В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


8.5 Техника измерения напряжения

8.5 Техника измерения напряжения

Для измерения напряжения необходимо правильно выбрать прибор с уче­том его диапазона измерения, частотного диапазона, класса точности, по­требления мощности из измерительной цепи, влияния формы сигнала на ре- зультат измерения. Эти параметры указаны в технической документации на прибор. При этом следует обратить внимание на следующие важные обстоя­тельства. При измерении гармонических напряжений частота измеряемого сигнала должна находиться в пределах рабочего диапазона частот (желатель­но не у крайнего предела). Следует проверить по паспорту, не имеет ли место дополнительная частотная погрешность в измеряемой точке. При измерении сигналов сложной формы частотный диапазон должен выбираться с учетом частот высших гармоник. В этом случае правильную информацию о дейст­вующем значении сигнала отображают только электронные приборы, имею­щие преобразователи среднего квадратического значения.

 

Если используется электронный прибор с амплитудным детектором, то по

его показаниям можно определить действующее значение только для случая, когда известен коэффициент амплитуды измеряемого сигнала.Аналогично,при измерении прибором с преобразователем средневыпрямленного значе­ния для определения среднего квадратического значения сигнала нужно знать коэффициент его его формы К ф сигн . Тогда, с учетом формулы (5.7), получим:

 

                      U = Uпр К ф сигн / Kф  ≈ Uпр К ф сигн / 1,11

Необходимо помнить, что приборы средневыпрямленного значения подчас вообще непригодны для измерения сигналов сложной формы,поскольку не обеспечивают  необходимого частотного диапазона.

При измерениях на переменном токе с помощью электронных приборов необ­ходимо иметь в виду, что основная их масса имеет «закрытый вход» для постоян­ной составляющей сигнала. Это обстоятельство позволяет производить измере­ния в электронных схемах, где уровень сигнала значительно меньше, чем посто­янные напряжения режима покоя схемы. Однако при измерении импульсных сигналов приборами с амплитудными преобразователями  на это следует обратить особое внимание.

 

С помощью временных диаграмм (рис8.17) показано, как можно оп-ределить параметры однополярных прямоугольных импульсов, амплитуда Uр , длительность и частота f = 1/T  следования которых известны. Пусть  шкала  измерительного прибора отградуирована в дейст­вующих значениях синусоиды. Тогда показание прибора с амплитудным преобразователем измеряемого напряжения должно быть: Uпр  = U m /1,41. Вследствие того, что прибор реагирует только на переменную составляющую сиг­нала, представленную на рис. 8.17 по отношению временнбй оси t ׳, показания прибора  будут Uпр  = U+m / 1,41  или Uпр  = U-m / 1,41 в зависимости от полярности его подключения, где U+m =Uр (T - )/T – положительное амплитудное значение; U-m = Uр /T – отрицательное амплитудное значение импульса.

Формулы перевода напряжений получены из условия равенства нулю по-стоянной составляющей, т.е. площади S1 и S2 относительно временной оси t' равны:

S1= U+m , S 2 = U-m (T - ).                

Для обеспечения высокой точности измерений их следует производить в точках шкалы, где измеряемая величина близка к номинальному значению, т.е. в конце шкалы. Кроме того, перед началом процесса измерений прибор следует вывести в номинальный режим, откалибровать и установить нулевое значение при закороченных входных зажимах.

Измерение шумового напряжения

Наиболее точно среднее квадратическое значение шумового напряжения можно измерить квадратичным вольтметром. Градуировка вольтметра с квадратичным детектором не зависит от формы напряжения, а следователь­но, пригодна и в данном случае.

При измерении шумовых напряжений необходимо учитывать ряд специ­фических требований.   

