Voltmetru care măsoară tensiunea alternativă directă. Măsurarea tensiunilor alternative. Măsurarea tensiunii AC

În practica radioamatorilor, acesta este cel mai comun tip de măsurare. De exemplu, la repararea unui televizor, tensiunile sunt măsurate în punctele caracteristice ale dispozitivului, și anume la bornele tranzistoarelor și microcircuitelor. Dacă aveți o schemă de circuit la îndemână și modurile de tranzistori și microcircuite sunt indicate pe ea, atunci nu va fi dificil pentru un tehnician cu experiență să găsească defecțiunea.

Când instalați structuri asamblate de dvs., este imposibil să faceți fără măsurarea tensiunilor. Singurele excepții sunt schemele clasice, despre care scriu ceva de genul: „Dacă structura este asamblată din piese reparabile, atunci nu este necesară nicio ajustare, va funcționa imediat”.

De regulă, acestea sunt circuite electronice clasice, de exemplu, . Aceeași abordare poate fi aplicată chiar și unui amplificator audio dacă este asamblat pe un microcircuit specializat. Ca un exemplu clar al TDA 7294 și multe alte microcircuite din această serie. Dar calitatea amplificatoarelor „integrate” este scăzută, iar adevărații cunoscători își construiesc amplificatoarele pe tranzistoare discrete și, uneori, pe tuburi cu vid. Și aici este pur și simplu imposibil să faci fără configurarea și măsurătorile de tensiune aferente.

Cum și ce să măsoare

Prezentat în figura 1.

Poza 1.

Poate cineva va spune, ce se poate măsura aici? Și ce rost are să asamblați un astfel de lanț? Da, probabil că este dificil să găsești aplicații practice pentru o astfel de schemă. Și în scopuri educaționale este destul de potrivit.

În primul rând, ar trebui să acordați atenție modului în care este conectat voltmetrul. Deoarece figura prezintă un circuit de curent continuu, voltmetrul este conectat în conformitate cu polaritatea indicată pe dispozitiv sub formă de semne plus și minus. Practic, această remarcă este valabilă pentru un instrument indicator: dacă polaritatea nu este respectată, săgeata se va devia în direcția opusă, spre diviziunea zero a scalei. Deci va fi un fel de zero negativ.

Dispozitivele digitale, multimetrele, sunt mai democratice în acest sens. Chiar dacă este conectat în polaritate inversă, tensiunea va fi în continuare măsurată, doar un semn minus va apărea pe scară în fața rezultatului.

Un alt lucru la care ar trebui să acordați atenție atunci când măsurați tensiunile este domeniul de măsurare al dispozitivului. Dacă tensiunea așteptată este în intervalul, de exemplu, 10...200 milivolți, atunci scara instrumentului corespunde acestui interval de 200 milivolți, iar măsurarea tensiunii menționate pe o scară de 1000 volți este puțin probabil să dea un rezultat inteligibil.

Intervalul de măsurare trebuie selectat și în alte cazuri. Pentru o tensiune măsurată de 100 de volți, intervalul de 200V și chiar 1000V este destul de potrivit. Rezultatul va fi același. Acesta este ceea ce se referă.

Dacă măsurătorile sunt efectuate cu un instrument indicator vechi bun, atunci pentru a măsura o tensiune de 100V, ar trebui să selectați domeniul de măsurare atunci când citirile sunt la mijlocul scalei, ceea ce permite o citire mai precisă.

Și încă o recomandare clasică pentru utilizarea unui voltmetru, și anume: dacă valoarea tensiunii măsurate este necunoscută, atunci măsurătorile ar trebui să înceapă prin setarea voltmetrului la cel mai înalt interval. La urma urmei, dacă tensiunea măsurată este de 1V, iar intervalul este de 1000V, cel mai mare pericol este în citirile incorecte de la dispozitiv. Dacă se dovedește invers - domeniul de măsurare este de 1V, iar tensiunea măsurată este de 1000, achiziționarea unui dispozitiv nou pur și simplu nu poate fi evitată.

Ce va arăta voltmetrul?

Dar, probabil, să revenim la Figura 1 și să încercăm să determinăm ce vor arăta ambele voltmetre. Pentru a determina acest lucru, va trebui. Problema poate fi rezolvată în mai mulți pași.

Mai întâi, calculați curentul din circuit. Pentru a face acest lucru, trebuie să împărțiți tensiunea sursei (în figură aceasta este o baterie galvanică cu o tensiune de 1,5 V) la rezistența circuitului. Când rezistențele sunt conectate în serie, aceasta va fi pur și simplu suma rezistențelor lor. Sub forma unei formule, arată cam așa: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

O mică notă: dacă expresia 4.5 / (100 + 150) este copiată în clipboard, apoi lipită în fereastra calculatorului Windows, apoi după apăsarea tastei „egal”, se va obține rezultatul calculului. În practică, sunt evaluate și expresii mai complexe care conțin paranteze pătrate, paranteze, puteri și funcții.

