenilor din viața de zi cu zi pot funcționa cu un concept precum tensiunea electrică. Aproape toată lumea știe că o priză de uz casnic are o tensiune de 220V, iar o baterie AA produce o tensiune de doar 1,5V. Mai mult, nu orice persoană care a absolvit liceul sau chiar o universitate tehnică este capabilă să răspundă ce înseamnă de fapt termenul de tensiune electrică. În acest material vom încerca să răspundem la această întrebare, fără a recurge la matematică complexă dacă este posibil.
Determinarea tensiunii electrice
În manualele de fizică și inginerie electrică puteți găsi diferite definiții ale tensiunii electrice. Una dintre ele sună așa: tensiunea electrică dintre două puncte din spațiu este egală cu diferența de potențial a câmpului electric în aceste puncte. Matematic se scrie asa:
U=φ_a-φ_b (1).
Unde U este tensiunea electrică, iar φ_a și φ_b sunt potențialele câmpului electric în punctele A și, respectiv, B.
Dacă nu știm care este potențialul câmpului electric într-un punct, atunci definiția de mai sus face puțin pentru a clarifica întrebarea ce este tensiunea electrică. Potențialul unui câmp electric într-un punct este înțeles ca lucrul efectuat de un câmp electric pentru a muta o sarcină unitară dintr-un punct dat într-un punct cu potențial zero. La prima vedere, determinarea potențialului electric pare destul de complicată. De exemplu, nu este complet clar unde se află punctul de potențial zero.
În primul rând, trebuie să vă amintiți că potențialul electric este munca de transfer a unei sarcini unitare. Dacă ne întoarcem la formula (1), devine clar că tensiunea electrică nu este altceva decât diferența dintre două lucrări. Adică și tensiunea electrică are de lucru. De aici ajungem la a doua definiție. Tensiunea electrică este numeric egală cu munca de transfer a unei sarcini electrice unitare din punctul A în punctul B. Mai mult, φ_a și φ_b sunt energia potențială pe care o sarcină unitară o are în punctele A și, respectiv, B.
Pentru a înțelege mai bine cele de mai sus, se poate face următoarea analogie. Orice corp situat la o anumită distanță de Pământ are energie potențială. Pentru a-ți ridica corpul mai sus, va trebui să faci ceva muncă. Mărimea acestui lucru va fi egală cu diferența de energii potențiale deținute de corp la diferite înălțimi. Vedem o imagine similară atunci când avem de-a face cu un câmp electric.
În ceea ce privește punctul din spațiu în care sarcina electrică are potențial electric zero, în teoria electricității acest punct poate fi ales în mod arbitrar. Acest lucru se datorează faptului că câmpul electric este „potențial”. Pentru a clarifica acest termen va trebui să apelăm la matematică superioară, dar am decis să evităm acest lucru. În practică, specialiștii din domeniul ingineriei electrice aleg adesea suprafața Pământului ca puncte cu potențial zero. Și multe măsurători sunt efectuate în raport cu acesta.
Câmpurile electrice pot fi constante (neschimbate în timp) și variabile. Câmpurile electrice variabile se pot modifica conform diferitelor legi matematice. În tehnologie, cel mai des se folosesc câmpuri electrice alternante, care se modifică conform legii sinusului. În cazul unui câmp electric alternativ, valoarea instantanee a diferenței de potențial dintre două puncte poate fi calculată folosind următoarea formulă:
u(t)=U_m sin〖(ωt)〗 (2).
Aici u este valoarea instantanee a tensiunii; U m – valoarea maximă a tensiunii; ω – frecvență, t – timp.
Măsurarea tensiunii electrice
Tensiunea electrică este măsurată cu ajutorul voltmetrelor. Pentru a măsura tensiunea (diferența de potențial) într-o secțiune a unui circuit electric, sondele voltmetrului sunt conectate la capetele acestei secțiuni și citirile dispozitivului sunt citite pe o scară.
