Счетчик как работает: Счетчик электроэнергии: принцип работы, устройство, назначение

Устройство электросчетчика. Для увеличения нажмите)

Основной элемент в таких счетчиках — микроконтроллер.

Как раз в его функции входит не только расшифровка сигнала, но и расчет потребляемой энергии в данный момент.

Он также преобразует информацию для вывода на дисплей.

Такой электросчетчик представляет собой корпус, в котором находится трансформатор тока, а также специальные модули, необходимые для преобразования сигнала.

Советы по выбору счётчика представлены в данной статье: https://teplo.guru/elektrichestvo/schetchiki/kak-vybirat.html

Если же говорить более детально, то он состоит из:

• дисплея, на который выводится все информация;
• источника переменного напряжения;
• главной детали в виде микроконтроллера, о котором упоминалось выше;
• преобразователя;
• супервизора;
• чипа для хранения данных;
• специального телеметрического выхода, который необходим для принятия сигнала об уровне электропотребления;
• часов, для отображения текущего времени;
• оптического порта, который необходим для считывания показаний счетчика, а также для его программирования.

Плюсы и минусы электронных приборов

• многотарифность;
• возможность ведения учета в двух направлениях;
• легкий доступ к данным;
• возможность долговременного хранения данных об потреблении электроэнергии;
• на экран выводится мощность и объем потребляемой энергии;
• высокий класс точности;
• фиксация всех попыток несанкционированного хищения электричества;
• возможность получить данные счетчика дистанционно;
• незначительные габариты.

Что касается недостатков таких устройств, то их крайне мало:

• высокая чувствительность к колебаниям напряжения;
• повышенная цена в сравнении с индукционными;
• сложность, а зачастую и невозможность ремонта.

Правила и порядок расчёта электроэнергии без использования счётчика представлены в этой статье: https://teplo.guru/elektrichestvo/normativy-potrebleniya-bez-schetchika.html

Смотрите видео, в котором специалист разъясняет особенности устройств различных типов счетчиков электроэнергии:

Как работает счетчик электроэнергии — как самостоятельно проверить правильно ли работает двухтарифный счетчик электроэнергии

Как работает электронный счетчик электроэнергии?

Любой житель мегаполиса заинтересован в экономии электроэнергии – в наш век технического и информационного прогресса практически каждая квартира наполняется большим количеством домашней бытовой техники. Сделать это выгодно можно с помощью двухтарифного электронного счетчика, разработанного специально для экономии ваших средств.

Принцип работы двухтарифного электронного счетчика

Главным отличием двухтарифного электросчетчика от обычного однофазного является особенность его работы: днем и ночью стоимость 1 кВт электроэнергии будет отличаться. Ночью тариф будет несколько ниже, чем днем.

Сделано это с одной целью – снизить нагрузку на электроподстанции. Низкая цена на электроэнергию будет стимулировать некоторых потребителей пользоваться некоторыми электроприборами ночью, тем самым уменьшая нагрузку на сеть.

Несомненными преимуществами двухтарифного типа электросчетчиков, работающих по принципу «день-ночь» считаются:

• Возможность сэкономить на коммунальных платежах
• Снижение нагрузки на электростанцию
• Снижение вредного влияния на окружающую среду – неравномерное потребление топлива на электростанциях в разное время суток. Днем и вечером загрязнение происходит крайне интенсивно

Наряду с преимуществами у двухтарифного электросчетчика существуют и некоторые недостатки:

• Не везде разница в тарифах ощутима и выгодна
• После подключения двухтарифного счетчика учета электричества следует правильно эксплуатировать бытовые приборы, иначе ни о какой экономии не будет идти и речи

Способы проверки правильности работы двухфазного электронного счетчика

Плату за электроэнергию потребители производят по показаниям электросчетчиков. Однако известны случаи, когда приборы учета электричества по ряду причин дают сбои. Проверить, правильно ли работает ваш энергосчетчик, можно самостоятельно, без вызова на дом специалиста энергоучастка.

Проверка электросчетчика – это выявление возможной разницы между реальными показаниями и показаниями, которые списываются с табло прибора.

Каким образом можно проверить, правильно ли работает двухфазный электронный счетчик:

1 способ – самый важный – проверка правильности подсоединения счетчика

2 способ – самоход

Самоход – это способ поиска неисправности в работе прибора, когда лампочка светового указателя двухтарифного электронного счетчика начинает непрерывно сигналить при недоступности нагрузки на энергосеть и наличию в ней напряжения.

Проверить самоход правильно достаточно просто. Оставьте подключенным вводную и отсоедините питание всех отходящих от щитка коммутаты. Теперь необходимо внимательно проследить за работой электросчетчика – если самохода нет, то лампочка светового указателя электронного счетчика моргнет не более одного раза – счетчик работает правильно.

3 способ – энергопотребляющий прибор и секундомер

Отключаем от сети все электроприборы и включаем все выходящие из щитка автоматы. Для точности определения показаний счетчика используем обычную лампу накаливания с мощностью 100 Вт. Возьмем три лампы общей мощностью в 300 Вт. Энергосберегающие лампы использовать крайне нежелательно, т.к. они способствуют появлению сбоев в показаниях счетчика.

Подготовьте секундомер и при включенных лампах (300 Вт) засеките время интервала десяти сигналов лампочки светового указателя электронного двухфазного счетчика.

4 способ – число передачи

Число передачи – это то количество световых миганий, которые наблюдаются на протяжении одного часа при нагрузке в 1 кВт.

Измерение показаний электронного счетчика производится в соответствии со следующими единицами измерения — [имп/кВт*ч].

Посмотреть показания счетчика можно на его лицевом табло.

Это одни из наиболее простых и популярных способов проверки правильности работы счетчика системы «день-ночь». Существуют и иные методы – с использованием расчетных формул для выявления процента погрешности работы счетчика.

Что делать, если электросчетчик, работающий по принципу «день-ночь», неисправен

В случае выявления большой погрешности, которая отразится на разнице в оплате по тарифу, двухтарифный электронный счетчик необходимо заменить.

В случае если вы не уверены в своих расчетах, можно вызвать специалиста теплосети, который выполнит перерасчет и выдаст предписание, если счетчик не пройдет процедуру проверки.

Выгодно ли подключать двухтарифный электронный счетчик

Сегодня большинство домашних приборов и систем работают круглосуточно (холодильник, система отопления полов, крыши и т.п.). Поэтому установка электросчетчиков, работающих по принципу «день-ночь», в таком случае станет выгодным решением, которое поможет вам сэкономить ваши средства.

Как работает и как устроен счетчик воды

Определение и назначение счетчика воды

Принцип работы счётчиков воды

• Тахометрические – принцип работы которых основан на подсчете количества вращений крыльчатого элемента. Крыльчатка заключается внутри и вращается от потока воды, при этом в защищенной от потоков части находится прибор, отвечающий за точность показаний.
• Вихревые – конструкция, функционал которой заключен в том, что система водопровода создает вихри, частота которых пропорциональна скорости течения жидкости. Именно на этом основаны исчисления оборудования.
• Магнитные, где магнитное поле индуцируется со скоростью, пропорциональной силе поступающего потока.
• Ультразвуковые. Прибор измеряет расход воды путем анализа акустического эффекта колебаний ультразвука, возникающего при протекании потока жидкости через водомер.

Таким образом, наблюдается то или иное отличие принципа работы каждого водосчетчика. Кроме функциональных особенностей существуют различия по классификации.

• Одноканальные;
• Двухканальные;
• Многоканальные.

Конструкция для учета расхода горячей и холодной воды может быть раздельной и компактной, питаться от внешней электросети или быть энергонезависимой. В ряде случаев встречаются счетчики, питание к которым доставляется приборами в виде обычных батарей. Есть механические приборы для учета холодной (до +40) и горячей (+40+150) воды. При этом различия заключены в использовании материалов для изготовления крыльчатки и подшипников. Механические водомеры работают только от потока поступающей воды, при этом точность показаний весьма высокая.

• Сухие счетчики воды – приборы, где счетный механизм отделен от потока перегородкой, что продляет срок службы и позволяет надеяться на точность показаний. При этом конструкция может иметь принцип работы как крыльчатый, так и вихревой. Срок эксплуатации водомеров достаточно длительный, цена доступная. Оборудование данного типа популярно и в ассортименте есть приборы для горячей и холодной воды.
• Мокрые счетчики воды – устройства, где счетный механизм не имеет отделения от потоков, поэтому часто выходит из строя при поступлении воды с вкраплениями и загрязнениями. Простота установки и доступная цена – плюсы, а вот возможные сбои в показаниях – минусы. Принцип действия такого прибора механический, когда крыльчатка проворачивается от поступающей воды.