În al doilea rând, obțineți rezultatele măsurătorii ca scădere de tensiune pe fiecare rezistor:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (V),

U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (V),

Pentru a verifica corectitudinea calculelor, este suficient să adăugați ambele valori rezultate ale căderii de tensiune. Cantitatea trebuie să fie egală cu tensiunea bateriei.

Poate cineva ar putea avea o întrebare: „Dar dacă divizorul nu este format din două rezistențe, ci trei sau chiar zece? Cum se determină căderea de tensiune pe fiecare dintre ele? Exact la fel ca în cazul descris. Mai întâi trebuie să determinați rezistența totală a circuitului și să calculați curentul total.

După care acest curent deja cunoscut este pur și simplu înmulțit cu. Uneori, astfel de calcule trebuie făcute, dar există și o problemă aici. Pentru a nu pune la îndoială rezultatele obținute, curentul din formule ar trebui înlocuit în Amperi, iar rezistența în Ohmi. Apoi, fără nicio îndoială, rezultatul va fi în Volți.

Acum toată lumea este obișnuită să folosească dispozitive fabricate în China. Dar asta nu înseamnă că calitatea lor este slabă. Doar că nimeni din țara noastră nu s-a gândit să-și producă propriile multimetre și se pare că au uitat cum să facă testere de indicatori. Este doar o rușine pentru țară.

Orez. 2. Multimetru DT838

Pe vremuri, instrucțiunile pentru dispozitive indicau caracteristicile tehnice ale acestora. În special, pentru voltmetre și testere cu cadran, aceasta a fost rezistența de intrare și a fost indicată în Kilohmi/Volți. Au existat dispozitive cu o rezistență de 10 K/V și 20 K/V. Acestea din urmă au fost considerate mai precise, deoarece au adăugat mai puțin la tensiunea măsurată și au arătat un rezultat mai precis. Acest lucru poate fi confirmat de figura 3.

Figura 3.

Tensiunea efectivă U este de 0,707 tensiune de amplitudine Um.

U = Um/√2 = 0,707 * Um, din care putem concluziona că Um = U * √2 = 1,41 * U

Este oportun să oferim aici un exemplu larg utilizat. La măsurarea tensiunii alternative, dispozitivul a indicat 220V, ceea ce înseamnă că valoarea amplitudinii conform formulei va fi

Um = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310V.

Acest calcul este confirmat de fiecare dată când tensiunea de rețea este rectificată de o punte de diodă urmată de cel puțin un condensator electrolitic: dacă măsurați tensiunea DC la ieșirea punții, dispozitivul va afișa exact 310V. Această cifră trebuie reținută; poate fi utilă în dezvoltarea și repararea surselor de alimentare cu comutare.

Această formulă este valabilă pentru toate tensiunile dacă au formă sinusoidală. De exemplu, după un transformator descendente există 12V AC. Apoi, după rectificare și netezire pe condensator va fi

12 * 1,41 = 16,92 aproape 17V. Dar asta dacă sarcina nu este conectată. Cu o sarcină conectată, tensiunea DC va scădea la aproape 12V. În cazul în care forma tensiunii este alta decât o undă sinusoidală, aceste formule nu funcționează, dispozitivele nu arată ce se aștepta de la ele. La aceste tensiuni, măsurătorile sunt efectuate de alte dispozitive, de exemplu, un osciloscop.

Un alt factor care influențează citirile voltmetrului este frecvența. De exemplu, multimetrul digital DT838, dupa caracteristicile sale, masoara tensiuni alternative in domeniul de frecventa 45...450 Hz. Vechiul tester pointer TL4 arată ceva mai bine în acest sens.

În domeniul de tensiune de până la 30V, domeniul său de frecvență este de 40...15000Hz (aproape întreaga gamă audio, poate fi folosită la configurarea amplificatoarelor), dar pe măsură ce tensiunea crește, frecvența admisă scade. În gama 100V este 40...4000Hz, 300V 40...2000Hz, iar în gama 1000V este doar 40...700Hz. Iată o victorie incontestabilă asupra unui dispozitiv digital. Aceste cifre sunt valabile și numai pentru tensiuni sinusoidale.

Deși uneori nu sunt necesare date despre forma, frecvența și amplitudinea tensiunilor alternative. De exemplu, cum să determinați dacă oscilatorul local al unui receptor de unde scurte funcționează sau nu? De ce receptorul nu „prinde” nimic?

Se dovedește că totul este foarte simplu dacă folosești un dispozitiv pointer. Trebuie să îl porniți la orice limită pentru măsurarea tensiunilor alternative și să atingeți bornele tranzistorului oscilator local cu o singură sondă (!). Dacă există oscilații de înaltă frecvență, acestea vor fi detectate de diodele din interiorul dispozitivului, iar acul se va abate cu o parte a scalei.

Principiul de funcționare al unui voltmetru electronic de tensiune alternativă este de a converti tensiunea alternativă în tensiune continuă, direct proporțională cu valoarea corespunzătoare a tensiunii alternative, și de a măsura tensiunea continuă cu un dispozitiv de măsurare electromecanic sau un voltmetru digital.

