الفولتميتر قياس الجهد المتردد المباشر. قياس الفولتية المتناوبة. قياس الجهد المتردد

في ممارسة راديو الهواة، هذا هو النوع الأكثر شيوعًا للقياس. على سبيل المثال، عند إصلاح جهاز تلفزيون، يتم قياس الفولتية في النقاط المميزة للجهاز، أي عند أطراف الترانزستورات والدوائر الدقيقة. إذا كان لديك مخطط دائرة في متناول اليد، وتم الإشارة إلى أوضاع الترانزستورات والدوائر الدقيقة، فلن يكون من الصعب على الفني ذي الخبرة العثور على الخطأ.

عند إنشاء الهياكل التي يتم تجميعها بنفسك، من المستحيل الاستغناء عن قياس الضغوط. الاستثناءات الوحيدة هي المخططات الكلاسيكية، والتي يكتبون عنها شيئًا مثل هذا: "إذا تم تجميع التصميم من أجزاء صالحة للخدمة، فلن يلزم أي تعديل، وسيعمل على الفور".

كقاعدة عامة، هذه هي الدوائر الإلكترونية الكلاسيكية، على سبيل المثال، . يمكن أيضًا تطبيق نفس الأسلوب على مضخم الصوت إذا تم تجميعه على دائرة كهربائية دقيقة متخصصة. كمثال واضح على TDA 7294 والعديد من الدوائر الدقيقة في هذه السلسلة. لكن جودة مكبرات الصوت "المدمجة" منخفضة، ويقوم الخبراء الحقيقيون ببناء مكبرات الصوت الخاصة بهم على ترانزستورات منفصلة، ​​وأحيانًا على أنابيب مفرغة. وهنا من المستحيل الاستغناء عن الإعداد وقياسات الجهد ذات الصلة.

كيف وماذا يجب قياسه

يظهر في الشكل 1.

الصورة 1.

ربما يقول قائل ما الذي يمكن قياسه هنا؟ وما الفائدة من تجميع مثل هذه السلسلة؟ نعم، ربما يكون من الصعب العثور على تطبيقات عملية لمثل هذا المخطط. ولأغراض تعليمية فهي مناسبة تماما.

بادئ ذي بدء، يجب الانتباه إلى كيفية توصيل الفولتميتر. بما أن الشكل يوضح دائرة تيار مباشر، فإن الفولتميتر متصل وفقًا للقطبية الموضحة على الجهاز في شكل علامات زائد وناقص. في الأساس، هذه الملاحظة صحيحة بالنسبة لأداة المؤشر: إذا لم تتم ملاحظة القطبية، فسوف ينحرف السهم في الاتجاه المعاكس، نحو القسمة الصفرية للمقياس. إذن سيكون الناتج صفرًا سالبًا.

تعتبر الأجهزة الرقمية وأجهزة القياس المتعددة أكثر ديمقراطية في هذا الصدد. حتى إذا كان متصلاً في قطبية عكسية، فسيظل الجهد قابلاً للقياس، ولن تظهر سوى علامة ناقص على المقياس أمام النتيجة.

شيء آخر يجب الانتباه إليه عند قياس الفولتية هو نطاق قياس الجهاز. إذا كان الجهد المتوقع في النطاق، على سبيل المثال، 10...200 مللي فولت، فإن مقياس الجهاز يتوافق مع هذا النطاق البالغ 200 مللي فولت، ومن غير المرجح أن يعطي قياس الجهد المذكور على مقياس 1000 فولت نتيجة واضحة.

وينبغي أيضًا تحديد نطاق القياس في حالات أخرى. بالنسبة للجهد المقاس 100 فولت، فإن نطاق 200 فولت وحتى 1000 فولت مناسب تمامًا. وستكون النتيجة نفسها. هذا هو ما يهم.

إذا تم إجراء القياسات باستخدام أداة مؤشر قديمة جيدة، لقياس جهد 100 فولت، يجب عليك تحديد نطاق القياس عندما تكون القراءات في منتصف المقياس، مما يسمح بقراءة أكثر دقة.

وهناك توصية كلاسيكية أخرى لاستخدام الفولتميتر، وهي: إذا كانت قيمة الجهد المقاس غير معروفة، فيجب أن تبدأ القياسات بضبط الفولتميتر على أعلى نطاق. بعد كل شيء، إذا كان الجهد المقاس هو 1 فولت، والنطاق 1000 فولت، فإن الخطر الأكبر يكمن في القراءات غير الصحيحة من الجهاز. إذا اتضح العكس - نطاق القياس هو 1 فولت، والجهد المقاس هو 1000، فلا يمكن تجنب شراء جهاز جديد.

ماذا سيظهر الفولتميتر؟

لكن، ربما، دعونا نعود إلى الشكل 1 ونحاول تحديد ما سيظهره كلا الفولتميتر. من أجل تحديد هذا، سيكون عليك. يمكن حل المشكلة في عدة خطوات.

أولا، حساب التيار في الدائرة. للقيام بذلك، تحتاج إلى تقسيم جهد المصدر (في الشكل، هذه بطارية كلفانية بجهد 1.5 فولت) على مقاومة الدائرة. عندما يتم توصيل المقاومات على التوالي، فإن هذا سيكون ببساطة مجموع مقاوماتها. في شكل صيغة، تبدو كالتالي: I = U / (R1 + R2) = 4.5 / (100 + 150) = 0.018 (A) = 180 (mA).

ملاحظة صغيرة: إذا تم نسخ التعبير 4.5 / (100 + 150) إلى الحافظة، ثم لصقه في نافذة حاسبة Windows، فبعد الضغط على مفتاح "يساوي"، سيتم الحصول على نتيجة الحساب. ومن الناحية العملية، يتم تقييم التعبيرات الأكثر تعقيدًا التي تحتوي على أقواس مربعة وأقواس متعرجة وقوى ووظائف.