Как работает счетчик воды видео

Оставить свой комментарий

Как работают счетчики воды – принцип работы

Выбор расходомера потока для неспециалиста проблема достаточно сложная. Каждый тип приборов рассчитан на определенные параметры Вязкость, температуру и давление среды. От их правильной установки на вертикальном или горизонтальном участке зависит точность измерений. Подбирая прибор, необходимо изучить его принцип действия и специфику измерений.

Функциональные особенности измерителей потока

В быту и хозрасчете коммунальных служб используются водомеры накопительного типа. То есть, прибор только фиксирует проход агента и суммирует показатели на шкале счетчика. С установкой импульсного датчика, показания могут передаваться дистанционно.

В технологических линиях аппараты не только фиксируют проход агенте по трубе, но связаны с заслонкой, регулирующей подачу. Их выбор зависит от условного прохода, давления и вязкости жидкости.

Расходомеры-дозаторы с отсекающей заслонкой также построены на общем принципе изменения показателей электромагнитного, светового потока, скорости вращения внутреннего лопастного датчика. Водосчетчик пропускает точное количество воды и срабатывает заслонка, отсекающая подачу.

Принцип действия тахометрических измерителей потока

Рабочее колесо во всех типах приборов устанавливается, перпендикулярно к потоку, как колесо водяной мельницы. Если прибор с сухим ходом, крыльчатка все равно вращается в потоке, а сигнал передается на магнитную муфту через непроницаемую пленку. Скорость вращения пропеллера зависит от напора.

Поток воды может распределяться на отдельные струи, делая измерение более точным. Одноструйные приборы используют для установки на трубы сечением 15-30 см. Многоструйные системы обтекания дают меньшую погрешность, устанавливаются в трубы до 50 мм.

Турбинки устанавливают на трубах 50-500 мм для измерения больших расходов. При этом рабочий механизм располагается вдоль оси, используя дополнительный обтекатель.

Как пример качественных бытовых водосчетчиков с импульсным сигналом и без оного приведем продукцию компании Valtec. Изделия надежные, их устанавливают на холодной и горячей воде с семилетней гарантией от производителя.

Как работает электромагнитный расходомер

Прибор служит для измерения потока токопроводящих жидкостей. Действие прибора основано на законе Фарадея – чем быстрее движется проводник в магнитном поле, тем больше создает напряжение. Прибор имеет индукционную катушку, создающую постоянное магнитное поле, переменный показатель движения жидкости. Результатом является бесконтактный замер любых токопроводящих жидкостей в движении. Расходомеры используют в напорных и безнапорных канализационных сетях ЖКХ, на предприятиях для учета агрессивных агентов.

Примером электромагнитного расходомера может служить «Эмис» — МАГ 270, предназначенный для установку в трубы сечением 15-450 мм.

Устройство:

• Первичный преобразователь – стальная футерованная труба с фланцами, устанавливается в трубу.
• Электронный преобразователь импульсов.
• Индикатор, выдающий требуемые хозрасчетные характеристики.

Принцип работы современных вихревых водомеров

Внедрение в поток обтекаемого тела, вызывающую турбулентность и количественное измерение газовых пузырьков лежит в основе вихревых счетчиков. Первоначально инородное тело занимало дол 43 % живого сечения, с внедрением ультразвукового измерителя свободное сечение увеличилось.

Вода обрекает помещенное в поток тело, создавая вихревые дорожки Кармана. Рассекает поток ультразвуковой преобразователь. Проходя через поток сигнал искажается в зависимости от частоты рассекаемых вихрей.

Такие приборы учета работают в жидкой и газообразной среде, нагретой до 500 ⁰ С. Есть ограничения по сечению трубы, 50-300 мм и требования к отсутствию вибрации.

Принцип работы электронного расходомера воды

Внешне электронный счетчик мало отличается от механического прибора. Но в устройстве с турбиной установлен геркон, преобразующий количество вращений турбины в электрические сигналы, направляемые на сумматор.

В линию горячей воды разумно установить прибор хозрасчета с измерением отдельно расход жидкости с заданной предельной температурой. Возможно, вам не придется оплачивать чуть теплую воду, подаваемую по линии ГВС.

Ищете счетчик на горячую воду – присмотритесь к прибору «Гамма» с 4-мя расходными шкалами:

• Учет воды с температурой ниже 40 ⁰ С, для оплаты по тарифу холодной воды.
• Объем теплоносителя +40-44,9 градусов оплачивается 70% от стандарта.
• Вода, нагретая до 49,9 градусов стоит 90 % от тарифа.

Информация с электронного счетчика может доставляться на дисплей, установленный в любом удобном месте. Кроме цены к минусам относят обязательную линию электропитания прибора. С учетом постоянно растущих тарифов на тепловую энергию, высокая стоимость прибора окупится быстро.

устройство, принцип работы, установка, подключение

Передача электрической энергии от линий к потребителям может осуществляться как по однофазной схеме, так и трехфазной. Последний вариант применяется для промышленных предприятий, а в последнее время стал особо популярным и среди бытовых потребителей. Для учета израсходованной электрической энергии в таких цепях применяется трехфазный счетчик электроэнергии. В данной статье мы рассмотрим, что представляет собой данный вид прибора учета электроэнергии, и  отличительные особенности в его эксплуатации.

Устройство и принцип работы

На практике применяются различные трехфазные счетчики электроэнергии, отличающиеся принципом действия:

• Индукционные – представляют собой набор обмоток тока и напряжения для каждого из фазных проводников, которые приводят в движение алюминиевый диск, вращающийся от воздействия электромагнитных полей.
• Электронные – осуществляют измерение и подсчет данных без использования подвижных элементов. Основой реализации электронных трехфазных электросчетчиков является система преобразования аналогового сигнала в цифровой.
• Гибридные – представляют собой переходной этап от индукционных моделей с механическими вращающимися частями к электронным.

Каждый тип счетчика обладает своими конструктивными особенностями, поэтому в качестве примера рассмотрим обобщенную модель электронного трехфазного прибора учета, как наиболее перспективного.

Конструктивно такой счетчик электроэнергии  состоит из:

• Датчиков тока и напряжения, которые предназначены для измерения электрических величин в электрической цепи.
• Электронного преобразователя – осуществляет вычисление мощности и по всем фазным потребителям. Может быть представлен несколькими отдельными модулями.
• Микроконтроллера – предназначен для приема счетных импульсов и преобразования сигнала в другие виды.
• Дисплея – предназначен для отображения величины мощности и других параметров электрической цепи.
• Блок памяти – присутствует в электронных моделях, позволяет хранить и извлекать нужную информацию о расходах электроэнергии.
• Блок зажимов – может разделяться на силовые и слаботочные. Первые из них предназначены для включения в трехфазную линию, а вторые для передачи данных по линиям связи.

Принцип действия трехфазного счетчика электроэнергии заключается в измерении силы тока и разности потенциалов для каждого из фазных проводников посредством датчиков тока и напряжения. Затем и ток, и напряжения по каждому фазному выводу проходит этап перемножения в электронном блоке, у индукционных счетчиков электроэнергии эта процедура осуществлялась посредством воздействия полей обмоток на алюминиевый диск.  От электронного блока за вычисленную единицу мощности формируется счетный импульс и передается на микроконтроллер. В зависимости от количества поданных импульсов микроконтроллер вычисляет количество потребленных киловатт-часов.

Микроконтроллер представляет собой логическую единицу трехфазного счетчика электрической энергии. Он подает команду на дисплей о смене данных по мере транзита мощности через датчики. Вместе с тем микроконтроллер трехфазного электросчетчика может извлекать из блока памяти информацию об израсходованной мощности за определенный период или в определенном тарифе, что особенно актуально для многотарифных счетчиков электроэнергии. Также микроконтроллер может транслировать информацию по каналам связи через систему АСКУЭ на удаленный диспетчерский пункт.

Отличия от однофазного электросчетчика

Несмотря на идентичность процессов в обоих типах счетчиков электроэнергии, между ними существует ряд отличий. Трехфазный счетчик электроэнергии отличается от однофазных моделей следующими факторами. Однофазный электросчетчик предназначен для установки в двухпроводные цепи с номинальным напряжением 230В. В то время, как трехфазные счетчики электроэнергии используются в трех и четырехпроводных цепях с номинальным напряжением 230 / 400В.

Однофазные модели характеризуются относительно малой мощностью подключаемого оборудования – порядка 10 кВт. В сравнении с трехфазными счетчиками электроэнергии, мощность которых практически не ограничена, но будет отличаться способ подключения (прямой, косвенный или полукосвенный).

Плюсы и минусы

В сравнении с однофазными моделями трехфазные счетчики электрической энергии обладают рядом весомых преимуществ:

• Позволяют подключить мощное трехфазное оборудование;
• При трехфазном питании существенно снижается нагрузка на линию в сравнении с однофазным для одного и того же значения мощности;
• Современные электронные модели оснащаются функцией разделения дневного и ночного тарифа, что позволяет экономить денежные средства;
•  Посредством трехфазного счетчика электрической энергии можно с таким же успехом подключать однофазную нагрузку.
• Позволяют контролировать расход электроэнергии, как в трехфазном режиме, так и отдельно для каждой фазной линии. 