Valoarea tensiunii AC măsurată de un voltmetru electronic este determinată de tipul de convertor de măsurare AC-DC utilizat. Să luăm în considerare proiectarea voltmetrelor electronice cu tensiuni alternative, cerințele pentru elementele individuale, caracteristicile de proiectare și caracteristicile lor metrologice.

Voltmetre de amplitudine

Deviația indicatorului voltmetrului de amplitudine este direct proporțională cu valoarea amplitudinii (de vârf) a tensiunii alternative, indiferent de forma curbei tensiunii. Niciunul dintre sistemele de instrumente de măsurare electromecanice nu are această proprietate. Voltmetrele electronice de vârf la vârf folosesc detectoare de vârf cu intrări deschise și închise.

Sensibilitatea necesară (limita inferioară a tensiunilor măsurate este de câțiva milivolți) se realizează prin utilizarea unui UPT cu un câștig mare după detector.

Smochin. Figura 2 prezintă o diagramă bloc simplificată a unui voltmetru de amplitudine cu intrare închisă, construit conform unui circuit de conversie de echilibrare.

Tensiunea măsurată U X furnizat printr-un dispozitiv de intrare la intrarea unui detector de vârf cu o intrare închisă (VD1, C1, R1). La un detector identic (VD2, C2, R2) este furnizată o tensiune de compensare cu o frecvență de aproximativ 100 kHz, generată în circuitul de feedback. Tensiunile DC egale cu valorile de amplitudine ale semnalului măsurat și tensiunea de compensare sunt comparate între rezistențe R1,R2. Trebuie remarcat faptul că la tensiuni joase detectoarele vor funcționa în mod pătratic, ceea ce va duce la o eroare în valoarea amplitudinii voltmetrului.

Diferența de tensiune este furnizată la UPT A1 cu câștig mare. Dacă tensiunea la ieșirea UPT are o polaritate pozitivă, ceea ce indică faptul că tensiunea semnalului depășește tensiunea de compensare sau absența acesteia din urmă, generatorul-modulatorul blocat anterior este pornit, iar tensiunea de compensare este furnizată prin divizorul de feedback. la detector VD2, R2, C2. Oscilatorul-modulatorul este un generator asamblat folosind un circuit capacitiv în trei puncte, un amplificator și un emițător follower.

Excesul tensiunii de compensare fata de cea masurata duce la blocarea generatorului-modulator. Tensiunea de ieșire cu o amplitudine proporțională cu amplitudinea tensiunii măsurate și o frecvență de 100 kHz este furnizată detectorului de tensiune medie redresată U1și se măsoară cu un voltmetru magnetoelectric PV1.

O cerință importantă este identitatea caracteristicilor de transfer ale detectorilor de semnal și a tensiunii de compensare. Doar cu caracteristici identice egalitatea tensiunilor de ieșire ale detectorilor va indica egalitatea tensiunilor de intrare.

În stare staționară pe rezistențe R1 și R2 se formează o anumită diferență de tensiune și este egală cu

(1)

Unde LAși β sunt coeficienții de transmisie ai circuitului de conversie directă și reacție.

În acest circuit, circuitul de conversie directă include un UPT, un generator-modulator, iar circuitul invers include un divizor în circuitul de feedback și un detector de semnal compensator. Astfel, pentru a asigura o precizie ridicată de echilibrare, câștigul amplificatorului și al generatorului-modulator trebuie să fie destul de mare.

Componentele erorii sunt: ​​eroarea mijloacelor standard în timpul calibrării, eroarea aleatorie de măsurare a tensiunii continue cu un dispozitiv magnetoelectric, eroarea cauzată de instabilitatea coeficientului de transmisie a circuitului de feedback și coeficientul de transmisie mediu rectificat al detectorului, caracteristicile neidentice ale detectorilor și dezechilibrul circuitului.

Milivoltmetrele de amplitudine produse comercial V3-6, V3-43 funcționează conform unei scheme similare. Eroarea principală la frecvențe de până la 30 MHz este de 4...6%, la frecvențe de până la 1 GHz – 25%. Scalele voltmetrelor de amplitudine sunt gradate în valori eficace ale tensiunii sinusoidale. Dezavantajul este eroarea mare la măsurarea tensiunilor cu un nivel ridicat de componente armonice.

Pentru măsurarea tensiunii alternative se folosesc dispozitive electromecanice analogice (electromagnetice, electrodinamice, rareori inductive), dispozitive electronice analogice (inclusiv sisteme de redresare) și instrumente digitale de măsură. Compensatoarele, osciloscoapele, înregistratoarele și instrumentele virtuale pot fi, de asemenea, utilizate pentru măsurători.

Când se măsoară tensiunea alternativă, ar trebui să se facă distincția între valorile instantanee, de amplitudine, medii și efective ale tensiunii dorite.

Tensiunea alternativă sinusoidală poate fi reprezentată sub forma următoarelor relații:

Unde u(t)- valoarea tensiunii instantanee, V; U m - valoarea tensiunii de amplitudine, V; (U - valoarea medie a tensiunii, V T - perioadă

(T = 1//) tensiunea sinusoidală dorită, s; U- valoarea tensiunii efective, V.