ثانياً، احصل على نتائج القياس مع انخفاض الجهد عبر كل مقاومة:

U1 = أنا * R1 = 0.018 * 100 = 1.8 (V)،

U2 = أنا * R2 = 0.018 * 150 = 2.7 (V)،

للتحقق من صحة الحسابات، يكفي إضافة كل من قيم انخفاض الجهد الناتج. يجب أن يكون المبلغ مساوياً لجهد البطارية.

ربما قد يكون لدى شخص ما سؤال: "ماذا لو لم يكن المقسم يتكون من مقاومتين، بل ثلاثة أو حتى عشرة؟ كيفية تحديد انخفاض الجهد عبر كل منهم؟ بالضبط نفس كما في الحالة الموصوفة. تحتاج أولاً إلى تحديد المقاومة الإجمالية للدائرة وحساب التيار الإجمالي.

وبعد ذلك يتم ضرب هذا التيار المعروف بالفعل. في بعض الأحيان يجب إجراء مثل هذه الحسابات، ولكن هناك أيضًا مشكلة واحدة هنا. لكي لا نشكك في النتائج التي تم الحصول عليها، ينبغي استبدال التيار في الصيغ بالأمبير، والمقاومة بالأوم. ومن ثم، وبدون أدنى شك، ستكون النتيجة بالفولت.

الآن اعتاد الجميع على استخدام الأجهزة الصينية الصنع. ولكن هذا لا يعني أن جودتها سيئة. كل ما في الأمر أنه لم يفكر أحد في بلدنا في إنتاج أجهزة القياس المتعددة الخاصة به، ويبدو أنهم نسوا كيفية صنع أجهزة اختبار المؤشر. إنه مجرد عار على البلاد.

أرز. 2. المتر المتعدد DT838

ذات مرة، أشارت التعليمات الخاصة بالأجهزة إلى خصائصها التقنية. على وجه الخصوص، بالنسبة لأجهزة قياس الفولتميتر وأجهزة اختبار المؤشر، كانت هذه هي مقاومة الإدخال، وتمت الإشارة إليها بالكيلومتر/الفولت. وكانت هناك أجهزة ذات مقاومة 10 ك/فولت و20 ك/فولت. تم اعتبار الأخير أكثر دقة، لأنه أضاف أقل إلى الجهد المقاس وأظهر نتيجة أكثر دقة. ويمكن تأكيد ذلك من خلال الشكل 3.

الشكل 3.

الجهد الفعال U هو 0.707 جهد السعة Um.

U = Um/√2 = 0.707 * Um، ومن هنا يمكننا أن نستنتج أن Um = U * √2 = 1.41 * U

ومن المناسب إعطاء مثال مستخدم على نطاق واسع هنا. عند قياس الجهد المتردد، أظهر الجهاز 220 فولت، مما يعني أن قيمة السعة حسب الصيغة ستكون

أم = ش * √2 = 1.41 * ش = 220 * 1.41 = 310 فولت.

يتم تأكيد هذا الحساب في كل مرة يتم فيها تصحيح جهد التيار الكهربائي بواسطة جسر ديود متبوعًا بمكثف كهربائي واحد على الأقل: إذا قمت بقياس جهد التيار المستمر عند خرج الجسر، فسيظهر الجهاز 310 فولت بالضبط. ينبغي تذكر هذا الرقم، فقد يكون مفيدًا في تطوير وإصلاح مصادر الطاقة.

هذه الصيغة صالحة لجميع الفولتية إذا كان لها شكل جيبي. على سبيل المثال، بعد محول التنحي هناك 12 فولت تيار متردد. ثم بعد التصحيح والتمهيد على المكثف سيكون

12*1.41 = 16.92 تقريبا 17 فولت. ولكن هذا إذا لم يكن الحمل متصلاً. مع الحمل المتصل، سينخفض ​​جهد التيار المستمر إلى 12 فولت تقريبًا. وفي الحالة التي يكون فيها شكل الجهد غير موجة جيبية، فإن هذه الصيغ لا تعمل، ولا تظهر الأجهزة ما هو متوقع منها. عند هذه الفولتية، يتم إجراء القياسات بواسطة أجهزة أخرى، على سبيل المثال، راسم الذبذبات.

هناك عامل آخر يؤثر على قراءات الفولتميتر وهو التردد. على سبيل المثال، يقوم المقياس الرقمي المتعدد DT838، وفقًا لخصائصه، بقياس الفولتية المتناوبة في نطاق التردد 45...450 هرتز. يبدو اختبار مؤشر TL4 القديم أفضل إلى حد ما في هذا الصدد.

في نطاق الجهد الذي يصل إلى 30 فولت، يكون نطاق التردد الخاص به 40...15000 هرتز (يمكن استخدام النطاق الصوتي بأكمله تقريبًا عند إعداد مكبرات الصوت)، ولكن مع زيادة الجهد، ينخفض ​​التردد المسموح به. في نطاق 100 فولت يكون 40...4000 هرتز، 300 فولت 40...2000 هرتز، وفي نطاق 1000 فولت يكون 40...700 هرتز فقط. هذا هو النصر الذي لا جدال فيه على الجهاز الرقمي. هذه الأرقام صالحة أيضًا فقط للجهود الجيبية.

على الرغم من أنه في بعض الأحيان لا توجد بيانات حول الشكل والتردد وسعة الفولتية المتناوبة. على سبيل المثال، كيفية تحديد ما إذا كان المذبذب المحلي لجهاز استقبال الموجات القصيرة يعمل أم لا؟ لماذا لا "يلتقط" المتلقي أي شيء؟

اتضح أن كل شيء بسيط للغاية إذا كنت تستخدم جهاز المؤشر. تحتاج إلى تشغيله إلى أي حد لقياس الفولتية المتناوبة ولمس أطراف ترانزستور المذبذب المحلي بمسبار واحد (!). إذا كانت هناك تذبذبات عالية التردد، فسيتم اكتشافها بواسطة الثنائيات داخل الجهاز، وسوف تنحرف الإبرة عن جزء من المقياس.