К недостаткам трехфазных счетчиков электроэнергии следует отнести  более сложную схему подключения и разделение на несколько принципиально отличных вариантов. Поэтому в данном вопросе следует обращаться за помощью к профессиональным электрикам. Также одним из недостатков является использование более высокого номинала напряжения, что создает дополнительную угрозу жизни и здоровью человека, предъявляет более жесткие требования к изоляции линий, цепей, электрооборудования.

Нюансы установки и схема подключения

Все трехфазные счетчики электроэнергии условно подразделяются на устанавливаемые в помещении или за его пределами. Поэтому в соответствии с п.5.9 ГОСТ 31818.11-2012 степень защиты подбирается не менее IP51 для помещения и не менее IP54 для наружной установки.

Высота расположения подбирается таким образом, чтобы съем показаний не создавал лишних трудностей. В соответствии с п.1.5.29 ПУЭ счетчик электрической энергии должен располагаться на высоте от пола в пределах 0,8 – 1,7м.

Кабель подключения от линии не должен иметь скруток паек и других мест, создающих возможность безучетного потребления электроэнергии.

Для трехфазных моделей могут применяться различные схемы подключения, рассмотрим более детально каждую из них. Наиболее  простым вариантом являет схема прямого включения:

Этот вариант применятся для относительно небольшой нагрузки, которую трехфазный счетчик электрической энергии может пропускать напрямую через собственные цепи. Поэтому фазные проводники вводного кабеля L1, L2, L3 и нейтральный проводник N подсоединяются к соответствующим зажимам, и далее подводятся к нагрузке. Защитный проводник PE используется лишь для заземления корпуса электроприборов.

Схема полукосвенного подключения трехфазного электросчетчика применяется в цепях с большой нагрузкой, но низким напряжением. В отличии от предыдущего варианта, датчики тока подключаются через специальные понижающие трансформаторы ТТ1, ТТ2, ТТ3, а датчики напряжения подключаются к цепи напрямую. В таких схемах актуально использовать испытательную коробку для проведения плановых работ.

Косвенное подключение актуально для линий высокого напряжения электростанций и подстанций, где и датчики тока трехфазного прибора учета электроэнергии, и датчики напряжения подключаются через понижающие трансформаторы тока  ТТ1, ТТ2, ТТ3 и трансформаторы напряжения TN1, TN2, TN3 соответственно.

Критерии выбора

При подключении потребителя к линиям электроснабжения важно правильно подобрать трехфазный счетчик электроэнергии. Для этого используют следующие критерии выбора:

• Допустимые величины тока и напряжения, на которые рассчитан прибор учета электрической энергии.

• Способ подключения (прямой, полукосвенный или косвенный) – выбирается в зависимости от параметров цепи.
• Допустимый температурный диапазон – определяет возможные рабочие пределы, которые необходимо сопоставить с пиковыми значениями температуры в вашем регионе.
• Тип трехфазного прибора учета электрической энергии – желательно использовать электронные модели, так как индукционные и гибридные уже устарели и автоматически выводятся энергоснабжающими компаниями.
• Наличие заводских пломб, поверки и сертификата соответствия.

• Способ крепления – на DIN рейку, винтовым соединением или дюбелями.
• Наличие системы автоматической передачи данных – актуально для линий, на которых применяется АСКУЭ.

Как снимать показания?

Если счетчик электроэнергии автоматически передает данные, то снимать показания вам не нужно. Так как они попадают на сервер поставщика электроэнергии автоматически, а с внедрением интеллектуальных систем, вы можете отслеживать показания через интернет приложение.

Если такая функция в вашем счетчике электроэнергии отсутствует, то вам на дисплее необходимо определить показания мощности, как правило, в кВт*ч. Для этого выпишите цифровое значение до запятой, десятые в расчете израсходованной мощности по электросчетчику не учитываются.

 Затем вычтите из полученных данных оплаченный объем электроэнергии за прошлый месяц – это и будет нужная вам величина. 

Если вы используете двухтарифный счетчик электроэнергии, то съем показаний будет отличаться. Более детальную информацию об этом вы можете почерпнуть в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/dvuhtarifnyy-schetchik-elektroenergii.html

Нюансы эксплуатации

В ходе эксплуатации важно обеспечивать равномерную загрузку фазных проводников в линии, чтобы избежать перекоса. Поэтому распределение однофазных электроприборов для трехфазного счетчика следует заранее рассчитать.

Заметьте, в ходе эксплуатации все электронные модели крайне чувствительны к перепадам напряжения и превышению токовой нагрузки. Поэтому такой трехфазный счетчик необходимо защитить от повреждений токами короткого замыкания, для чего со стороны линии и со стороны подключаемых электрических приборов устанавливается защитная аппаратура.

Важно не допускать воздействия неблагоприятных атмосферных, погодных и других факторов на счетчик электроэнергии, так как это может привести к его выходу со строя или другим нарушениям работоспособности.

Типовые часто задаваемые вопросы от читателей

Как подключить 3-х фазный электросчетчик Энергомера СЕ307 R33.043?

Вот схема подключения установленного у вас электросчетчика:

https://www.asutpp.ru/wp-content/uploads/2020/12/shema-vklyucheniya-elektroschetchika.jpg

Прошу заметить, все схемы подключения обязательно сверяйте с паспортом, установленного у вас прибора учета электроэнергии. Все дело в том, что это материалы официального производителя «Энергомера». Если у вас установлено, все-таки, оборудование другой фирмы, могут быть некоторые отличия, поэтому лучше перепроверьте.

Также обратите внимание, узел учета электрической энергии находится на балансе управляющей компании, поэтому самостоятельно вы не имеете права менять способ подключения или вносить какие-то коррективы.
Лучше обратитесь в электроснабжающую организацию с соответствующим заявлением об обнаруженных проблемах в работе узла учета электроэнергии и просьбой принять соответствующие меры. Это их работа, за которую они отвечают, так что лучше не подвергайте себя риску получить штрафные санкции.

Список использованной литературы

• В.А. Рощин «Схемы включения счетчиков электрической энергии: производственно-практическое пособие» 2007
• В.И. Мозоль «Сбыт электроэнергии» 2016
• В. Г. Родионов «Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего» 2010
• В. Лебедев «Микропроцессорные счетчики электроэнергии» 2017

Устройство электросчётчика. принцип действия — Ремонт220

Автор Фома Бахтин На чтение 2 мин. Просмотров 2.5k. Опубликовано 10 марта Обновлено 19 ноября

Электросчётчики по своему принципу действия и устройству делятся на два вида: электронные и индукционные (электро-механические).

Устройство электронного электросчетчика

Электронный электросчётчик – это устройство измерения электрической мощности с преобразованием её в аналоговый сигнал, который далее преобразуется в импульсный сигнал, пропорциональный потребляемой мощности.

Преобразователь (как видно из названия узла)   преобразует аналоговый сигнал в цифровой импульсный, пропорциональный  потребляемой мощности.

Микроконтроллер – главная часть электросчётчика,  анализирует этот сигнал, рассчитывая количество потребляемой электроэнергии и осуществляет передачу информации на устройства вывода, на электромеханическое устройство или на дисплей – если используется жидкокристаллическая матрица, где и показывается количество потребляемой электроэнергии.

Описание, конечно очень общее, но как видно, устройство электронного электросчетчика – чистая электроника, чего не скажешь об устройстве индукционных счётчиков. Несмотря на то что, благодаря своим техническим характеристикам в настоящее всё большее распространение получает применение электронных счётчиков, старые индукционные счётчики были и остаются самыми распространёнными, их устройство стоит рассмотреть подробно.

Устройство индукционного (электро-механического) электросчетчика.

Основные части индукционного электросчётчика это: токовая катушка 1, катушка напряжения 2, алюминиевый диск 3, счётный механизм с червячной и зубчатой передачей 4 и постоянный магнит 5.

Токовая катушка включена в сеть последовательно и создаёт переменный магнитный поток, пропорциональный току, а катушка напряжения – параллельно, создавая переменный магнитный поток, пропорциональный напряжению.

Эти магнитные потоки пронизывают алюминиевый диск, причём, переменные магнитные потоки токовой обмотки – дважды, в связи с U-образной формой её магнитопровода, наводя в нём ЭДС.

Таким образом, возникают электромеханические силы, создающие крутящий момент – вращение диска, ось которого связана со счётным механизмом червячной и зубчатой передачей, производя  передачу движения оси диска на цифровые барабаны.

Крутящий момент, создающий вращение диска пропорционален мощности сети; выше мощность – сильнее крутящий момент, диск крутится по оси быстрее.