Valoarea instantanee a curentului alternativ poate fi afișată pe un osciloscop electronic sau folosind un înregistrator analogic (înregistrator grafic).

Valorile medii, amplitudinii și efective ale tensiunilor alternative sunt măsurate prin indicator sau dispozitive digitale pentru evaluare directă sau compensatoare de tensiune alternativă. Instrumentele pentru măsurarea valorilor medii și amplitudinii sunt folosite relativ rar. Majoritatea dispozitivelor sunt calibrate în valori efective ale tensiunii. Din aceste motive, valorile cantitative ale tensiunilor date în manual sunt date, de regulă, în valori efective (vezi expresia (23.25)).

Când se măsoară cantități variabile, este de mare importanță forma tensiunilor dorite, care pot fi sinusoidală, dreptunghiulară, triunghiulară etc. Pașapoartele pentru dispozitive indică întotdeauna ce tensiuni este proiectat să măsoare dispozitivul (de exemplu, pentru a măsura sinusoidal sau dreptunghiular). tensiuni). În acest caz, este întotdeauna indicat ce parametru de tensiune AC este măsurat (valoarea amplitudinii, valoarea medie sau valoarea efectivă a tensiunii măsurate). După cum sa menționat deja, calibrarea dispozitivelor este utilizată în cea mai mare parte pentru valorile efective ale tensiunilor alternative dorite. Din această cauză, toate tensiunile variabile considerate mai jos sunt date în valori efective.

Pentru a extinde limitele de măsurare ale voltmetrelor cu tensiune alternativă, se folosesc rezistențe suplimentare, transformatoare de instrumente și capacități suplimentare (cu dispozitive de sistem electrostatic).

Utilizarea rezistențelor suplimentare pentru a extinde limitele de măsurare a fost deja discutată în subsecțiunea 23.2 în legătură cu voltmetrele DC și, prin urmare, nu este luată în considerare în această subsecțiune. De asemenea, transformatoarele de măsurare a tensiunii și curentului nu sunt luate în considerare. Informațiile despre transformatoare sunt date în literatură.

Cu o analiză mai detaliată a utilizării capacităților suplimentare, o capacitate suplimentară poate fi utilizată pentru a extinde limitele de măsurare ale electrostatisticilor voltmetrelor (Fig. 23.3, A) sau se pot folosi două containere suplimentare (Fig. 23.3, b).

Pentru un circuit cu o capacitate suplimentară (Fig. 23.3, A) tensiunea măsurată U distribuită între capacitatea voltmetrului C y iar capacitatea suplimentară C este invers proporţională cu valorile S y și S

Având în vedere că U c = U- Uy, poate fi notat

Orez. 23.3. Schema de extindere a limitelor de măsurare electrostatică

voltmetre:

A- circuit cu o capacitate suplimentara; b- circuit cu doua containere suplimentare; U- tensiune alternativă măsurată (valoare efectivă); C, C, C 2 - recipiente suplimentare; CV- capacitatea voltmetrului electrostatic utilizat V; U c- căderea de tensiune la capacitatea suplimentară C; U v - citirea voltmetrului electrostatic

Rezolvarea ecuației (23.27) pentru U, primim:

Din expresia (23.28) rezultă că cu cât tensiunea măsurată este mai mare UÎn comparație cu tensiunea maximă admisă pentru un anumit mecanism electrostatic, cu atât capacitatea ar trebui să fie mai mică CU comparativ cu capacitatea Cu tine.

Trebuie menționat că formula (23.28) este valabilă numai cu izolarea ideală a condensatoarelor care formează condensatoarele CUȘi CV . Dacă dielectricul care izolează plăcile condensatorului unul de celălalt are pierderi, atunci apar erori suplimentare. În plus, capacitatea voltmetrului C y depinde de tensiunea măsurată U, din moment ce din U Citirile voltmetrului și, în consecință, pozițiile relative ale plăcilor mobile și fixe care formează mecanismul de măsurare electrostatică depind. Această din urmă împrejurare duce la apariția unei alte erori suplimentare.

Cele mai bune rezultate se obțin dacă, în loc de o capacitate suplimentară, se folosesc doi condensatori suplimentari C (și C 2), formând un divizor de tensiune (vezi Fig. 23.3, b).

Pentru un circuit cu doi condensatori suplimentari, este valabilă următoarea relație:

Unde U a - căderea de tensiune pe condensator C y

Având în vedere că poate fi notat

Rezolvarea ecuației (23.30) pentru U, primim:

Din expresia (23.31) putem concluziona că dacă capacitatea condensatorului C 2 la care este conectat voltmetrul depășește semnificativ capacitatea voltmetrului însuși, atunci distribuția tensiunii este practic independentă de citirea voltmetrului. În plus, la C 2 " C y modificarea rezistenței de izolație a condensatoarelor C și C 2 și a frecvenței

Tabelul 23.3

Limite și erori de măsurare a tensiunilor alternative

tensiunea măsurată are, de asemenea, un efect redus asupra citirilor instrumentului. Adică, atunci când se utilizează două containere suplimentare, erorile suplimentare în rezultatele măsurătorilor sunt reduse semnificativ.

