Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Измерение напряжение

Измерение переменного напряжения

Мы уже рассматривали, что переменное напряжение характеризуется мгновенным, средним, средневыпрямленным и среднеквадратическим значениями.

Градуировку большинства шкал вольтметров , кроме импульсных, производят в среднеквадратических (действующих) значениях, которые равны 0,707 от амплитудного значения. Если известны коэффициенты формы, то по одному из параметров можно определить другие. При измерении синусоидальных напряжений мгновенное значение (амплитуда) определяется как U=Uизм*1,41, гдеUизм – действующее значение илиU=1,1*Uсв (если измеряется средневыпрямленное значение). При измерении несинусоидальных сигналов в показания также должны быть введены поправки.

Для измерения переменного напряжения применяют электромеханические, термоэлектрические и электронные приборы. Выбор прибора определяется предельными значениями напряжения, условиями измерений, требуемой точностью.

Из электромеханических приборов применяются в основном приборы электромагнитной, электродинамической и электростатической систем.

Вольтметры переменного напряжения классифицируются по различным признакам:

по назначению: импульсные , переменного тока, фазочувствительные, селективные, универсальные;
по методу измерения: непосредственной оценки и сравнения с мерой;
по измеряемому параметру напряжения: амплитудные, среднеквадратические и средневыпрямленные;
по типу индикатора: стрелочные и цифровые.

Большинство вольтметров электромагнитной системы применяются на частотах 50 Гц. Класс точности – 2,5 – 0,5.Электродинамические вольтметры имеют тот же частотный диапазон, но более высокий класс точности (0,1). Уравнение шкалы носит квадратичный характер. Достоинства – простота конструкции, возможность непосредственного применения в цепях переменного напряжения, надежность. Недостатки – низкая чувствительность, большое потребление от измерительной цепи, неравномерность шкалы.

Электростатические вольтметры применяют для измерения высоких (до 100 кВ) напряжений. Класс точности 1.

Измерение напряжения высокой частоты имеет свои особенности. Чтобы прибор не влиял на измерительную цепь, необходимо, чтобы его входное сопротивление было большим, а входная емкость как можно меньше.

В практике радиоэлектронных измерений наибольшее распространение получили электронные и выпрямительные вольтметры. Это объясняется тем, что электронные вольтметры имеют высокое входное сопротивление как на высоких, так и на низких частотах, высокую чувствительность при использовании усилителя, малое потребление из измерительной цепи.

Измерение переменного напряжения методом непосредственной оценки.

Электронные вольтметры.

Структурные схемы электронных вольтметров строятся в основном по двум схемам, милливольтметры и вольтметры для измерений больших напряжений. Они представлены на рисунке М2-8.

Рисунок М2-8. Электронные вольтметры для измерений переменных напряжений.

Вольтметры для измерения больших напряжений состоят из входного устройства, преобразователя переменного напряжения в постоянное (детектора), усилителя постоянного тока и измерителя магнитоэлектрической системы. Милливольтметры отличаются наличием усилителя переменного напряжения до детектора, служащего для повышения чувствительности.

Вольтметры средних значений строятся по структурной схеме первого типа с преобразователей переменного напряжения в в постоянное по среднему значению. Простейшими вольтметрами средних значений являются выпрямительные вольтметры с преобразователями, выполненными на диодах.

Селективные вольтметры.

Селективные, т.е. избирательные микровольтметры широко применяются для исследования спектра непериодических сигналов. Это высокочувствительные приемники гетеродинного типа с настройкой на определенную частоту или узкий интервал частот. Упрощенная схема селективного вольтметра приведена на рисунке М2-9.

Рисунок М2-9. Схема селективного вольтметра

Измеряемый сигнал частоты Fc подается через входное устройство на смеситель, куда поступает и сигнал от гетеродина. В смесителе измеряемый сигнал преобразуется на промежуточную частоту и усиливается УПЧ. На выходе усилителя имеется вольтметр с цифровым или стрелочным индикатором.

Импульсные вольтметры. Импульсные напряжений измеряют с помощью импульсных вольтметров, которые строятся по схеме аналогового электронного вольтметра с амплитудным детектором. В этих схемах импульсное напряжение преобразуется в напряжение постоянного тока и измеряется его значение. В этой схеме возможно измерение амплитуды только положительных импульсов, для отрицательных необходимо обратное включение диода. Специальные импульсные вольтметры градуируются в амплитудных значениях. Очень часто используют осциллографические методы измерений, которые позволяют не только измерять амплитуду импульсов, но и наблюдать их форму.