Для выравнивания и успокоения колебаний частоты вращения в устройство электросчётчика входит постоянный магнит, поток которого, взаимодействуя с вихревыми токами диска, создаёт электромеханическую силу с направлением, обратным движению диска, что и создаёт тормозной момент.

Что внутри электросчетчика, как работает электросчетчик

Электрический счетчик устройство – кратко ( Electric meter device )

Антимагнитная пломба – главное оружие против воров электроэнергии

Что такое счетчики? — Основы схемотехники

Счет также играет огромную роль в электронике, особенно когда это сложно сделать своими руками. Здесь на помощь приходят счетчики. Под счетом понимается увеличение или уменьшение значений оператора. Это не может быть выполнено другими логическими устройствами, кроме счетчиков.

Итак, что такое счетчики? Эти устройства широко используются как важный элемент цифровой электроники. Счетчики подсчитывают или записывают, сколько раз произошло событие.Они хранят, а иногда даже отображают вычисленные числа. Счетчики также называются таймерами. Счетчики производятся как отдельные интегральные схемы (ИС) и как часть более крупных ИС.

Помимо счета, счетчики также используются для измерения частоты и времени. В настоящее время счетчики используются во многих приложениях, таких как счетчики частоты, цифровые часы, аналого-цифровые преобразователи, схемы делителей частоты и таймеры электронных устройств.

Мы также можем найти их в электронных устройствах, которые мы используем дома, например, в микроволновых печах.Счетчик рассчитывает повышение или понижение температуры и время предотвращения дальнейшего нагрева. Установка времени также является одним из его практических применений, например, в стиральной машине. Счетчики также используются для подсчета людей, входящих и выходящих на стадион или зрительный зал.

Типы счетчиков

Существуют разные типы счетчиков для разных приложений. Двумя наиболее распространенными типами являются синхронные счетчики и асинхронные счетчики.

Счетчики синхронные

Синхронные счетчики — это счетчики, которые используют тактовый сигнал для изменения своего перехода.Это означает, что синхронные счетчики зависят от входа часов для изменения значений состояния. Триггеры, представляющие собой электронные схемы, используемые для хранения двоичных данных, в синхронных счетчиках запускаются одним и тем же тактовым сигналом.

Синхронные счетчики очень просты по конструкции. Все триггеры соединены между собой и управляются одним и тем же тактовым сигналом. Выход состояния предыдущего триггера определяет изменение состояния последующего триггера. Поскольку триггеры работают синхронно, синхронные счетчики не требуют установки.Существует необходимое количество логических вентилей для реализации синхронных счетчиков, и работа выполняется быстро.

В отличие от асинхронного счетчика, синхронный счетчик имеет один глобальный тактовый сигнал, который управляет каждым триггером, поэтому выход изменяется параллельно. Преимущество синхронных счетчиков перед асинхронными счетчиками состоит в том, что они могут работать на более высокой частоте, так как у них нет совокупной задержки от часов.

Счетчики асинхронные

Переход асинхронных счетчиков без необходимости зависеть от входного тактового сигнала.Для этих счетчиков первый триггер подключен к внешнему тактовому сигналу, а остальные синхронизируются выходами состояния (Q & Q ’) предыдущего триггера. По этой причине асинхронные счетчики также называют счетчиками пульсаций. Он использует меньшее количество логических вентилей и работает очень медленно по сравнению с синхронными счетчиками.

Этот счетчик будет увеличиваться один раз за каждый такт, и для его переполнения требуется два тактовых цикла. Следовательно, он будет чередоваться между переходом от 0 к 1 и переходом от 1 к 0 для каждого цикла.Обратите внимание, что это создает новые часы с рабочим циклом 50% ровно на половине частоты входных часов. Вы можете продолжать добавлять дополнительные триггеры, всегда инвертируя выход на собственный вход и используя выход из предыдущего триггера в качестве тактового сигнала. Результат называется счетчиком пульсаций, который может считать до (2 ⁿ ) -1, где n — количество битов (ступеней триггера) в счетчике.

страдают от нестабильных выходных сигналов, поскольку переполнение «колеблется» от этапа к этапу.Но они полезны в таких приложениях, как делители для тактовых сигналов, где мгновенный счет не важен, а общий коэффициент деления имеет значение. Чтобы прояснить это, однобитный счетчик эквивалентен цепочке, разделенной на два; выходная частота составляет ровно половину входной при подаче регулярной последовательности тактовых импульсов. Использование триггерных выходов в качестве тактовых импульсов приводит к временному сдвигу между битами данных счета, что делает этот метод пульсации несовместимым с обычными стилями проектирования синхронных схем.

Как работают счетчики

Для синхронных счетчиков входные тактовые импульсы всех триггеров используют один и тот же источник и одновременно создают один и тот же тактовый сигнал. 4-битный синхронный восходящий счетчик может считать от 0 и увеличивать или считать до 15, а затем запускать новый цикл счета после сброса. В этом счетчике нет задержки распространения, потому что, опять же, все триггеры находятся в параллельном источнике синхронизации. Часы запускают все счетчики одновременно.

Некоторые из приложений для синхронных счетчиков включают, среди прочего, цифровые часы, цифровые часы, системы сигнализации, генераторы импульсов, управление движением машин.

Для асинхронных счетчиков, поскольку счет зависит от тактового сигнала, изменяющиеся биты состояния предоставляются в качестве тактового сигнала для последующих триггеров. Вьетнамки последовательно соединены между собой. Тактовый импульс проходит через счетчик.

Некоторые из применений для асинхронных счетчиков включают приложения с низким уровнем шума и малой мощности, делители частоты и т. Д.

Счетчик

Доступно множество различных типов микросхем счетчиков. Выбирая, какую ИС счетчика использовать, вы должны учитывать диапазон счета, необходимый для вашего приложения. Одним из примеров популярной ИС счетчика является ИС 4520. Декодирование этой ИС счетчика может выполняться по внешней схеме. Диапазон для IC 4520 — 0-15.

IC 4520 — двойной счетчик. Внутри он имеет два отдельных синхронных идентичных счетчика. Два счетчика можно использовать независимо, так что вы можете использовать любой из двух или оба одновременно.Этот счетчик микросхем чувствителен к статическому электричеству, поэтому не прикасайтесь к булавке (например, одеждой) во время зарядки статическим электричеством, поскольку это может повредить вашу микросхему. Кроме того, ИС следует хранить в защитной упаковке до тех пор, пока вы не будете готовы к их использованию.

Обычно тактовый сигнал подается на тактовый вход, при этом вход разрешения удерживается на высоком уровне. Подсчет увеличивается по мере того, как тактовый сигнал становится высоким (по нарастающему фронту). Для нормальной работы вход сброса должен быть низким, чтобы сделать его высоким и сбросить счетчик на ноль (0000, QA-QD low).Подсчет меньше максимального (9 или 15) может быть установлен путем подключения соответствующего выхода / выходов к входу сброса с помощью логического элемента И. Например, чтобы считать от 0 до 8, соедините QA (1) и QD (8) для сброса с помощью логического элемента И.

Образец

Как работает частотомер: принцип работы »Электроника

Существуют разные типы частотомеров, но основной частотомер с прямым счетом работает, подсчитывая количество отсчетов или количество раз, когда сигнал пересекает значение триггера в заданное время.

Учебное пособие по таймеру частотомера Включает:
Частотомер Как работает частотомер Интервальный таймер Как пользоваться счетчиком Характеристики Точность

Использование частотомера помогает понять, как работает частотомер, чтобы иметь возможность использовать его наилучшим образом и получать наиболее точные показания.

Поскольку частотомеры широко используются в ВЧ лабораториях и во многих других областях, очень полезно хорошее базовое понимание их работы и того, как они работают.

ВЧ частотомер, основы

RF — это элементы испытательного оборудования, которые работают, подсчитывая события в течение установленного периода или обнаруживая, что такое период, путем подсчета количества точно рассчитанных по времени событий. Временные периоды, в течение которых подсчитываются события, или точно рассчитанные по времени события могут быть сгенерированы с помощью высокостабильного кварцевого генератора. Это может даже контролироваться духовкой, и таким образом получается очень точное эталонное значение.

Частота равна количеству пересечений уровня триггера за одну секунду.Следовательно, для более коротких времен стробирования можно легко вычислить частоту по количеству пересечений уровня запуска.

частота = Время пересечения уровня триггера в секундах

Чтобы посмотреть, как работает частотомер или таймер, необходимо отдельно описать эти два подхода. Эти два подхода можно назвать прямым счетом и взаимным счетом.

Частотомер с прямым счетом

Цифровые частотомеры, использующие метод прямого подсчета, подсчитывают, сколько раз входной сигнал пересекает заданное напряжение триггера (и в заданном направлении, например.г. переход от отрицательного к положительному) в заданное время. Это время известно как время ворот

В составе базового счетчика есть несколько основных блоков:

• Ввод: Когда сигнал поступает на частотомер, он поступает на входной усилитель, где сигнал преобразуется в логическую прямоугольную волну для обработки в цифровой схеме в остальной части счетчика. Обычно этот каскад содержит схему триггера Шмитта, так что шум не вызывает паразитных фронтов, которые могут вызвать дополнительные импульсы, которые должны быть подсчитаны.