Limitele de măsurare a tensiunilor alternative cu dispozitive de diferite tipuri și cele mai mici erori ale acestor dispozitive sunt date în tabel. 23.3.

Ca exemple, Anexa 5 (Tabelul A.5.1) prezintă caracteristicile tehnice ale voltmetrelor universale care permit măsurarea, printre altele, a tensiunilor alternative.

În concluzie, trebuie reținut următoarele.

Erorile la măsurarea curenților (directi și alternativi) cu dispozitive de același tip și în condiții egale sunt întotdeauna mai mari decât erorile de măsurare a tensiunilor (atât continue, cât și alternative). Erorile la măsurarea curenților și tensiunilor alternative cu aparate de același tip și în condiții egale sunt întotdeauna mai mari decât erorile de măsurare a curenților și tensiunilor continue.

Informații mai detaliate despre problemele ridicate pot fi obținute de la.

Scopul lucrării- studiul caracteristicilor metrologice ale voltmetrelor electronice

Familiarizați-vă cu echipamentul utilizat și cu instrucțiunile de utilizare. Primiți o sarcină specifică de la profesor pentru a finaliza lucrarea.

Determinați eroarea principală a unui voltmetru electronic în domeniul de măsurare specificat de profesor. Reprezentați pe un grafic dependența erorilor relative și reduse de citirile voltmetrului electronic. Trageți o concluzie despre conformitatea voltmetrului care se verifică cu clasa sa de precizie.

Determinați caracteristica amplitudine-frecvență a voltmetrului electronic. Trasați graficul răspunsului în frecvență și determinați banda de frecvență de funcționare a voltmetrului la nivelul de atenuare a răspunsului în frecvență determinat de documentația de reglementare și tehnică pentru voltmetrul care se verifică.

Evaluați experimental răspunsul în frecvență al unui voltmetru digital. Efectuați o analiză comparativă a caracteristicilor amplitudine-frecvență ale electronicelor, digitale și electromecanice 11 Nota 1. Luați rezultatele cercetărilor privind voltmetrele electromecanice din lucrarea de laborator nr. 1, dacă a fost efectuată anterior. voltmetre. Construiți grafice ale răspunsului în frecvență al dispozitivelor studiate.

Folosind un voltmetru electronic, măsurați tensiuni de diferite forme (sinusoidală, dreptunghiulară și triunghiulară) cu aceeași amplitudine la frecvențele situate în banda de frecvență de funcționare a acestui dispozitiv. Explicați și confirmați rezultatele obținute prin calcule. Trageți o concluzie despre influența formei tensiunii măsurate asupra citirilor unui voltmetru electronic.

Descrierea și ordinea lucrărilor

Dispozitivele folosite

Voltmetru electronic cu iesire analogica - GVT-417V

Aparat de masura universal cu afisaj digital - GDM-8135

Generator de semnal armonic - SFG-2120

Osciloscop electronic - GOS-620

Descrierile dispozitivelor sunt atașate la stand.

Pentru a efectua lucrarea, utilizați diagrama prezentată în Fig. 2.1, unde GS este un generator (sintetizator) de semnale sinusoidale, dreptunghiulare și triunghiulare, CV este un voltmetru digital, EV este un voltmetru electronic, ELO este un osciloscop cu raze catodice.

1. Eroarea principală a voltmetrului electronic determinată prin metoda comparației, adică prin compararea citirilor sale cu citirile unui standard, în acest caz, un voltmetru digital, la o tensiune sinusoidală. Citirile voltmetrului de referință sunt luate ca valori reale ale tensiunii.

Voltmetrul electronic GVT-417B este verificat la o frecvență de 1 kHz pe scale cu limite superioare de 1V sau 3V, ceea ce se datorează domeniului de reglare a tensiunii de ieșire a generatorului utilizat.

Verificarea se efectuează pt n= (610) semne de scară, distribuite uniform de-a lungul scalei instrumentului, cu o creștere și o scădere lină a citirilor sale

Puncte de tensiune verificate U p sunt instalate pe voltmetrul electronic care se verifică, iar valorile reale ale tensiunii U oh uv, U O valoarea se ia de la un voltmetru digital standard, respectiv, la apropierea de marcajul verificat U n scale pe măsură ce citirile cresc și scad.

Rezultatele măsurătorilor și calculelor sunt prezentate sub forma unui tabel.

Erorile absolute, relative, reduse și variațiile citirilor se determină folosind formulele date în lucrarea de laborator 1 sau în; de asemenea, determinați eroarea maximă redusă max = Max(| i|) și variație maximă H max = Max( H i) obţinută în urma experimentului.

Pe baza rezultatelor testelor și calculelor, reprezentați pe un grafic dependența erorilor relative și reduse de citirile voltmetrului electronic, = F (U P), = F (U P); Graficul conține, de asemenea, linii care definesc limitele erorii maxime admisibile reduse corespunzătoare clasei de precizie a dispozitivului testat.