studfiles.net

Измерение - напряжение - высокая частота

Cтраница 1

Измерение напряжения высокой частоты имеет ряд особенностей, которые надо учитывать при выборе прибора и его использовании. Это объясняется влиянием прибора на электрический режим исследуемой цепи за счет реактивной составляющей входного сопротивления вольтметра, подключаемой параллельно исследуемому объекту. В большинстве случаев при измерении напряжения высокой частоты входное реактивное сопротивление носит емкостный характер. Для уменьшения влияния вольтметра на результат измерения необходимо, чтобы входное активное сопротивление прибора было как можно больше, а входная емкость как можно меньше. [2]

К особенностям измерения напряжений высокой частоты относится все то, что сказано в § 2.1 в отношении особенностей измерения токов высокой частоты. [3]

Для обеспечения измерения напряжения высокой частоты порядка 500 мггц межэлектродная емкость должна быть небольшой, поэтому для максимального частотного диапазона тр ебуется применение малогабаритных диодов с близким расположением электродов. Частотный диапазон при применении обычных диодов будет значительно ниже. Минимальный частотный диапазон определяется величиной используемой емкости, но в общем случае градуировка прибора для 50 гц остается правильной для высокой частоты, что позволяет применять для градуировки электромагнитные приборы сетевого напряжения. Сама лампа часто монтируется в пробнике, который может быть приведен в непосредственное соприкосновение с источником измеряемого напряжения. В этом случае уменьшается длина высокочастотного ввода прибора, так как большая его длина может привести к погрешностям измерения. [4]

Теория и методика измерения напряжений высокой частоты с помощью разрядников разработаны недостаточно, имеющиеся данные часто противоречивы. Необходимы дополнительные исследования и систематизация имеющихся данных с целью установления стандарта на измерение напряжений высокой частоты, особенно при больших межэлектродных расстояниях. [5]

Этот вольтметр используется для измерения напряжения высокой частоты и напряжения гетеродина, а также для измерения напряжений на электродах ламп. [6]

С другой стороны, при измерении напряжений высоких частот уменьшается промежуток времени 2 - з, в течение которого конденсатор С не успевает зарядиться до значения Um. А так как время заряда конденсатора зависит от его емкости, то требования измерения напряжений низкой и высокой частоты вступают в противоречие. Поэтому некоторые электронные вольтметры имеют два пиковых детектора: высокочастотный с емкостью конденсатора С 30 - - ЮО пФ и низкочастотный с конденсатором большой емкости. Впрочем, это неудобно, и большинство приборов имеет один пиковый детектор с нагрузкой R большого сопротивления. [7]

Как и при измерениях тока, измерения напряжения высокой частоты связаны с влиянием прибора на электрический режим цепи. Хв сопротивления, включенные параллельно испытуемому объекту. Это приводит к изменению тока в испытуемом объекте, а следовательно, и падению напряжения на нем. [8]

Емкостный делитель напряжения ( рис. 18 - 19 6) дает лучшие результаты при измерении напряжений высоких частот. [10]

Вольтметры, построенные по первой функциональной схеме, отличаются широким частотным диапазоном и применяются для измерения напряжений высоких частот вплоть до нескольких сотен мегагерц. Приборы же, выполненные по второй схеме, имеют значительно более узкую полосу, ограниченную полосой пропускания усилителя переменного напряжения. Зато схема, показанная на рис. 5 - 5 в, позволяет получить более высокую чувствительность, чем предыдущая, благодаря включению перед детектором усилителя. Такие схемы используются в милливольтметрах, причем основным фактором, ограничивающим нижний предел измеряемого напряжения, являются собственные шумы усилителя. [11]

Амперметры тепловой системы могут быть применены для измерения токов высокой частоты, а электростатические вольтметры для измерения напряжений высокой частоты, однако в настоящее время эти приборы применяются в радиоизмерительной технике сравнительно редко, так как обладают малой чувствительностью и могут быть использованы главным образом в длинноволновом диапазоне. [12]

Примером измерительного прибора, в котором используется выпрямительное свойство диода, является диодный-вольтметр, применяемый для измерения напряжения высокой частоты. Измеряемое напряжение высокой частоты выпрямляется диодом и измеряется прибором. Обладая малой входной емкостью, диодный вольтметр позволяет измерять напряжения в широком диапазоне частот. [14]

Электрическая схема прибора позволяет использовать его в качестве индикатора при измерении постоянного напряжения на пределе 10 мВ и при измерении напряжения высокой частоты на пределах 0 3 - 3 В в диапазоне частот до 1000 - 1500 МГц. Погрешность измерения при этом не гарантируется. [15]