  Часто можно контролировать уровень запуска, а также чувствительность, хотя многие счетчики достигают этого автоматически. Также стоит помнить о максимальных уровнях входного сигнала на этом этапе — часто это печатается на передней панели в качестве руководства и предупреждения.

• Точная временная база / часы: Для создания различных стробирующих / временных сигналов в частотомере требуется точная временная развертка или часы. Обычно это кварцевый генератор, а в высококачественных испытательных приборах это кварцевый генератор, управляемый печью.Во многих приборах будет возможность использовать внешний генератор более высокого качества или использовать генератор частотомера для других приборов. Это также полезно, когда необходимо привязать несколько инструментов к одному стандарту.
• Декадные делители и триггеры: Тактовый генератор используется для обеспечения точно синхронизированного стробирующего сигнала, который пропускает импульсы входящего сигнала. Он генерируется из тактовых импульсов путем деления тактового сигнала на декадные делители и последующей подачи его на триггер, чтобы дать разрешающий импульс для главного затвора.
• Строб: Точно синхронизированный сигнал разрешения стробирования от часов подается на один вход затвора, а другой имеет последовательность импульсов из входящего сигнала.Результирующий выходной сигнал затвора представляет собой серию импульсов в течение определенного промежутка времени. Например, если входящий сигнал был на частоте 1 МГц, а вентиль был открыт на 1 секунду, то через него будет пропущен 1 миллион импульсов.
• Счетчик / защелка: Счетчик принимает входящие импульсы от затвора. Он имеет набор ступеней деления на 10 (число равно количеству отображаемых цифр минус 1). Каждый этап делится на десять, и поэтому, поскольку они связаны цепочкой, первый этап — это вход, деленный на десять, следующий — это вход, разделенный на 10 x 10, и так далее.Эти выходы счетчиков затем используются для управления дисплеем.

  Чтобы удерживать вывод на месте во время отображения цифр, вывод фиксируется. Обычно защелка удерживает последний результат, пока счетчик считает новое показание. Таким образом, дисплей будет оставаться статичным до тех пор, пока не может быть отображен новый результат, после чего будет обновлена ​​защелка и новое показание будет отображаться на дисплее.

• Дисплей: Дисплей принимает выходные данные защелки и отображает их в нормальном читаемом формате.ЖК-дисплеи или светодиодные дисплеи являются наиболее распространенными. Для каждой декады, которую может отображать счетчик, есть цифра. Очевидно, что на дисплее может отображаться и другая важная информация.

Важно точно рассчитать время стробирования. Это достигается за счет наличия высокоточного источника частоты внутри частотомера. Обычно они будут работать на частоте 10 МГц, и ее необходимо разделить, чтобы получить требуемое время стробирования. Могут быть выбраны значения 0,01, 0,1, 1 и 10 секунд.Очевидно, что более короткое время позволяет отображать более частое обновление, но по сравнению с этим точность подсчета меньше.

Причина, по которой время стробирования определяет разрешение частотомера, состоит в том, что он обычно может считать только полные циклы, поскольку каждое пересечение представляет собой цикл. Это время стробирования в одну секунду позволит получить разрешение по частоте в 1 Гц, а время стробирования в десять секунд обеспечит разрешение до 0,1 Гц. Стоит отметить, что разрешение измерения — это не процент от измерения, а фиксированная величина, относящаяся только к времени стробирования.

Частотомеры обратные

Другой метод измерения частоты сигнала заключается в измерении периода для одного цикла формы волны и последующем вычислении обратной величины. Хотя этот подход немного дороже в реализации, чем прямой подсчет, и он не так широко используется, у него есть некоторые преимущества. Главный из них заключается в том, что он всегда будет отображать одно и то же количество разрядов разрешения независимо от входной частоты. В результате счетчики обратной частоты указываются в виде количества цифр для заданного времени стробирования, например.г. 10 цифр в секунду. В связи с этим видно, что обратные счетчики дают более высокое разрешение на низких частотах. На частоте 1 кГц прямой счетчик дает разрешение 1 Гц (4 цифры). Обратный счетчик 10 разрядов в секунду дает разрешение 10 разрядов.

Другим преимуществом является то, что эти счетчики могут снимать очень быстрые показания. Обратный счетчик дает разрешение 1 мГц за 1 мс, тогда как прямой счетчик дает показание с разрешением 1 Гц за секунду.

широко используются в любой ВЧ лаборатории.Они обеспечивают быстрый, простой и точный метод измерения частоты, а также относительно экономичны. Они также могут быть требованием для обеспечения того, чтобы частоты передатчика передавались в требуемых диапазонах.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG Получение данных
Вернуться в меню тестирования.. .

в цифровой логике — GeeksforGeeks

Согласно Википедии, в цифровой логике и вычислениях, счетчик C — это устройство, которое хранит (и иногда отображает) количество раз, когда происходило конкретное событие или процесс, часто в отношение к тактовому сигналу. Счетчики используются в цифровой электронике для подсчета, они могут подсчитывать конкретные события, происходящие в цепи. Например, в счетчике UP счетчик увеличивает счет для каждого нарастающего фронта тактового сигнала.Не только счет, счетчик может следовать определенной последовательности, основанной на нашем дизайне, как любая случайная последовательность 0,1,3,2…. Они также могут быть созданы с помощью триггеров.

Классификация счетчиков

Счетчики в целом делятся на две категории

1. Асинхронный счетчик
2. Синхронный счетчик

1. Асинхронный счетчик

В асинхронных счетчиках мы не используем универсальные часы. только первый триггер управляется основными часами, а вход тактового сигнала остальных следующих триггеров управляется выходом предыдущих триггеров.Мы можем понять это по следующей диаграмме:

Из временной диаграммы видно, что Q0 изменяется, как только встречается передний фронт тактового импульса, Q1 изменяется, когда встречается передний фронт Q0 (потому что Q0 подобен тактовому импульсу. для второго шлепанца) и так далее. Таким образом, пульсации генерируются через Q0, Q1, Q2, Q3, поэтому его также называют счетчиком RIPPLE.

2. Синхронный счетчик

В отличие от асинхронного счетчика, синхронный счетчик имеет один глобальный тактовый сигнал, который управляет каждым триггером, поэтому выходной сигнал изменяется параллельно.Одним из преимуществ синхронного счетчика перед асинхронным счетчиком является то, что он может работать на более высокой частоте, чем асинхронный счетчик, поскольку он не имеет кумулятивной задержки из-за того, что каждый триггер получает одинаковые часы.

Схема синхронного счетчика

Временная диаграмма синхронного счетчика

Из принципиальной схемы видно, что бит Q0 отвечает на каждый спад тактового сигнала, в то время как Q1 зависит от Q0, Q2 зависит от Q1 и Q0, Q3 зависит от Q2, Q1 и Q0.

Десятилетний счетчик

Десятилетний счетчик считает десять различных состояний, а затем сбрасывается в исходное состояние. Простой счетчик декад будет считать от 0 до 9, но мы также можем сделать счетчики декад, которые могут проходить через любые десять состояний от 0 до 15 (для 4-битного счетчика).

Таблица истинности для простого счетчика декад

Схема цепи декадного счетчика

, которую мы видим использовали вентиль nand для Q3 и Q1 и подавали его для очистки входной строки, потому что двоичное представление 10 —

1010

И мы видим, что Q3 и Q1 здесь равны 1, если мы дадим NAND этих двух битов для очистки входа, тогда счетчик будет прояснись в 10 и снова начни с начала.

Важный момент : Количество триггеров, используемых в счетчике, всегда больше, чем равно ( log ₂ n ), где n = количество состояний в счетчике.

Вопросы по счетчикам в предыдущие годы

Q1. Рассмотрим частичную реализацию 2-битного счетчика с использованием T триггеров, следующих в последовательности 0-2-3-1-0, как показано ниже

Для завершения схемы вход X должен быть

(А) Q2?
(B) Q2 + Q1
(C) (Q1? Q2) ’
(D) Q1? Q2 (GATE-CS-2004)

Решение:

Из схемы мы видим

T1 = XQ1 ‘+ X’Q1 —- (1)

AND

T2 = (Q2? Q1)’ — — (2)

И ЖЕЛАЕМЫЙ ВЫХОД 00-> 10-> 11-> 01-> 00

SO X ДОЛЖЕН БЫТЬ Q1Q2 ‘+ Q1’Q2 УДОВЛЕТВОРЕНИЕ 1 И 2.

SO ANS IS (D) ЧАСТЬ.