Pe baza analizei datelor privind eroarea principală și variația citirilor, se face o concluzie despre conformitatea caracteristicilor specificate cu cerințele determinate de clasa de precizie a dispozitivului testat.

2. Caracteristica amplitudine-frecvență a unui voltmetru electronic este definită ca dependența citirilor voltmetrului de frecvența semnalului sinusoidal de intrare la o valoare constantă a tensiunii sale.

În practică, conceptul benzii de frecvență de funcționare a unui instrument de măsurare este utilizat pe scară largă. Banda de frecvență de funcționare a unui voltmetru se referă la domeniul de frecvență f, pentru care neuniformitatea răspunsului în frecvență al voltmetrului nu depășește o anumită valoare admisibilă prestabilită. Astfel, pentru voltmetrul electronic GVT-417B, în banda de funcționare, nu este permisă o modificare mai mare de 10% a citirilor instrumentului față de citirile la frecvență. f 0 = 1KHz.

Valorile extreme ale intervalului de frecvență care îndeplinesc cerințele specificate se numesc inferioare f H și sus fÎn frecvenţele limită ale benzii de funcţionare a voltmetrului electronic.

Răspunsul în frecvență este de asemenea determinat conform schemei prezentate în Fig. 2.1. Generatorul SFG-2120 este folosit ca sursă de semnal, care asigură o amplitudine constantă a semnalului de ieșire atunci când frecvența se modifică în domeniul său de funcționare.

Frecvența este setată preliminar pe generatorul GS f 0 = 1 kHz cu o formă de undă sinusoidală. Folosind regulatorul de tensiune de ieșire al generatorului GS, setați citirea voltmetrului electronic la marcajul scalei în intervalul (0,7-0,9) din limita superioară de măsurare și înregistrați valoarea tensiunii setată U P ( f 0 =1kHz) = … .

În viitor, la determinarea răspunsului în frecvență, se modifică doar frecvența generatorului de semnal GS, iar tensiunea preluată de la generator nu se modifică.

Pentru a monitoriza nivelul semnalului și forma acestuia, se folosește un osciloscop cu raze catodice. Pe ecranul osciloscopului, prin selectarea coeficienților de abatere (VOLTS/DIV) și a coeficienților de baleiaj (TIME/DIV) se obține o oscilogramă convenabilă pentru observații și măsurători - o imagine a mai multor perioade a unei sinusoide cu o amplitudine suficient de mare; înregistrați amplitudinea l A (sau l 2A - dublă amplitudine) imagine a semnalului pentru monitorizarea ulterioară a nivelului semnalului.

Este convenabil să se determine răspunsul în frecvență separat pentru regiunile de înaltă și joasă frecvență.

În regiunea de înaltă frecvență, răspunsul în frecvență începe să fie luat în pași de 100 kHz: 1 kHz (frecvență inițială), 100 kHz, 200 kHz, ... până la frecvența la care citirile voltmetrului electronic scade la un valoare de ordinul 0,8-0,9 din citirea setată inițial U P ( f 0 = 1 kHz). Pentru a clarifica frecvența superioară fîn banda de frecvență de funcționare f voltmetru electronic în regiunea unei scăderi de 10 la sută a răspunsului în frecvență, este necesar să se elimine suplimentar mai multe puncte ale răspunsului în frecvență cu un pas mai mic în schimbarea frecvenței semnalului de intrare.

În timpul testării, nivelul constant al semnalului de ieșire GS este monitorizat cu un osciloscop electronic.

Scrieți rezultatele testelor și calculelor în tabel:

Pentru EV f B = ... pentru CV f B =...

Unde U P ( f) - citirile voltmetrului la frecventa f; K(f) = U P ( f) /U P ( f o = 1 kHz) - răspunsul în frecvență al voltmetrului, prezentat în unități relative pentru frecvențele corespunzătoare, f c este frecvența limită superioară a benzii de funcționare a voltmetrului, găsită în experiment.

Când executați o sarcină într-un mod similar la aceleași frecvențe, este evaluat răspunsul în frecvență al unui voltmetru digital. Rezultatele testului sunt introduse în același tabel. Deoarece această lucrare necesită compararea benzilor de frecvență de funcționare ale voltmetrelor electronice și digitale într-un sens calitativ, nu este necesar să se clarifice răspunsul în frecvență al unui voltmetru digital la puncte de frecvență suplimentare. În acest caz, valorile frecvențelor limită ale voltmetrului digital vor fi determinate cu mai puțină precizie.

Frecvență de tăiere mai mică f n bandă de lucru f pentru voltmetrele electronice de curent alternativ este de obicei în intervalul de unități și primele zeci de Hz. Prin urmare, procedura de determinare a răspunsului în frecvență în regiunea de frecvență joasă poate fi următoarea: mai întâi, reduceți frecvența față de originalul f 0 = 1000 Hz la 200 Hz, apoi de la 50 Hz la 10 Hz. Dacă este necesar, clarificați frecvența inferioară f n a benzii de lucru, la care răspunsul în frecvență scade la un nivel de 0,9 de la valoarea sa la f 0 = 1000 Hz, eliminând puncte suplimentare în trepte de 1 Hz.