مبدأ تشغيل الفولتميتر الإلكتروني للجهد المتردد هو تحويل الجهد المتردد إلى جهد مباشر، يتناسب طرديًا مع القيمة المقابلة للجهد المتردد، وقياس الجهد المباشر باستخدام جهاز قياس كهروميكانيكي أو مقياس فولتميتر رقمي.

يتم تحديد قيمة جهد التيار المتردد المقاسة بواسطة الفولتميتر الإلكتروني حسب نوع محول القياس AC-to-DC المستخدم. دعونا نفكر في تصميم الفولتميتر الإلكتروني للجهود المتناوبة ومتطلبات العناصر الفردية وميزات التصميم وخصائصها المترولوجية.

الفولتميتر السعة

يتناسب انحراف مؤشر الفولتميتر السعة بشكل مباشر مع قيمة السعة (الذروة) للجهد المتردد، بغض النظر عن شكل منحنى الجهد. لا يمتلك أي من أنظمة أدوات القياس الكهروميكانيكية هذه الخاصية. تستخدم أجهزة قياس الفولتميتر الإلكترونية من الذروة إلى الذروة كاشفات الذروة ذات المدخلات المفتوحة والمغلقة.

يتم تحقيق الحساسية المطلوبة (الحد الأدنى للجهود المقاسة هو بضعة ميلي فولت) باستخدام UPT مع مكاسب عالية بعد الكاشف.

تين. يوضح الشكل 2 مخططًا مبسطًا لجهاز الفولتميتر ذو السعة بمدخل مغلق، تم إنشاؤه وفقًا لدائرة تحويل الموازنة.

الجهد المقاس ش سيتم توفيره من خلال جهاز إدخال إلى مدخل كاشف الذروة بمدخل مغلق (VD1، C1، R1).إلى كاشف مماثل (VD2، C2، R2)يتم توفير جهد تعويضي بتردد حوالي 100 كيلو هرتز، يتم إنشاؤه في دائرة التغذية المرتدة. تتم مقارنة الفولتية DC المساوية لقيم سعة الإشارة المقاسة والجهد التعويضي عبر المقاومات ر1، ر2.تجدر الإشارة إلى أنه عند الفولتية المنخفضة، ستعمل الكاشفات في الوضع التربيعي، مما سيؤدي إلى خطأ في قيمة سعة الفولتميتر.

يتم توفير فرق الجهد إلى UPT A1 معمربحيه عاليه. إذا كان الجهد عند خرج UPT له قطبية موجبة، مما يشير إلى أن جهد الإشارة يتجاوز جهد التعويض أو غياب الأخير، يتم تشغيل مُعدِّل المولد المقفل مسبقًا، ويتم توفير جهد التعويض من خلال مقسم التغذية المرتدة إلى الكاشف VD2، R2، C2.مُعدِّل المذبذب عبارة عن مولد تم تجميعه باستخدام دائرة سعوية ثلاثية النقاط ومكبر صوت ومتابع باعث.

يؤدي فائض جهد التعويض عن الجهد المقاس إلى عرقلة مُشَكِّل المولد. يتم توفير جهد الخرج ذو السعة المتناسبة مع سعة الجهد المقاس وتردد 100 كيلو هرتز إلى متوسط ​​كاشف الجهد المصحح U1ويتم قياسه بواسطة الفولتميتر الكهرومغناطيسي بف1.

أحد المتطلبات المهمة هو تحديد خصائص النقل لكاشفات الإشارة والجهد التعويضي. فقط مع خصائص متطابقة سوف تشير مساواة الفولتية الناتجة للكاشفات إلى مساواة الفولتية المدخلة.

في حالة مستقرة على المقاومات R1 و R2يتم تشكيل فرق جهد معين ويساوي

(1)

أين لو β هي معاملات النقل لدائرة التحويل المباشر والتغذية المرتدة.

في هذه الدائرة، تشتمل دائرة التحويل المباشر على UPT، ومحول مولد، وتشتمل الدائرة العكسية على مقسم في دائرة التغذية المرتدة وكاشف إشارة تعويضية. وبالتالي، لضمان دقة موازنة عالية، يجب أن يكون كسب مكبر الصوت ومغير المولد مرتفعًا جدًا.

مكونات الخطأ هي: خطأ الوسائل القياسية أثناء المعايرة، الخطأ العشوائي في قياس الجهد المباشر بجهاز كهرومغناطيسي، الخطأ الناتج عن عدم استقرار معامل نقل دائرة التغذية المرتدة ومعامل الإرسال المتوسط ​​المصحح للكاشف، عدم تطابق خصائص الكاشفات، وعدم توازن الدائرة.

تعمل مقاييس الميليفولتميتر V3-6 و V3-43 المنتجة تجاريًا وفقًا لمخطط مماثل. الخطأ الرئيسي عند الترددات حتى 30 ميجا هرتز هو 4...6%، عند الترددات حتى 1 جيجا هرتز – 25%. يتم تدرج مقاييس الفولتميتر السعة بقيم جذر متوسط ​​تربيع للجهد الجيبي. العيب هو الخطأ الكبير عند قياس الفولتية بمستوى عالٍ من المكونات التوافقية.

لقياس الجهد المتردد، يتم استخدام الأجهزة الكهروميكانيكية التناظرية (الكهرومغناطيسية، الكهروديناميكية، ونادرا ما تكون حثي)، والأجهزة الإلكترونية التناظرية (بما في ذلك أنظمة المعدل) وأدوات القياس الرقمية. يمكن أيضًا استخدام المعوضات وأجهزة الذبذبات والمسجلات والأدوات الافتراضية لإجراء القياسات.

عند قياس الجهد المتناوب، ينبغي التمييز بين القيم اللحظية والسعة والمتوسطة والفعالة للجهد المطلوب.