2 кв. Функции управляющего сигнала 4-битного двоичного счетчика приведены ниже (где X означает «безразлично»).
Счетчик подключается следующим образом:

Предположим, что задержки счетчика и затвора незначительны. . Если счетчик начинается с 0, он проходит следующую последовательность:

(A) 0,3,4

(B) 0,3,4,5

(C) 0, 1,2,3,4

(D) 0,1,2,3,4,5 (GATE-CS-2007)

Решение:

Первоначально A1 A2 A3 A4 = 0000

Clr = A1 и A3

Итак, когда A1 и A3 оба равны 1, он снова переходит к 0000

Следовательно, 0000 (init.) -> 0001 (A1 и A3 = 0) -> 0010 (A1 и A3 = 0) -> 0011 (A1 и A3 = 0) -> 0100 ( A1 и A3 = 1 ) [четкое условие выполнено] -> 0000 (начальный), поэтому он проходит через 0-> 1-> 2-> 3-> 4

Ans является (C) частью.

Викторина по цифровой логике

Статья предоставлена ​​Ануджем Батамом, Пожалуйста, напишите комментарии, если вы обнаружите что-то неправильное, или если вы хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсужденной выше

Внимание читатель! Не прекращайте учиться сейчас.Ознакомьтесь со всеми важными концепциями теории CS для собеседований SDE с помощью курса CS Theory Course по приемлемой для студентов цене и подготовьтесь к работе в отрасли.

Как работают счетчики Гейгера?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 20 ноября 2020 г.

Щелкнуть щелкнуть щелкнуть! Благодаря гениальному немецкому физику по имени Ганс Гейгер, мы все слышали звук радиоактивность.Хорошо, что у нас есть счетчики Гейгера, потому что большая часть излучения (радиоактивные частицы и энергия) чрезвычайно вредны для живых существ, полностью невидимы и очень трудно обнаруживать другими способами. Что такое счетчики Гейгера? Как они работают? Давайте посмотрим внимательнее!

Изображение: основная концепция счетчика Гейгера — трубка, прикрепленная к измерителю, которая может обнаруживать и измерять частицы излучения.

Что такое радиоактивность?

Есть несколько различных типов излучения, вызванных разные процессы.Космические лучи, например, прибывают на Землю из космоса, но есть много естественное излучение здесь на Земле тоже. Излучение также производится искусственными процессами. что происходит внутри атомных электростанций и ядерных бомб.

Иллюстрации: Изотопы — это атомы элемента, содержащие одинаковое количество протонов и электронов, но разное количество нейтронов. Нестабильный (радиоактивный) изотоп, естественно, попытается сделать себя более стабильным, избавившись от некоторых из этих частиц и превратившись в другой атом.

Что вызывает радиацию? Атомы определенного химического элемента часто существуют в несколько различных формах, называемых изотопами. Металлическое олово, например, имеет десять стабильных изотопов: атомы с одинаковым числом протонов и электронов (по 50 каждого), но разное количество нейтроны. Стабильные изотопы — это те, которые достаточно счастливы, чтобы оставаться в они бесконечно: они ничего не выиграют, превратившись в другая форма. Однако не все изотопы стабильны. У углерода много изотопов, двумя наиболее известными из которых являются углерод-12 (обычный, стабильный атомы углерода с шестью протонами, шестью нейтронами и шестью электронами) и углерод-14 (с шестью протонами, восемью нейтронами и шестью электронами).Наличие большего (или меньшего) нейтронов, чем в идеале, может сделать атом таким нестабильный, что он самопроизвольно превращается в другой, более стабильный атома или изотопа, отдавая часть своих нежелательных субатомных частицы или энергия. Таким образом, атомы углерода-14 спонтанно (хотя и очень медленно) превращаются в атомы азота. Атомы, которые таким образом нестабильны, радиоактивные изотопы и частицы, которые они испускают радиация. Мы говорим о следующих видах излучения: альфа-частицы (два протона и два нейтрона соединились, так что они похожи на ядра атомов гелия), бета-частицы (электроны путешествовать на высоких скоростях с высокой энергией), и гамма-лучи (очень электромагнитные лучи высокой энергии — немного похожи на заряженные лучи света, только невидимы для наших глаз и намного опаснее).

Ионизирующее излучение

Фото: Техник по технике безопасности проезжает по атомной станции Pantex в Амарилло, штат Техас, проверяет радиацию счетчиком Гейгера. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США.

Прилетают ли они с Земли или из космоса, радиоактивные частицы и лучи обладают энергией. Земля окружена газовым покровом ( атмосфере), поэтому, когда радиоактивные частицы проходят через нее, они сталкиваются с молекулами таких газов, как кислород и азот, расщепляя их на электроны и положительно заряженные ионы.Это называется ионизацией. Теперь радиацию невозможно увидеть, но ее можно обнаружить. с ионами и электронами намного проще. Это то, что делает счетчик Гейгера. для нас: он обнаруживает ионизирующее излучение, обнаруживая заряженный частицы, которые создает излучение при прохождении через газы в мир вокруг нас.

Что такое счетчик Гейгера?

Фото: Моряк ВМС США использует счетчик Гейгера для проверки радиации на борту атомного судна. Обратите внимание на детекторную трубку спереди и портативный измеритель и громкоговоритель в отдельной коробке сзади.Фото Трейси Ли любезно предоставлено ВМС США.

Счетчик Гейгера представляет собой металлический баллон, наполненный газом низкого давления. закрывается пластиковым или керамическим окном с одного конца. Спуск по В центре трубки — тонкая металлическая проволока из вольфрама. В провод подключен к высокому положительному напряжению, поэтому есть сильное электрическое поле между ним и внешней трубкой.

Когда излучение попадает в трубку, оно вызывает ионизацию, расщепление молекул газа на ионы и электроны. Электроны, будучи отрицательно заряженными, мгновенно привлечены высоковольтным положительным проводом, и когда они проникают сквозь трубка сталкивается с большим количеством молекул газа и производит дальнейшее ионизация.В результате много электронов внезапно попадают в провод, производящий импульс электричества, который можно измерить на счетчик и (если счетчик подключен к усилителю и громкоговоритель) слышен как «щелчок». Ионы и электроны быстро абсорбируется среди миллиардов молекул газа в трубке, поэтому счетчик сбрасывается за доли секунды, готовы обнаружить больше радиации. Счетчики Гейгера могут обнаруживать альфа, бета- и гамма-излучение.

Как работает счетчик Гейгера

Итак, вот что происходит, когда счетчик Гейгера обнаруживает немного радиации:

1. Излучение (темно-синее) беспорядочно перемещается за пределы трубки детектора.
2. Часть излучения попадает в окно (серое) на конце трубки.
3. Когда излучение (темно-синий) сталкивается с молекулами газа в трубке (оранжевый), оно вызывает ионизацию: некоторые молекулы газа превращаются в положительные ионы (красный) и электроны (желтый).
4. Положительные ионы притягиваются к внешней стороне трубки (голубой).
5. Электроны притягиваются к металлическому проводу (красный), бегущему по внутренней части трубки, поддерживающему высокое положительное напряжение.Когда электроны устремляются к проволоке, некоторые из них сталкиваются с молекулами других газов, разделяя их на ионы и другие электроны. Таким образом, мы получаем своего рода цепную реакцию, в которой даже одна частица излучения может производить лавины электронов в быстрой последовательности; этот процесс известен как разряд Гейгера.
6. Множество электронов движутся по проводу, вызывая всплеск тока в подключенной к нему цепи.
7. Электроны заставляют стрелку измерителя отклоняться, и, если к нему подключен громкоговоритель, вы можете слышать громкий щелчок каждый раз, когда обнаруживаются частицы.Количество щелчков, которые вы слышите, дает приблизительное представление о том, сколько излучения присутствует (измеритель дает вам гораздо более точное представление).
8. Прежде чем счетчик сможет обнаружить какое-либо излучение, его необходимо вернуть в исходное состояние с помощью процесса, называемого гашением, который нейтрализует эффекты разряда Гейгера. Иногда это достигается за счет наличия второго газа (называемого гасящим газом, часто галогеном) внутри трубки. Или это можно сделать с помощью внешней цепи с очень большим сопротивление.

Artwork: Немного другой подход. В этом счетчике используется стандартная трубка Гейгера (желтая, слева) с центральным проводом (синим), как указано выше. Но вместо того, чтобы непосредственно обнаруживать электроны, он ищет фотоны света и использует фотоумножитель (красный, средний), чтобы преобразовать их в измеримый ток. Результаты отображаются на «индикаторе» (синий справа), который обычно представляет собой какой-то счетчик. Изображение предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США. из патента США 2485586: счетчик Гейгера Ладисласа Голдштейна, International Standard Electric Corporation, выдан 25 октября 1949 г.

Кто изобрел счетчик Гейгера?