Răspunsul în frecvență al unui voltmetru digital este evaluat la aceleași frecvențe.

Rezultatele testelor și calculelor sunt prezentate sub formă de tabel:

Pentru EV f n = …Hz, pentru CV f n = ...Hz.

Pe baza rezultatelor cercetării, sunt construite grafice de răspuns în frecvență pentru frecvențe înalte și joase. Este convenabil să construiți grafice de-a lungul axei frecvenței pe o scară logaritmică.

3. Determinarea influenței formei semnalului de intrare asupra citirilor voltmetrelor AC.

În voltmetrele electronice de curent alternativ, se folosesc convertoare de tensiune AC la DC, așa cum, de exemplu, se arată în Fig. 2.2, unde: uîn ( t) - tensiune de intrare, U - amplificator de curent alternativ, IM - mecanism de măsurare magnetoelectric, - unghi de deviere a mecanismului de măsurare.

Se folosesc convertoare de amplitudine, valori medii redresate sau efective ale tensiunii alternative în tensiune continuă. În același timp, toate voltmetrele electronice de curent alternativ, indiferent de tipul de convertor, sunt calibrate valori efective ale tensiunii sinusoidale. Acest lucru poate duce la erori suplimentare la măsurarea tensiunilor nesinusoidale.

Voltmetrul electronic GVT-417B are un convertor de valoare medie redresată. Pentru astfel de voltmetre, unghiul de deviere al indicatorului este proporțional cu valoarea medie rectificată U cf tensiune de intrare

Unde: k V- coeficientul de conversie al voltmetrului, uîn ( t) - tensiune alternativă de intrare cu perioada T.

Indicatii U p voltmetrul sunt calibrate în curent U valorile tensiunii sinusoidale

Unde: k F = U/U CP - coeficientul formei de undă de tensiune, pentru tensiune sinusoidală kФ = 1,11. Prin urmare, pentru o altă formă de tensiune ( k F? 1.11) citirile voltmetrului pot diferi semnificativ de valoarea sa reală, ceea ce duce la o eroare suplimentară în rezultatul măsurării.

În astfel de cazuri, tensiunile necesare cu o formă de semnal cunoscută pot fi găsite prin calcul.

Pe baza principiului de funcționare a voltmetrului și a calibrării acceptate, este posibil în funcție de citiri U P a dispozitivului pentru a determina valoarea medie redresată a oricărei tensiuni măsurate (în cadrul răspunsului în frecvență al voltmetrului)

U SR = U P/1.11.

Valoare efectivă U tensiunea nesinusoidală poate fi determinată numai dacă este cunoscut coeficientul k forma de undă a tensiunii F, k F = U/U CP (sau forma semnalului este cunoscută din care poate fi determinat acest coeficient)

U=k F U SR.

Valorile numerice ale factorilor de formă pentru unele semnale sunt prezentate în tabel.

Pentru a evalua experimental influența formei tensiunii asupra citirilor unui voltmetru electronic, semnalele de forme sinusoidale, dreptunghiulare și triunghiulare sunt măsurate secvenţial la aceeași amplitudine.

Anterior, citirile voltmetrului sunt setate pe semnalul sinusoidal în intervalul 0,5 - 0,6 de la limita superioară de măsurare a scalei selectate la frecvența nominală f n = 1 kHz, iar apoi, la aceeași amplitudine a semnalelor de intrare, tensiunea este măsurată cu un voltmetru pentru alte forme de semnal. Formele semnalului (sinusoidal, triunghiular, dreptunghiular) sunt setate prin apăsarea tastei „ Val” pe generator.

Conform indicaţiilor U Voltmetrul determină media U SR și curent U valorile tensiunii pentru toate formele de undă.

Pentru a evalua influența formei tensiunii asupra citirilor unui voltmetru electronic cu un convertor de tensiune redresat mediu, determinați eroarea relativă suplimentară (în procente)

100(U P - U)/U.

Rezultatele măsurătorilor și calculelor sunt înregistrate într-un tabel.

Trebuie remarcat faptul că o eroare suplimentară va fi inclusă în rezultatul măsurării dacă valorile efective ale tensiunilor nesinusoidale sunt determinate direct din citirile voltmetrului fără a ține cont de forma semnalului și de a efectua calculele corespunzătoare.

Pe baza rezultatelor cercetării, trageți o concluzie despre influența formei curbei de tensiune asupra rezultatelor măsurării acesteia cu un voltmetru electronic.

Literatură

Metrologie, standardizare și certificare: un manual pentru studenți. superior manual instituții/[B.Ya.Avdeev, V.V.Alekseev, E.M.Antonyuk, etc.]; editat de V.V. Alekseev. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007. p. 136-140.

Am considerat deja că tensiunea alternativă se caracterizează prin valori instantanee, medii, medii redresate și rădăcină medie pătratică.