يمكن تمثيل الجهد المتناوب الجيبي في شكل العلاقات التالية:

أين ش (ر)- قيمة الجهد اللحظي، V؛ ش م -قيمة جهد السعة، V؛ (U - متوسط ​​قيمة الجهد، V ت -فترة

(ت = 1//) الجهد الجيبي المطلوب، ق؛ ش-قيمة الجهد الفعال، V.

يمكن عرض القيمة اللحظية للتيار المتردد على راسم الذبذبات الإلكتروني أو باستخدام مسجل تمثيلي (مسجل الرسم البياني).

يتم قياس القيم المتوسطة والسعة والفعالة للجهود المتناوبة بواسطة المؤشر أو الأجهزة الرقمية للتقييم المباشر أو معوضات الجهد المتردد. نادرًا ما يتم استخدام أدوات قياس القيم المتوسطة والسعة. تتم معايرة معظم الأجهزة بقيم الجهد الفعالة. لهذه الأسباب، يتم إعطاء القيم الكمية للضغوط الواردة في الكتاب المدرسي، كقاعدة عامة، بالقيم الفعالة (انظر التعبير (23.25)).

عند قياس الكميات المتغيرة، يكون لشكل الفولتية المرغوبة أهمية كبيرة، والتي يمكن أن تكون جيبية أو مستطيلة أو مثلثة وما إلى ذلك. تشير جوازات السفر الخاصة بالأجهزة دائمًا إلى الفولتية التي تم تصميم الجهاز لقياسها (على سبيل المثال، لقياس الجيبي أو المستطيل الفولتية). في هذه الحالة، تتم الإشارة دائمًا إلى معلمة جهد التيار المتردد التي يتم قياسها (قيمة السعة، القيمة المتوسطة أو القيمة الفعالة للجهد المقاس). كما ذكرنا سابقًا، يتم استخدام معايرة الأجهزة في الغالب في القيم الفعالة للجهود المتناوبة المطلوبة. وبسبب هذا، جميع الفولتية المتغيرة المذكورة أدناه معطاة بالقيم الفعالة.

لتوسيع حدود قياس الفولتميتر الجهد المتردد، يتم استخدام مقاومات إضافية ومحولات الأجهزة والسعات الإضافية (مع أجهزة النظام الكهروستاتيكي).

لقد تمت بالفعل مناقشة استخدام مقاومات إضافية لتوسيع حدود القياس في القسم الفرعي 23.2 فيما يتعلق بمقاييس الفولتميتر المستمر، وبالتالي لم يتم تناولها في هذا القسم الفرعي. كما لا تؤخذ في الاعتبار محولات قياس الجهد والتيار. وترد معلومات عن المحولات في الأدب.

مع دراسة أكثر تفصيلاً لاستخدام السعات الإضافية، يمكن استخدام سعة إضافية واحدة لتوسيع حدود قياس الإحصائيات الكهربائية للفولتميتر (الشكل 23.3، أ)أو يمكن استخدام حاويتين إضافيتين (الشكل 23.3، ب).

بالنسبة لدائرة ذات سعة إضافية واحدة (الشكل 23.3، أ) قياس الجهد شموزعة بين السعة الفولتميتر ج ذوالسعة الإضافية C تتناسب عكسيًا مع القيم س ي و س

معتبرا أن يو ج = يو- أوي،يمكن كتابتها

أرز. 23.3. مخطط لتوسيع حدود القياس الكهروستاتيكي

الفولتميتر:

أ- دائرة بسعة إضافية واحدة؛ ب- دائرة بحاويتين إضافيتين؛ ش- قياس الجهد المتردد (قيمة جذر متوسط ​​التربيع) ؛ C، C، C 2 - حاويات إضافية؛ السيرة الذاتية-سعة الفولتميتر الكهروستاتيكي المستخدم الخامس؛ ش ج- انخفاض الجهد عبر السعة الإضافية C؛ يو ضد -قراءة الفولتميتر الكهروستاتيكي

حل المعادلة (23.27) ل ش،نحن نحصل:

من التعبير (23.28) يترتب على ذلك أنه كلما زاد الجهد المقاس شبالمقارنة مع الحد الأقصى للجهد المسموح به لآلية كهروستاتيكية معينة، يجب أن تكون السعة أصغر معمقارنة بالقدرة معك.

تجدر الإشارة إلى أن الصيغة (23.28) صالحة فقط مع العزل المثالي للمكثفات المكونة للسعات معو السيرة الذاتية .إذا كان هناك خسائر في العازل الذي يعزل ألواح المكثف عن بعضها البعض، فستنشأ أخطاء إضافية. وبالإضافة إلى ذلك، قدرة الفولتميتر ج ذيعتمد على الجهد المقاس ش،منذ ذلك الحين شتعتمد قراءات الفولتميتر، وبالتالي المواضع النسبية للصفائح المتحركة والثابتة التي تشكل آلية القياس الكهروستاتيكي. الظرف الأخير يؤدي إلى ظهور خطأ إضافي آخر.

يتم الحصول على أفضل النتائج إذا تم استخدام مكثفين إضافيين C (و C 2) بدلاً من سعة إضافية واحدة، لتشكيل مقسم جهد (انظر الشكل 23.3، ب).

بالنسبة لدائرة تحتوي على مكثفين إضافيين، تكون العلاقة التالية صحيحة:

أين ش -انخفاض الجهد عبر المكثف ج ذ

معتبرا أن يمكن كتابتها

حل المعادلة (23.30) ل ش،نحن نحصل:

من التعبير (23.31) يمكننا أن نستنتج أنه إذا كانت سعة المكثف C 2 الذي يتصل به الفولتميتر تتجاوز بشكل كبير سعة الفولتميتر نفسه، فإن توزيع الجهد يكون مستقلاً عمليًا عن قراءة الفولتميتر. بالإضافة إلى ذلك، في ج 2 " ج ذالتغير في مقاومة العزل للمكثفات C و C 2 والتردد

الجدول 23.3

حدود وأخطاء قياس الفولتية المتناوبة

كما أن الجهد المقاس له تأثير ضئيل على قراءات الجهاز. أي أنه عند استخدام حاويتين إضافيتين، يتم تقليل الأخطاء الإضافية في نتائج القياس بشكل كبير.