Există multe tipuri de voltmetre. Ne vom concentra pe voltmetre analogice cu mecanisme de măsurare magnetoelectrice. Aceste mecanisme sunt destul de des folosite în voltmetre de panou și instrumente de măsură multifuncționale - multimetre. Mecanismul electric magnetoelectric este o bobină de sârmă plasată între polii unui magnet. Bobina este suspendată pe arcuri spiralate asigurând o sensibilitate ridicată a dispozitivului. La bobină este conectată o săgeată index, cu ajutorul căreia citirile sunt citite pe scara instrumentului. Figura de mai jos arată structura mecanismului magnetoelectric.
Mecanismele de măsurare magnetoelectrice sunt foarte sensibile. Cu ajutorul lor, puteți măsura tensiuni de sutimi de volt. Pentru a extinde limitele de măsurare, rezistențele suplimentare sunt incluse în serie cu mecanismul de măsurare. Circuitul unui voltmetru DC simplu este prezentat în figură.
Unul dintre cei mai importanți parametri ai unui voltmetru este rezistența sa internă. Cu cât valoarea rezistenței interne a voltmetrului este mai mare, cu atât se poate obține o eroare mai mică în timpul procesului de măsurare. Pentru voltmetrele analogice, rezistența internă este de obicei de 20k ohmi pe volt. Daca este necesara obtinerea unei valori de rezistenta mai mare, pentru masuratori se folosesc voltmetre electronice, digitale sau analogice.
Pentru a măsura tensiunea alternativă, voltmetrele includ redresoare care convertesc tensiunea alternativă în tensiune continuă. Scalele voltmetrelor pentru măsurarea tensiunii alternative sunt de obicei calibrate în valori efective (eficiente) ale tensiunii. Valoarea efectivă a curentului alternativ este legată de raportul maxim de urmărire.
U=1/√2 U_m=0,707U_m (3)
Valoarea efectivă este convenabilă de utilizat la calcularea puterii unui circuit electric. Când spunem că într-o priză electrică există o tensiune de 220V, vorbim în mod specific despre valoarea tensiunii efective.
Într-un articol scurt, este dificil să vorbim despre toate nuanțele asociate cu tensiunea electrică și despre metodele de măsurare a acesteia. Dar sperăm că textul va fi de folos cititorului.
Realizat atunci când o sarcină electrică de test este transferată dintr-un punct A exact B, la valoarea taxei de testare.
În acest caz, se consideră că transferul taxei de testare nu se schimba distribuirea taxelor pe surse de câmp (prin definiția unei taxe de testare). Într-un câmp electric potențial, acest lucru nu depinde de calea pe care se mișcă sarcina. În acest caz, tensiunea electrică dintre două puncte coincide cu diferența de potențial dintre ele.
Definiție alternativă -
Integrală a proiecției câmpului efectiv (inclusiv câmpuri terțe) pe distanța dintre puncte AȘi B de-a lungul unui traseu dat pornind dintr-un punct A exact B. Într-un câmp electrostatic, valoarea acestei integrale nu depinde de calea de integrare și coincide cu diferența de potențial.
Unitatea SI a tensiunii este voltul.
tensiune DC
Tensiune medie
Valoarea medie a tensiunii (componenta de tensiune constantă) este determinată pe întreaga perioadă de oscilație ca:
Pentru o undă sinusoidală pură, valoarea medie a tensiunii este zero.
Tensiune RMS
Valoarea pătrată medie a rădăcinii (nume învechit: curent, efectiv) este cea mai convenabilă pentru calcule practice, deoarece la o sarcină activă liniară efectuează aceeași muncă (de exemplu, o lampă cu incandescență are aceeași luminozitate, un element de încălzire emite aceeași cantitate de căldură) ca o presiune constantă egală:
În tehnologie și viața de zi cu zi, atunci când se utilizează curent alternativ, termenul „tensiune” înseamnă tocmai această valoare, iar toate voltmetrele sunt calibrate pe baza definiției sale. Cu toate acestea, prin proiectare, majoritatea dispozitivelor măsoară de fapt nu rădăcina pătrată medie, ci valoarea medie a tensiunii rectificate (vezi mai jos), astfel încât pentru un semnal nesinusoidal citirile lor pot diferi de valoarea reală.