— самые известные из различных ионизирующих устройств. детекторы излучения, которые работают примерно одинаково. Немецкий физик Ганс Гейгер (1882–1945) развил идею в 1912 году. работая с Эрнестом Резерфордом, физиком из Новой Зеландии кто «расщепил атом» (экспериментально доказал, что атомы состоят других, более мелких частиц). Вернувшись в Германию, шестнадцать лет спустя, Гейгер значительно улучшил прибор с помощью коллеги имени Вальтера Мюллера, поэтому счетчики Гейгера часто называют Счетчики Гейгера-Мюллера (или трубки Гейгера-Мюллера).

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Учебники

• Обнаружение и измерение радиации, Гленн Ф. Нолл. John Wiley, 2010. Руководство для инженеров-ядерщиков, которое охватывает все виды измерений излучения, включая счетчики Гейгера, сцинтилляционные детекторы, фотоумножители и многое другое. Довольно сложная книга и не для начинающих или обычных читателей.
• Атомы, радиация и радиационная защита Джеймса Э. Тернера. John Wiley, 2008. Более простая и более общая книга. Глава 10 посвящена «Методы обнаружения радиации».

Книги общего назначения

Статьи

• Измерение радиации в Фукусиме с помощью карманных Гейгеров и БГЭИ Элизы Стрикленд. IEEE Spectrum, 4 сентября 2013 г. Как гражданские ученые отслеживают радиоактивность с помощью своих смартфонов.
• Что скрывается в вашей столешнице? пользователя Kate Murphy.The New York Times, 24 июля 2008 г. Ваша новая гранитная кухня испускает опасный уровень радиации? Счетчик Гейгера скажет вам.
• Я и мой счетчик Гейгера Фреда Бернштейна. The New York Times, 27 июня 2002 года. Как террористические атаки 11 сентября возродили интерес к домашним детекторам радиации.
• Как выбрать счетчик Гейгера Гриффа Борхесона. Popular Science, январь 1956. Эта старая статья из архива Pop Sci говорит о другом веке, когда любительская охота за ураном была в моде! В нем объясняются основные принципы работы счетчиков Гейгера и сравниваются простые счетчики, измерители скорости и мультитрубки.

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

• Патент США 2 485 586: счетчик Гейгера, выданный Ладисласом Голдштейном, International Standard Electric Corporation, выдан 25 октября 1949 года. Небольшой легкий счетчик Гейгера, который использует детектор фотонов (легких частиц) и фотоумножитель.
• Патент США 2442 314: усовершенствование счетчика Гейгера, выданное Алленом Ф. Рейдом, Комиссия по атомной энергии, выдано 25 мая 1948 года. В этом счетчике используется тушение газом галогеном для более эффективного обнаружения быстрого выброса частиц.Здесь вы найдете подробное описание того, как работает тушение.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены.Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Счетчики Гейгера. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-geiger-counters-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Что такое счетчик Гейгера?

Версия для печати

Наука 101 Комиссии по ядерному регулированию: Что такое счетчик Гейгера?

Давайте внимательно рассмотрим важный счетчик Гейгера — прибор, который может обнаруживать радиацию.

Напомним, ядро ​​атома (ядро) окружено вращающимися электронами, как планеты вокруг Солнца. Электроны имеют отрицательный заряд и обычно нейтрализуют равное количество положительно заряженных протонов в ядре.Но если электрон поглощает энергию излучения, его можно вытолкнуть со своей орбиты. Это действие называется «ионизацией» и создает «ионную пару» — свободный отрицательно заряженный электрон и положительно заряженный атом.

Люди не могут обнаружить образование ионной пары своими пятью чувствами. Но счетчик Гейгера — инструмент, достаточно чувствительный, чтобы обнаружить ионизацию. Большинство из нас слышали или видели счетчик Гейгера. Это наименее дорогое электронное устройство, которое может сказать вам, что вокруг вас есть радиация, хотя оно не может сказать вам об исходном источнике радиации, его типе или количестве энергии.

Как это работает? Счетчик Гейгера состоит из двух основных частей: герметичной трубки или камеры, заполненной газом, и информационного дисплея. Излучение попадает в трубку и при столкновении с газом отталкивает электрон от атома газа и создает ионную пару. Проволока в середине трубки притягивает электроны, создавая другие ионные пары и посылая ток через провод. Ток поступает на информационный дисплей и перемещает стрелку по шкале или отображает число на экране.Эти устройства обычно обеспечивают «количество импульсов в минуту» или количество ионных пар, создаваемых каждые 60 секунд. Если динамик включен, он щелкает каждый раз, когда создается ионная пара. Количество щелчков показывает, сколько излучения попадает в камеру счетчика Гейгера.

Вы слышите щелкающий звук, как только включаете динамик, потому что всегда присутствует фоновое излучение. Это излучение исходит от солнца, природного урана в почве, радона, определенных типов горных пород, таких как гранит, растений и продуктов питания, а также других людей и животных.

Число фоновых значений в минуту будет изменяться; стрелка будет двигаться или число изменится, даже если поблизости нет известного источника излучения. Это колебание вызывает множество разных факторов, в том числе ветер, влажность почвы, осадки (дождь или снег), температура, атмосферные условия, высота над уровнем моря и вентиляция в помещении. Другие факторы, влияющие на показания, включают географическое положение (более высокие возвышения дают более высокие результаты), размер и форму детектора, а также конструкцию детектора (другой материал камеры и разные газы).

В зависимости от высоты и типа счетчика Гейгера типичный уровень естественного фонового излучения составляет от пяти до 60 импульсов в минуту или более. Поскольку уровень фонового излучения меняется случайным образом, вы можете увидеть этот диапазон в одном месте. Важно понимать, что счетчик Гейгера показывает, когда создается ионная пара, но ничего не говорит о типе излучения или его энергии.

Инструменты других типов могут обеспечивать скорость воздействия (выраженную в миллирентгенах в час или мР / ч).Эти счетчики должны быть откалиброваны для считывания определенного типа излучения (альфа, бета, гамма, нейтроны, рентгеновские лучи), а также количества излучаемой энергии. Показания будут точными только для этого типа излучения и этого уровня энергии. И эти инструменты необходимо регулярно калибровать, чтобы быть уверенным, что они с течением времени предоставляют правильную информацию.

Для получения более точных показаний радиации в окружающей среде посетите общенациональную систему RadNet, разработанную Агентством по охране окружающей среды. Используя оборудование, намного более чувствительное, чем счетчик Гейгера, он непрерывно контролирует воздух и регулярно отбирает пробы осадков, питьевой воды и пастеризованного молока.

За свою 40-летнюю историю RadNet разработал обширную общенациональную «базовую линию» нормальных фоновых уровней. Сравнивая этот базовый уровень с измерениями в штатах США в марте 2011 года, после аварии на реакторах Фукусима в Японии, Агентство по охране окружающей среды смогло обнаружить очень небольшое увеличение радиации в нескольких западных штатах. EPA обнаружило радиацию из Японии, которая была в 100 000 раз ниже, чем естественный фоновый радиационный фон — намного ниже любого уровня, который может вызывать беспокойство. И намного ниже всего, что было бы очевидно при использовании простого счетчика Гейгера или даже счетчиков Гейгера, разбросанных по всей стране.

Если RadNet обнаружит значимое увеличение радиации выше базовой линии, EPA немедленно расследует это. Благодаря своей общенациональной системе мониторов и развитым аналитическим возможностям RadNet является надежным источником точной информации об уровнях радиации в окружающей среде в США

Кстати, счетчик Гейгера еще называют трубкой Гейгера-Мюллера, или счетчиком G-M. Он был назван в честь Ганса Гейгера, немецкого ученого, работавшего над обнаружением радиации в начале 1900-х годов.Вальтер Мюллер, аспирант Гейгера, усовершенствовал газовый детектор в конце 1920-х годов и получил признание за свою работу, когда назвал свое имя трубкой Гейгера-Мюллера.

Комиссия по ядерному регулированию США — это независимое федеральное правительственное учреждение, ответственное за регулирование коммерческого использования ядерных материалов. Этот документ не защищен авторскими правами и может быть воспроизведен в образовательных целях.

Страница Последняя редакция / обновление 19 марта 2020 г.

Как работают счетчики Гейгера?

Если вы поклонник винтажной научной фантастики и фильмов ужасов, таких как фильм 1984 года «К.HUD, «вы привыкли испытывать холодок по спине всякий раз, когда персонажи направляют квадратный гаджет в темноту и предупреждаются о присутствии какого-то еще невидимого радиоактивного монстра зловещим щелчком.

Счетчики Гейгера такие знакомые Фактически, в старых фильмах простительно предположить, что они либо изобретение, которое существует только в умах сценаристов, либо устаревшая технология, вышедшая из моды, когда люди перестали строить бомбоубежища на заднем дворе.