حدود قياس الفولتية المتناوبة بأجهزة من أنواع مختلفة وأصغر الأخطاء لهذه الأجهزة موضحة في الجدول. 23.3.

على سبيل المثال، يوضح الملحق 5 (الجدول أ.5.1) الخصائص التقنية لأجهزة قياس الفولتميتر العالمية التي تسمح بقياس، من بين أمور أخرى، الفولتية المتناوبة.

وفي الختام، تجدر الإشارة إلى ما يلي.

دائمًا ما تكون الأخطاء في قياس التيارات (المباشرة والمتناوبة) بأجهزة من نفس النوع وفي ظل ظروف متساوية أكبر من الأخطاء في قياس الفولتية (سواء المباشرة أو المتناوبة). إن الأخطاء في قياس التيارات المتناوبة والفولتية بأجهزة من نفس النوع وفي ظل ظروف متساوية تكون دائمًا أكبر من الأخطاء في قياس التيارات والفولتية المباشرة.

يمكن الحصول على مزيد من المعلومات التفصيلية حول القضايا المثارة من.

الهدف من العمل- دراسة الخصائص المترولوجية للفولتميتر الإلكتروني

التعرف على المعدات المستخدمة وتعليمات استخدامها. تلقي مهمة محددة من المعلم لإكمال العمل.

تحديد الخطأ الرئيسي في الفولتميتر الإلكتروني على مدى القياس الذي حدده المعلم. ارسم على رسم بياني واحد اعتماد الأخطاء النسبية والمخفضة على قراءات الفولتميتر الإلكتروني. استنتج أن مقياس الفولتميتر الذي تم التحقق منه يتوافق مع فئة الدقة الخاصة به.

تحديد خاصية السعة والتردد للفولتميتر الإلكتروني. ارسم الرسم البياني لاستجابة التردد وحدد نطاق تردد التشغيل لجهاز الفولتميتر عند مستوى توهين استجابة التردد الذي تحدده الوثائق التنظيمية والفنية لجهاز الفولتميتر الذي يتم التحقق منه.

قم بتقييم الاستجابة الترددية لجهاز قياس الفولتميتر الرقمي بشكل تجريبي. إجراء تحليل مقارن لخصائص السعة والتردد الإلكترونية والرقمية والكهروميكانيكية 11 ملاحظة 1. خذ نتائج البحث عن الفولتميتر الكهروميكانيكي من العمل المعملي رقم 1 إذا تم إجراؤه مسبقًا. الفولتميتر. إنشاء رسوم بيانية للاستجابة الترددية للأجهزة قيد الدراسة.

باستخدام الفولتميتر الإلكتروني، قم بقياس الفولتية بأشكال مختلفة (الجيبية والمستطيلة والمثلثة) بنفس السعة عند الترددات الموجودة في نطاق تردد التشغيل لهذا الجهاز. شرح وتأكيد النتائج التي تم الحصول عليها مع الحسابات. استنتج تأثير شكل الجهد المقاس على قراءات الفولتميتر الإلكتروني.

وصف وترتيب العمل

الأجهزة المستخدمة

الفولتميتر الإلكتروني مع الإخراج التناظري - GVT-417V

جهاز قياس عالمي بشاشة ديجيتال - GDM-8135

مولد الإشارة التوافقية - SFG-2120

راسم الذبذبات الإلكتروني - GOS-620

أوصاف الأجهزة مرفقة في المنصة.

لتنفيذ العمل، استخدم الرسم البياني الموضح في الشكل. 2.1 ، حيث GS عبارة عن مولد (مركب) للإشارات الجيبية والمستطيلة والمثلثة ، والسيرة الذاتية عبارة عن الفولتميتر الرقمي ، و EV عبارة عن الفولتميتر الإلكتروني ، و ELO عبارة عن راسم ذبذبات أشعة الكاثود.

1. الخطأ الرئيسي في الفولتميتر الإلكترونيتحددها طريقة المقارنة، أي. من خلال مقارنة قراءاته مع قراءات المعيار، في هذه الحالة، الفولتميتر الرقمي، عند الجهد الجيبي. يتم أخذ قراءات الفولتميتر المرجعي كقيم الجهد الفعلية.

يتم فحص الفولتميتر الإلكتروني GVT-417B بتردد 1 كيلو هرتز على مقاييس ذات حدود عليا 1 فولت أو 3 فولت، وذلك بسبب نطاق التنظيم لجهد الخرج للمولد المستخدم.

يتم التحقق من أجل ن= (610) علامات مقياس، موزعة بالتساوي على مقياس الآلة، مع زيادة ونقصان سلس في قراءاتها

نقاط الجهد التي تم التحقق منها شيتم تثبيت p على الفولتميتر الإلكتروني الذي يتم التحقق منه، وقيم الجهد الفعلية شأوه أوف، شيا يتم أخذ القيمة من الفولتميتر الرقمي القياسي، على التوالي، عند الاقتراب من العلامة التي يتم التحقق منها شن المقاييس مع زيادة القراءات وانخفاضها.

يتم عرض نتائج القياسات والحسابات في شكل جدول.

يتم تحديد الأخطاء والاختلافات المطلقة والنسبية والمخفضة في القراءات باستخدام الصيغ الواردة في العمل المختبري 1 أو في؛ حدد أيضًا الحد الأقصى للخطأ المخفض max = Max(| أنا|) والحد الأقصى للتباين حالحد الأقصى = الحد الأقصى( ح أنا) تم الحصول عليها نتيجة للتجربة.