Страницы: 1 2

www.ngpedia.ru

Измерение напряжений | Техника и Программы

Для измерения напряжения источника питания, падения напряжения на резисторе или каком-либо участке электрической цепи вольтметр подключают параллельно, как показано на рис. 7. Однако если в качестве вольтметра используется прибор магнитоэлектрической системы, то измерять им можно только очень малые напряжения. В самом деле, ведь для того, чтобы стрелка прибора отклонилась яа всю шкалу,’ достаточно напряжения всего несколько десятых долей вольта. Для прибора с током полного отклонения 1И=Ю0 мкА "И сопротивлением рамки RH = 1000 Ом это напряжение

UH = IHRH=0,0001 · 1000=0,1 в, поэтому подключать такой прибор к участкам цепи с большим напряжением нельзя — можно испортить прибор. Для расширения пределов измерений последовательно с прибором включают добавочный резистор, гасящий избыточное напряжение, а чтобы прибором можно было измерять напряжения, различаю

щнеся в десятки, сотни и тысячи раз, используют добавочные резисторы разных сопротивлений.

В качестве примера на рис. 8 приведена схема трехпредельного вольтметра постоянного тока. Вместе с добавочным резистором микроамперметр РА образует измерительную цепь первого, с резистором — второго, с резистором Идз —третьего пределов. С одного предела на другой прибор переключают переключателем SA.

Сопротивление добавочного резистора каждого предела измерений рассчитывают по формуле

ра, рассчитанное здесь в качестве примера, равно 10 кОм/В. Нетрудно заметить, что относительное входное сопротивление вольтметра целиком зависит о г параметров примененного микроамперметра. Чем меньше его ток полного отклонения стрелки, тем больше относительное входное сопротивление вольтметра, построенного на его основе, и наоборот.

Шкала вольтметра постоянного тока, как и шкала миллиамперметра или амперметра магнитоэлектрической системы, равномерная, поэтому для отсчета измеряемых постоянных токов и напряжений можно пользоваться одной общей’ шкалой.

Чтобы один и тот же микроамперметр можно было использовать для измерения как постоянного, так и переменного токов, в прибор вводят выпрямитель. Для примера на рис. 9, а приведена схема однопредельного вольтметра переменного тока с однополупериодным выпрямителем. Функции выпрямителя выполняет диод VD1. При положительной полуволне напряжения на левом (посхеме) входном зажиме «~UX» ток течет через добавочный резистор RA, диод: VD1 и микроамперметр РА. При изменении полярности измеряемого напряжения диод VD1 закрывается и ток идет через диод VD2, минуя микроамперметр. Таким образом, через микроамперметр течет ток, пульсирующий с частотой измеряемого переменного напряжения. Избыточное напряжение гасит добавочный резистор Ид. Сколько пределов измерений, столько нужно и добавочных резисторов (рис. 9, б).

Шкалы вольтметра переменного тока не совпадают со шкалами постоянного тока. Объясняется это тем, что вольт-амперные характеристики диодов, используемых в выпрямителях, нелинейны, особенно при небольших напряжениях. Поэтому ток через магнитоэлектрический прибор не прямо пропорционален измеряемым переменным напряжениям.

Показания вольтметров, содержащих выпрямители, зависят и от частота измеряемых токов. При токах низких звуковых частот стрелка магнитоэлектрического прибора заметно колеблется, так как через него течет пульсирующий· ток, и в промежутках между импульсами она под действием возвратных пружин успевает повернуться на небольшой угол в направлении нулевого положения. При измерении токов более высокой частоты возникает шунтирование p-η переходов полупроводниковых диодов емкостями этих переходов, в результате чего выпрямленный ток и показания прибора уменьшаются. Это явление сказывается при измерении токов всех частот, и если говорить строго* то градуировка шкалы соответствует только значениям тока той частоты, на которой она была произведена.

Расчет сопротивлений добавочных резисторов вольтметров переменного тока отличается от расчета подобных резисторов прибора для измерения постоянных напряжений. Объясняется это тем, что параллельно измерительному прибору включены шунтирующие его диоды. Поэтому при расчете добавочных резисторов вольтметра переменного тока исходным является не постоянный ток 1И микроамперметра, а переменный ток, протекающий через добавочный резистор и зависящий от способа включения диодов выпрямителя, параметров диодов и ряда других причин. Для вольтметра, схема которого показана на рис.

9, а, переменный ток примерно в 2,2 раза превышает ток 1и, поэтому и сопротивления добавочных резисторов должны быть во столько же раз меньше, че^ в вольтметре постоянного тока. Окончательно же их, как правило, подбирают опытным путем.

Источник: Борисов В. Г., Фролов В. В., Измерительная лаборатория начинающего радиолюбителя.— 3-е изд., стереотип. — М.: Радио и связь, 1995.— 144 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1213).

nauchebe.net

Каталог товаров