На самом деле счетчик Гейгера, который в научном и инженерном мире известен как счетчик Гейгера-Мюллера, представляет собой реальное устройство, которое до сих пор часто используется для обнаружения излучения в различных условиях. Комиссия по ядерному регулированию заявляет, что это наиболее часто используемый портативный радиационный прибор.

Истоки технологии восходят к началу 1900-х годов, когда немецкий физик Ганс Гейгер работал ассистентом Эрнеста Резерфорда, лауреата Нобелевской премии по химии 1908 года.Резерфорд разработал концепцию, согласно которой атом содержит ядро, состоящее из еще более мелких частиц, и что ядро ​​может распадаться и выделять эти частицы. Гейгер работал с Резерфордом над разработкой устройства для измерения радиации — счетчика для обнаружения альфа-частицы, комбинации двух протонов и двух нейтронов, испускаемых атомом во время радиоактивного распада.

Карьера Гейгера была прервана Первой мировой войной, в которой он служил артиллерийским офицером в немецкой армии, но после этого он вернулся к преподаванию и исследованиям.В конце концов он объединился с Вальтером Мюллером, одним из своих аспирантов в Кильском университете, чтобы улучшить свой счетчик, чтобы он мог обнаруживать другие типы радиоактивных частиц, а также альфа-частицы. Созданное ими устройство — это практически та же технология, которая используется сегодня.

Как работает счетчик Гейгера?

Счетчик Гейгера — это относительно простое и недорогое устройство, состоящее из газа низкого давления — обычно аргона или ксенона — в герметичной камере, содержащей два электрода.Когда излучение достигает счетчика, оно ионизирует газ, освобождая отрицательно заряженные электроны из атомов и создавая положительные ионы из оставшейся части атома. На электроды подается высоковольтный электрический заряд, который заставляет свободные электроны перемещаться к положительному электроду, который называется анодом.

Из-за высокого напряжения, приложенного к электродам, есть область около анода, где результирующее электрическое поле настолько велико, что создает «лавины» вторичных электронов, когда первичные электроны приближаются к аноду, объясняет Марек Фласка, доцент. ядерной инженерии в Пенсильванском государственном университете, по электронной почте.

«Это« газовое усиление »приводит к образованию очень большого количества зарядов, независимо от того, сколько первичного заряда создается радиацией», — пишет Фласка. «Там, где этот заряд собирается на электродах, детектор создает большой электрический импульс. Эти импульсы большие — несколько вольт, поэтому дополнительный усилитель сигнала не требуется».

Почему щелкает счетчик Гейгера?

Эти импульсы создают щелчки, которые вы слышите, когда радиоактивные частицы попадают в устройство и заставляют ионы и электроны разделяться.Количество щелчков, которые вы слышите, указывает, сколько раз это происходит в минуту. Кроме того, обычно есть дисплей, показывающий количество.

Уровень радиации, рассчитываемый счетчиком Гейгера, выражается в единицах, называемых микрозивертами, за час воздействия. (Один зиверт равен 1 000 милливертов и 1 миллион микрозивертов.) Таким образом, если счетчик Гейгера показывает 0,25 микрозиверта в час, это означает, что он обнаружил 0,25 микрозиверта излучения за час. Некоторые основные цифры для использования в качестве ориентира: компьютерная томография одного органа дает дозу облучения около 6900 микрозивертов, по данным Reuters, в то время как воздействие 2000000 микрозивертов указывает на серьезное радиационное отравление, ведущее к возможной смерти, по данным Pure Earth.

По данным NRC, когда вы включаете счетчик Гейгера, вы обычно сразу слышите щелчки, где бы вы ни находились. Это из-за естественной фоновой радиоактивности, исходящей от солнца, природного урана в почве, определенных типов горных пород и радона, природного радиоактивного газа, среди других источников.

Несмотря на то, что существует ряд других доступных технологий обнаружения излучения, счетчик Гейгера — довольно простая технология, которая существует уже некоторое время, и сегодня они довольно недорогие, с некоторыми недорогими потребительскими версиями на рынке, которые стоят меньше 100 долларов, по данным Google Покупок.

«GM [счетчики Гейгера-Мюллера] используются повсеместно, особенно когда требуется дешевое решение, которое не требует различения типа излучения или энергии», — поясняет Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) в электронном письме.

Многие отрасли промышленности до сих пор используют счетчики Гейгера для таких целей, как мониторинг радиоактивного загрязнения в лабораториях. По данным Министерства внутренней безопасности, сотрудники правоохранительных органов могут использовать сложные версии устройств для обнаружения транспортировки незаконных радиоактивных материалов, и многие службы экстренной помощи также имеют их при себе.В Японии личные счетчики Гейгера стали горячими продавцами после аварии на АЭС Фукусима-дайити в 2011 году. Они также используются старателями для поиска урана и других полезных ископаемых.

Но у счетчиков Гейгера тоже есть ограничения. «Счетчик GM по своей природе неспособен различить, какой тип частицы вызвал импульс или даже энергию частицы», — пишет LANL. «Потому что каждое взаимодействие производит одинаковую силу импульса — представьте себе установленную мышеловку; когда она приводится в действие, она дает одинаковый ответ, независимо от того, виновата ли нога человека или мышь, хотя последствия могут быть очень разными.»

HowStuffWorks может получать небольшую комиссию от партнерских ссылок в этой статье.

Как работает счетчик Coulter?

Счетчик Коултера — это прибор, который может подсчитывать и определять размеры ячеек в электролите, чтобы предоставить ценную информацию для исследователей. Например, количество клеток определенного типа в образце крови может дать ключ к разгадке типа заболевания, которым страдает пациент.

Высокий или низкий уровень клеток крови важен для выявления заболеваний.Счетчик Культера может подсчитывать эритроциты (красные кровяные тельца), лейкоциты (белые кровяные тельца) и тромбоциты. В больницах обычно используются инструменты, помогающие медицинскому персоналу определять количество клеток в образце крови пациента — «Полный анализ крови». Они также полезны для подсчета других типов клеток, таких как бактерии, жировые, мышечные и другие типы клеток.

В счетчике Коултера электролит, содержащий элементы, проходит через небольшое отверстие, в которое подается электрический ток.Подсчет осуществляется путем наблюдения за изменениями напряжения, обнаруживаемыми при прохождении элемента или электролита через отверстие. Например, может происходить падение тока при прохождении молекулы через отверстие, потому что молекула менее проводящая, чем окружающий электролит. Импульсы напряжения позволяют оценить объем клеток, проходящих через суспензию.

Первый патент на эту идею был подан в 1949 году в Патентное ведомство США и выдан в 1953 году американскому инженеру-электрику Уоллесу Коултеру, который проводил исследования в этой области вместе со своим братом Джозефом Коултером.Они стояли за принципом Коултера, который определил, как частицы, проходящие через небольшое отверстие одновременно с электрическим током, будут влиять на показания в зависимости от их объема и результирующего измеримого сопротивления в электролите.

Система была настроена так, чтобы только одна ячейка могла проходить через апертуру. В одном из первых экспериментов они проделали отверстие в целлофане, покрывающем небольшую капиллярную трубку. Они прикрепили электроды к целлофану, чтобы создать электрический ток.В более поздних версиях они сосредоточились на поиске способов автоматизации процесса.

После утверждения своей концепции они подписали контракт с Управлением военно-морских исследований США на создание прибора Coulter Counter. Они построили свою первую версию, включающую систему измерения, счетчик импульсов, осциллограф и ртутный манометр, в 1952 году и получили ее оценку в Национальном институте здравоохранения. Счетчики Coulter могут использовать как постоянный, так и переменный ток в зависимости от типа выполняемого исследования.Варианты постоянного тока являются наиболее распространенными, но переменный ток полезен для исследования клеток крови в гематологии из-за свойств клеточных мембран.

Братья усовершенствовали изобретение и в 1958 году создали Coulter Electronics. Эта система стала обычным явлением для подсчета частиц в электролитах. Различные патенты описывают структуру счетчика Coulter и изменения, внесенные за эти годы. Ранняя версия счетчика Coulter называлась Model A.

Их компания росла по мере разработки новых модификаций.Более поздние инновации включали в себя разработки в области технологий. Например, ранняя версия на транзисторах называлась Model F.

Компания Beckman в конечном итоге приобрела Coulter Electronics в 1997 году после того, как она уже выросла до тысяч сотрудников.

Исследователи из других организаций продолжают вносить улучшения в процесс счетчика Коултера. Некоторые нововведения пытались повысить эффективность систем. Например, Цзюнь Ху и Цзян Чжэ из Университета Акрона опубликовали патент на многоканальное счетное устройство.

Другие компании также участвуют в производстве и доработке своих собственных версий счетчиков Coulter для продажи, таких как Thermo Fisher. Beckman Coulter продолжает вводить новшества в этой области с помощью собственных инструментов. Технология распространилась с медицинской на другие отрасли, такие как производство продуктов питания, керамика и расплавленный металл.