بناءً على نتائج الاختبارات والحسابات، ارسم على رسم بياني واحد اعتماد الأخطاء النسبية والمخفضة على قراءات الفولتميتر الإلكتروني، = F (شف)، = F (شف)؛ يحتوي الرسم البياني أيضًا على خطوط تحدد حدود الحد الأقصى المسموح به للخطأ المنخفض المطابق لفئة دقة الجهاز الذي يتم اختباره.

بناءً على تحليل البيانات المتعلقة بالخطأ الرئيسي واختلاف القراءات، يتم التوصل إلى استنتاج حول امتثال الخصائص المحددة للمتطلبات التي تحددها فئة دقة الجهاز الذي يتم اختباره.

2. خاصية السعة والتردد للفولتميتر الإلكترونييتم تعريفه على أنه اعتماد قراءات الفولتميتر على تردد الإشارة الجيبية المدخلة عند قيمة ثابتة لجهدها.

في الممارسة العملية، يتم استخدام مفهوم نطاق تردد التشغيل لأداة القياس على نطاق واسع. يشير نطاق تردد التشغيل لجهاز الفولتميتر إلى نطاق التردد F، حيث لا يتجاوز تفاوت استجابة تردد الفولتميتر قيمة معينة مسموح بها مسبقًا. وبالتالي، بالنسبة للفولتميتر الإلكتروني GVT-417B، ضمن نطاق التشغيل، لا يُسمح بتغيير أكثر من 10 بالمائة في قراءات الجهاز من القراءات عند التردد F 0 = 1 كيلو هرتز.

تسمى القيم القصوى لنطاق التردد الذي يلبي المتطلبات المحددة بالقيم الدنيا Fح وأعلى Fفي الترددات المحددة لنطاق التشغيل للفولتميتر الإلكتروني.

يتم تحديد استجابة التردد أيضًا وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. 2.1. يتم استخدام المولد SFG-2120 كمصدر للإشارة، مما يضمن سعة ثابتة لإشارة الخرج عندما يتغير التردد في نطاق التشغيل الخاص به.

تم ضبط التردد بشكل مبدئي على مولد GS F 0 = 1 كيلو هرتز مع شكل موجة جيبية. باستخدام منظم جهد خرج المولد GS، اضبط قراءة الفولتميتر الإلكتروني عند علامة المقياس في النطاق (0.7-0.9) من حد القياس العلوي وسجل قيمة الجهد المضبوط شف ( F 0 = 1 كيلو هرتز) = … .

في المستقبل، عند تحديد استجابة التردد، يتم تغيير تردد مولد إشارة GS فقط، ولا يتغير الجهد المأخوذ من المولد.

لمراقبة مستوى الإشارة وشكلها، يتم استخدام راسم ذبذبات أشعة الكاثود. على شاشة راسم الذبذبات، من خلال تحديد معاملات الانحراف (VOLTS/DIV) ومعاملات الاجتياح (TIME/DIV)، يتم الحصول على مخطط ذبذبات مناسب للملاحظات والقياسات - صورة لعدة فترات من الشكل الجيبي بسعة كبيرة بما فيه الكفاية؛ سجل السعة لأ( أو ل 2A - سعة مزدوجة) صورة للإشارة للمراقبة اللاحقة لمستوى الإشارة.

من الملائم تحديد استجابة التردد بشكل منفصل لمناطق التردد العالي والمنخفض.

في منطقة التردد العالي، تبدأ استجابة التردد في خطوات 100 كيلو هرتز: 1 كيلو هرتز (التردد الأولي)، 100 كيلو هرتز، 200 كيلو هرتز، ... حتى التردد الذي تنخفض عنده قراءات الفولتميتر الإلكتروني إلى مستوى قيمة الترتيب 0.8-0.9 من القراءة المحددة في البداية شف ( F 0 = 1 كيلو هرتز). لتوضيح التردد العلوي Fفي نطاق تردد التشغيل Fالفولتميتر الإلكتروني في منطقة انخفاض استجابة التردد بنسبة 10 بالمائة، من الضروري أيضًا إزالة عدة نقاط من استجابة التردد بخطوة أصغر في تغيير تردد إشارة الدخل.

أثناء الاختبار، تتم مراقبة المستوى الثابت لإشارة خرج GS باستخدام راسم الذبذبات الإلكتروني.

اكتب نتائج الاختبارات والحسابات في الجدول:

للمركبات الكهربائية Fب = ... للسيرة الذاتية Fب = ...

أين شف ( F) - قراءات الفولتميتر على التردد F; ك(F) = شف ( F) /شف ( F o = 1 كيلو هرتز) - استجابة تردد الفولتميتر، معروضة بوحدات نسبية للترددات المقابلة، F c هو الحد الأعلى لتردد نطاق تشغيل الفولتميتر، الموجود في التجربة.

عند تنفيذ مهمة بطريقة مماثلة وبنفس الترددات، يتم تقييم الاستجابة الترددية للفولتميتر الرقمي. يتم إدخال نتائج الاختبار في نفس الجدول. وبما أن هذا العمل يتطلب مقارنة نطاقات تردد التشغيل لأجهزة قياس الفولتميتر الإلكترونية والرقمية من الناحية النوعية، فليس من الضروري توضيح الاستجابة الترددية لجهاز قياس الفولتميتر الرقمي عند نقاط تردد إضافية. وفي هذه الحالة سيتم تحديد قيم الترددات المحددة للفولتميتر الرقمي بدقة أقل.

انخفاض تردد القطع Fن شريط العمل Fبالنسبة لأجهزة قياس التيار المتردد الإلكترونية، يكون عادةً في نطاق الوحدات والعشرات الأولى من هرتز. ولذلك يمكن أن يكون الإجراء الخاص بتحديد استجابة التردد في منطقة التردد المنخفض كما يلي: أولاً، تقليل التردد من الأصل F 0 = 1000 هرتز إلى 200 هرتز، ثم من 50 هرتز إلى 10 هرتز. إذا لزم الأمر، قم بتوضيح التردد الأقل F n من نطاق العمل، حيث تنخفض استجابة التردد إلى مستوى 0.9 من قيمته عند F 0 = 1000 هرتز، وإزالة النقاط الإضافية بزيادات قدرها 1 هرتز.