Cele mai multe scale ale voltmetrelor, cu excepția celor cu impulsuri, sunt calibrate în valori rădăcină pătratică medie (rms), care sunt egale cu 0,707 din valoarea amplitudinii. Dacă coeficienții de formă sunt cunoscuți, atunci unul dintre parametri poate fi utilizat pentru a determina ceilalți. La măsurarea tensiunilor sinusoidale, valoarea instantanee (amplitudinea) este determinată ca U=Umeas*1,41, unde Umeas este valoarea efectivă sau U=1,1*Usv (dacă se măsoară valoarea medie redresată). La măsurarea semnalelor nesinusoidale, trebuie făcute și corecții la citiri.

Pentru măsurarea tensiunii alternative se folosesc dispozitive electromecanice, termoelectrice și electronice. Alegerea dispozitivului este determinată de limitele de tensiune, condițiile de măsurare și precizia necesară.

Dintre dispozitivele electromecanice, sunt utilizate în principal dispozitive de sisteme electromagnetice, electrodinamice și electrostatice.

Voltmetrele AC sunt clasificate în funcție de diferite criterii:

după scop: puls, curent alternativ, sensibil la fază, selectiv, universal;

prin metoda de măsurare: evaluare directă și comparare cu măsura;

în funcție de parametrul de tensiune măsurat: amplitudine, rădăcină pătratică medie și medie rectificată;

după tipul de indicator: pointer și digital.

Majoritatea voltmetrelor de sistem electromagnetice sunt utilizate la frecvențe de 50 Hz. Clasa de precizie – 2,5 – 0,5 Voltmetrele electrodinamice au același domeniu de frecvență, dar o clasă de precizie mai mare (0,1). Ecuația de scară este de natură pătratică. Avantaje: simplitate a designului, posibilitate de utilizare directă în circuite de tensiune alternativă, fiabilitate. Dezavantaje - sensibilitate scăzută, consum mare de la circuitul de măsurare, scară neuniformă.

Voltmetrele electrostatice sunt folosite pentru a măsura tensiuni mari (până la 100 kV). Clasa de precizie 1.

Măsurarea tensiunii de înaltă frecvență are propriile sale caracteristici. Pentru ca dispozitivul să nu influențeze circuitul de măsurare, este necesar ca rezistența lui de intrare să fie mare și capacitatea de intrare cât mai mică.

În practica măsurătorilor radio-electronice, voltmetrele electronice și redresoare sunt cele mai utilizate. Acest lucru se explică prin faptul că voltmetrele electronice au impedanță mare de intrare atât la frecvențe înalte, cât și la frecvențe joase, sensibilitate ridicată atunci când se utilizează un amplificator și consum redus de la circuitul de măsurare.

Măsurarea tensiunii alternative prin metoda de estimare directă.

Voltmetre electronice.

Schemele bloc ale voltmetrelor electronice sunt construite în principal după două scheme: milivoltmetre și voltmetre pentru măsurarea tensiunilor înalte. Ele sunt prezentate în Figura M2-8.

Figura M2-8. Voltmetre electronice pentru măsurarea tensiunilor alternative.

Voltmetrele pentru măsurarea tensiunilor înalte constau dintr-un dispozitiv de intrare, un convertor de tensiune AC-DC (detector), un amplificator DC și un contor de sistem magnetoelectric. Milivoltmetrele se disting prin prezența unui amplificator de tensiune alternativă înaintea detectorului, care servește la creșterea sensibilității.

Voltmetrele cu valoare medie sunt construite conform schemei bloc de primul tip cu convertoare de tensiune AC-DC pe baza valorii medii. Cele mai simple voltmetre medii sunt voltmetrele redresoare cu convertoare realizate pe diode.

Voltmetre selective.

Selectiv, adică Microvoltmetrele selective sunt utilizate pe scară largă pentru a studia spectrul semnalelor neperiodice. Acestea sunt receptoare heterodine foarte sensibile, reglate pe o anumită frecvență sau pe o gamă îngustă de frecvență. O diagramă simplificată a unui voltmetru selectiv este prezentată în Figura M2-9.

Figura M2-9. Circuit voltmetru selectiv

Semnalul de frecvență măsurat Fc este transmis prin dispozitivul de intrare la mixer, unde ajunge și semnalul de la oscilatorul local. În mixer, semnalul măsurat este convertit la o frecvență intermediară și amplificat de amplificator. La ieșirea amplificatorului există un voltmetru cu indicator digital sau cadran.

Voltmetre cu impulsuri. Tensiunile de impuls sunt măsurate cu ajutorul voltmetrelor de impuls, care sunt construite conform circuitului unui voltmetru electronic analog cu un detector de amplitudine. În aceste circuite, tensiunea impulsului este convertită în tensiune DC și valoarea acesteia este măsurată. În acest circuit, este posibil să se măsoare amplitudinea doar a impulsurilor pozitive, dioda trebuie să fie pornită în sens invers. Voltmetrele speciale cu impulsuri sunt calibrate în valori de amplitudine. Foarte des, se folosesc metode de măsurare oscilografică, care permit nu numai măsurarea amplitudinii impulsurilor, ci și observarea formei acestora.