Valoarea medie a tensiunii redresate
Valoarea medie redresată este valoarea medie a modulului de tensiune:
Pentru tensiunea sinusoidală egalitatea este adevărată:
Foarte rar utilizate în practică, majoritatea voltmetrelor de curent alternativ (cele în care curentul este redresat înainte de măsurare) măsoară de fapt această valoare, deși scara lor este gradată în valori efective.
Tensiune în circuitele de curent trifazate
În circuitele de curent trifazat, se disting tensiunile de fază și liniare. Tensiunea de fază este înțeleasă ca valoare pătrată medie a tensiunii pe fiecare dintre fazele de sarcină, iar tensiunea liniară este tensiunea dintre firele fazei de alimentare. Când sarcina este conectată într-un triunghi, tensiunea de fază este egală cu tensiunea liniară, iar atunci când este conectată într-o stea (cu o sarcină simetrică sau cu un neutru solid împământat), tensiunea liniară este de câteva ori mai mare decât tensiunea de fază.
În practică, tensiunea unei rețele trifazate este notă cu o fracție, al cărei numitor este tensiunea liniară, iar numărătorul este tensiunea fazei atunci când este conectată într-o stea (sau, ceea ce este același lucru, potențialul de fiecare linie relativă la sol). Astfel, în Rusia cele mai comune rețele sunt cu o tensiune de 220/380 V; Uneori sunt folosite și rețelele de 127/220 V și 380/660 V.
Standarde
| Un obiect | Tip de tensiune | Valoare (la intrarea consumatorului) | Valoare (la ieșire sursă) |
|---|---|---|---|
| Electrocardiogramă | Puls | 1-2 mV | - |
| antena TV | Frecvență înaltă variabilă | 1-100 mV | - |
| baterie AA | Permanent | 1,5 V | - |
| Baterie cu litiu | Permanent | 3 V - 1,8 V (baterie tip stilou, folosind exemplul Varta Professional Lithium, AA) | - |
| Semnale de control ale componentelor calculatorului | Puls | 3,5 V, 5 V | - |
| Tip baterie 6F22 („Krona”) | Permanent | 9 V | - |
| Alimentare pentru componente de calculator | Permanent | 12 V | - |
| Echipamente electrice auto | Permanent | 12/24 V | - |
| Sursa de alimentare pentru laptop si monitoare LCD | Permanent | 19 V | - |
| Rețea „sigură” cu tensiune redusă pentru funcționarea în medii periculoase | Variabil | 36-42 V | - |
| Tensiunea celei mai stabile arderi a lumânărilor Yablochkov | Permanent | 55 V | - |
| Tensiune în linia telefonică (cu receptorul cuplat) | Permanent | 60 V | - |
| Tensiunea rețelei electrice din Japonia | AC trifazat | 100/172 V | - |
| Tensiune electrică acasă din SUA | AC trifazat | 120 V / 240 V (fază divizată) | - |
| Tensiune în rețeaua electrică rusă | AC trifazat | 220/380 V | 230/400 V |
| Descărcare electrică în rampă | Permanent | pana la 200-250 V | - |
| Rețea de contact tramvai și troleibuz | Permanent | 550 V | 600 V |
| Descărcare electrică de anghilă | Permanent | pana la 650 V | - |
| Rețeaua de contact metrou | Permanent | 750 V | 825 V |
| Rețeaua de contact a unei căi ferate electrificate (Rusia, curent continuu) | Permanent | 3 kV | 3,3 kV |
| Linie de distribuție a energiei electrice aeriene de putere redusă | AC trifazat | 6-20 kV | 6,6-22 kV |
| Generatoare centrale, motoare electrice puternice | AC trifazat | 10-35 kV | - |
| anod CRT | Permanent | 7-30 kV | - |
| Electricitate statica | Permanent | 1-100 kV | - |