يتم تقييم استجابة التردد لجهاز الفولتميتر الرقمي بنفس الترددات.

يتم عرض نتائج الاختبار والحساب في شكل جدول:

للمركبات الكهربائية Fن = ... هرتز، للسيرة الذاتية Fن = ... هرتز.

وبناء على نتائج البحث، تم إنشاء الرسوم البيانية للاستجابة الترددية للترددات العالية والمنخفضة. من الملائم إنشاء رسوم بيانية على طول محور التردد على مقياس لوغاريتمي.

3. تحديد تأثير شكل إشارة الدخل على قراءات الفولتميتر المتردد.

في الفولتميترات الإلكترونية ذات التيار المتردد، يتم استخدام محولات الجهد من التيار المتردد إلى التيار المستمر، كما هو موضح في الشكل على سبيل المثال. 2.2، حيث: شفي ( ر) - جهد الإدخال، U - مضخم التيار المتردد، IM - آلية القياس الكهرومغناطيسي، - زاوية انحراف آلية القياس.

يتم استخدام محولات السعة أو متوسط ​​القيم المصححة أو الفعالة للجهد المتناوب إلى جهد مباشر. وفي الوقت نفسه، تتم معايرة جميع أجهزة قياس الفولتميتر الإلكترونية المتناوبة، بغض النظر عن نوع المحول القيم الفعالة للجهد الجيبي. قد يؤدي هذا إلى أخطاء إضافية عند قياس الفولتية غير الجيبية.

يحتوي الفولتميتر الإلكتروني GVT-417B على محول قيمة متوسط ​​المعدل. بالنسبة لمثل هذه الفولتميترات، تتناسب زاوية انحراف المؤشر مع متوسط ​​القيمة المصححة شجهد الإدخال CF

أين: ك الخامس- معامل تحويل الفولتميتر، شفي ( ر) - إدخال الجهد المتناوب مع الفترة ت.

دواعي الإستعمال شتتم معايرة الفولتميتر p بالتيار شقيم الجهد الجيبية

أين: كف = ش/ش CP - معامل شكل موجة الجهد للجهد الجيبي كف = 1.11. لذلك، لشكل آخر من الجهد ( ك F؟ 1.11) قد تختلف قراءات الفولتميتر بشكل كبير عن قيمته الفعلية مما يؤدي إلى خطأ إضافي في نتيجة القياس.

في مثل هذه الحالات، يمكن إيجاد الفولتية المطلوبة ذات شكل إشارة معروف عن طريق الحساب.

واستنادا إلى مبدأ تشغيل الفولتميتر والمعايرة المقبولة، فمن الممكن وفقا للقراءات ش P للجهاز لتحديد متوسط ​​​​القيمة المصححة لأي جهد مقاس (ضمن استجابة تردد الفولتميتر)

شريال = شص/1.11.

قيمة فعالة شلا يمكن تحديد الجهد غير الجيبي إلا إذا كان المعامل معروفًا ك F الجهد الموجي، كف = ش/ش CP (أو يعرف شكل الإشارة الذي يمكن من خلاله تحديد هذا المعامل)

ش = ك F شريال سعودى.

يتم عرض القيم العددية لعوامل الشكل لبعض الإشارات في الجدول.

لتقييم تأثير شكل الجهد بشكل تجريبي على قراءات مقياس الفولتميتر الإلكتروني، يتم قياس إشارات الأشكال الجيبية والمستطيلة والمثلثة بالتتابع بنفس السعة.

في السابق، تم ضبط قراءات الفولتميتر على الإشارة الجيبية في نطاق 0.5 - 0.6 من حد القياس العلوي للمقياس المحدد عند التردد الاسمي F ن = 1 كيلو هرتز، وبعد ذلك، بنفس سعة إشارات الدخل، يتم قياس الجهد باستخدام الفولتميتر لأشكال الإشارات الأخرى. يتم ضبط أشكال الإشارة (الجيبية، المثلثة، المستطيلة) بالضغط على مفتاح " موجة"على المولد.

حسب المؤشرات شيحدد الفولتميتر المتوسط شريال والتيار شقيم الجهد لجميع أشكال الموجة.

لتقييم تأثير شكل الجهد على قراءات جهاز الفولتميتر الإلكتروني المزود بمحول جهد مصحح متوسط، حدد الخطأ النسبي الإضافي (بالنسبة المئوية)

100(شف - ش)/ش.

يتم تسجيل نتائج القياسات والحسابات في الجدول.

تجدر الإشارة إلى أنه سيتم تضمين خطأ إضافي في نتيجة القياس إذا تم تحديد القيم الفعالة للجهود غير الجيبية مباشرة من قراءات الفولتميتر دون مراعاة شكل الإشارة وإجراء الحسابات المقابلة.

وبناء على نتائج البحث، استخلاص استنتاج حول تأثير شكل منحنى الجهد على نتائج قياسه باستخدام الفولتميتر الإلكتروني.

الأدب

المقاييس والتوحيد القياسي وإصدار الشهادات: كتاب مدرسي للطلاب. أعلى كتاب مدرسي المؤسسات/[B.Ya.Avdeev، V.V.Alekseev، E.M.Antonyuk، إلخ.]؛ حرره ف.ف. - م: مركز النشر "الأكاديمية"، 2007. ص 136-140.

لقد اعتبرنا بالفعل أن الجهد المتردد يتميز بقيم لحظية ومتوسطة ومتوسطة تصحيح وجذر متوسط ​​مربع.

تتم معايرة معظم مقاييس الفولتميتر، باستثناء مقاييس النبض، بقيم الجذر المتوسط ​​التربيعي (rms)، والتي تساوي 0.707 من قيمة السعة. إذا كانت معاملات الشكل معروفة، فيمكن استخدام أحد المعلمات لتحديد المعلمات الأخرى. عند قياس الفولتية الجيبية، يتم تحديد القيمة اللحظية (السعة) كـ U=Umeas*1.41، حيث Umeas هي القيمة الفعالة أو U=1.1*Usv (إذا تم قياس متوسط ​​القيمة المصححة). عند قياس الإشارات غير الجيبية، يجب أيضًا إجراء تصحيحات على القراءات.

يتم استخدام الأجهزة الكهروميكانيكية والكهروحرارية والإلكترونية لقياس الجهد المتردد. يتم تحديد اختيار الجهاز حسب حدود الجهد وشروط القياس والدقة المطلوبة.

من بين الأجهزة الكهروميكانيكية، يتم استخدام الأجهزة الكهرومغناطيسية والكهروديناميكية والكهروستاتيكية بشكل رئيسي.

يتم تصنيف الفولتميتر المتردد وفقًا لمعايير مختلفة:

حسب الغرض: نبض، تيار متردد، حساس للطور، انتقائي، عالمي؛

بطريقة القياس: التقييم المباشر والمقارنة مع المقياس؛

وفقًا لمعلمة الجهد المقاسة: السعة، والجذر المتوسط، والمتوسط ​​المصحح؛

حسب نوع المؤشر: المؤشر والرقمي.

تستخدم معظم أجهزة قياس الجهد الكهرومغناطيسي عند ترددات 50 هرتز. فئة الدقة - 2.5 - 0.5 الفولتميتر الكهروديناميكي لها نفس نطاق التردد، ولكن فئة دقة أعلى (0.1). معادلة المقياس تربيعية بطبيعتها. المزايا: بساطة التصميم وإمكانية الاستخدام المباشر في دوائر الجهد المتناوب والموثوقية. العيوب - حساسية منخفضة، استهلاك كبير من دائرة القياس، مقياس غير متساو.

يتم استخدام الفولتميتر الكهروستاتيكي لقياس الفولتية العالية (حتى 100 كيلو فولت). فئة الدقة 1.

قياس الجهد العالي التردد له خصائصه الخاصة. لكي لا يؤثر الجهاز على دائرة القياس، من الضروري أن تكون مقاومة الإدخال كبيرة وسعة الإدخال صغيرة قدر الإمكان.

في ممارسة القياسات الإلكترونية الراديوية، يتم استخدام الفولتميتر الإلكتروني والمقوم على نطاق واسع. ويفسر ذلك حقيقة أن الفولتميتر الإلكتروني يتمتع بمقاومة دخل عالية في كل من الترددات العالية والمنخفضة، وحساسية عالية عند استخدام مكبر للصوت، واستهلاك منخفض من دائرة القياس.

قياس الجهد المتردد بطريقة التقدير المباشر.

الفولتميتر الإلكترونية.

تم تصميم المخططات التفصيلية لمقاييس الفولتميتر الإلكترونية بشكل أساسي وفقًا لمخططين: أجهزة قياس الميليفولتميتر والفولتميتر لقياس الفولتية العالية. يتم عرضها في الشكل M2-8.

الشكل M2-8. الفولتميتر الإلكتروني لقياس الفولتية المتناوبة.

تتكون أجهزة قياس الفولتميتر لقياس الفولتية العالية من جهاز إدخال، ومحول جهد تيار متردد إلى تيار مستمر (كاشف)، ومضخم تيار مستمر، وجهاز قياس النظام الكهرومغناطيسي. تتميز أجهزة قياس الميليفولتميتر بوجود مضخم جهد متردد أمام الكاشف، مما يعمل على زيادة الحساسية.

يتم إنشاء الفولتميترات ذات القيمة المتوسطة وفقًا للمخطط الهيكلي من النوع الأول مع محولات الجهد المتردد إلى التيار المستمر بناءً على القيمة المتوسطة. أبسط الفولتميترات المتوسطة هي الفولتميتر المعدل مع المحولات المصنوعة على الثنائيات.

الفولتميتر الانتقائي.

انتقائي، أي. تستخدم أجهزة قياس الفولتميتر الانتقائية على نطاق واسع لدراسة طيف الإشارات غير الدورية. هذه هي أجهزة استقبال متغايرة حساسة للغاية يتم ضبطها على تردد معين أو نطاق ترددي ضيق. يظهر رسم تخطيطي مبسط للفولتميتر الانتقائي في الشكل م2-9.

الشكل M2-9. دائرة الفولتميتر الانتقائية

يتم تغذية إشارة التردد المقاسة Fc من خلال جهاز الإدخال إلى الخلاط، حيث تصل الإشارة من المذبذب المحلي أيضًا. في الخلاط، يتم تحويل الإشارة المقاسة إلى تردد متوسط ​​ويتم تضخيمها بواسطة مكبر الصوت. يوجد عند مخرج مكبر الصوت مقياس الفولتميتر مع مؤشر رقمي أو مؤشر الاتصال.

نبض الفولتميتر.يتم قياس الفولتية النبضية باستخدام مقاييس الفولتميتر النبضية، والتي تم تصميمها وفقًا لدائرة الفولتميتر الإلكتروني التناظري مع كاشف السعة. في هذه الدوائر يتم تحويل جهد النبضة إلى جهد مستمر وقياس قيمته. في هذه الدائرة، من الممكن قياس سعة النبضات الإيجابية فقط؛ أما بالنسبة للنبضات السلبية، فيجب تشغيل الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس. تتم معايرة الفولتميتر النبضي الخاص بقيم السعة. في كثير من الأحيان، يتم استخدام طرق قياس الذبذبات، والتي لا تسمح فقط بقياس سعة النبضات، ولكن أيضًا لمراقبة شكلها.