1. Шумовое напряжение может иметь большие выбросы, превышающие в 3...4 раза его среднее квадратическое значение. Поэтому протяженность квадратичного участка вольт-амперной характеристики детектора должна быть большой, при этом не должно быть ограничения шумового напряжения в усилителях, включенных до схемы детектора. Амплитудная характеристика входного усилителя должна быть линейной до уровня, вероятность превыше­ния которого шумовым напряжением невелика. Обычно этот уровень выби­рают равным утроенному среднему квадратическому значению напряжения.

2. Спектральная плотность шумового напряжения обычно занимает ши­рокую полосу частот. Усилители, включенные до нелинейного устройства, не должны вносить линейных искажений.

3. При измерении показания вольтметра определяются реализацией ис­следуемого процесса за конечное время накопления, т.е. вольтметр измеряет среднее квадратическое значение отдельных реализаций шумового напряже­ния. Пусть исследуемый шум — стационарный эргодический случайный процесс и его математическое ожидание и  дисперсия не зависят от времени. Показания вольтметра различны для разных реализации, т.е. имеет место ошибка измерений, обусловленная конечностью времени накопления. Раз­брос показаний вольтметра от одной реализации к другой тем меньше, чем больше время накопления. При этом ошибка измерений также уменьшается. Для обеспечения требуемого времени усреднения в схеме вольтметра необ-. ходимо иметь фильтр, включаемый после нелинейного элемента. Роль фильтра может выполнять подвижная часть электромеханического прибора; в электронных приборах — это ФНЧ.

Измерения импульсных и высокочастотных напряжений

     Импульсные напряжения измеряют с помощью импульсных вольтметров, построенных по схеме ,представленной на Рис8.6,а.В этой схеме возможно измерение амплитуды только положительных ипульсов, для отрицательных необходимо обратное включение диода. Специальные импульсные вольтмет­ры градуируются в амплитудных (пиковых) значениях.

При исследовании радиоимпульсов процессы в схеме вольтметра проте­кают так же, как и при измерении видеоимпульсов. Однако заряд конденса­тора происходит только при положительных полупериодах несущей частоты, т.е. при положительной огибающей.Погрешность в этом случае может возрасти.

В случае измерения импульсных напряжений необходимо иметь в виду, что спектр частот, занимаемый импульсами, бывает широким, особенно спектр радиоимпульсов малой длительности. Составляющие спектра могут находиться в области высоких частот, на которых появляются дополнитель­ные погрешности.

При измерении напряжений высокой частоты появляется погрешность, обусловленная влиянием следующих факторов:             

• наличием входных емкостей детектора, емкостью и индуктивностью монтажа; наличие этих емкостей приводит к резонансным явлениям, при этом напряжение, приложенное к конденсатору и диоду, не равно измеряемо­му напряжению, как эти имеет место на низких частотах;

● инерционностью носителей заряда в активных элементах (например, транзисторах усилителей).

Для уменьшения погрешности первого вида необходимо частоту резонан­са входной цепи расположить вне диапазона рабочих частот вольтметра и предельно уменьшить длину соединительных проводов. Для этого исполь­зуемый в преобразователе детектор выполняют в виде отдельного выносного блока, который можно непосредственно подключать в точках, где измеряется напряжение. При этом максимально снижаются емкости и индуктивности  соединительных проводников. Иногда измеряемое напряжение подается на вход вольтметра через отрезок длинной линии. Следует подчеркнуть, что резонансные, процессы во входной цепи приводят к завышению значения измеряемого напряжения.

Инерционность носителей заряда ведет к тому, что вольтметр показывает заниженное значение измеряемого напряжения, причем занижение тем больше, чем выше частота.   

Погрешности за счет резонанса и инерционности носителей заряда имеют противоположные знаки, и поэтому происходит их частичная (или полная) компенсация.

 

@reg

@support17

Сейчас 39 гостей онлайн

@(c)

Copyright © 2009-2011 Support17.com
Любое использование материалов, опубликованных на support17,
разрешается только в случае указания гиперссылки на Support17.com

@s

Родоначальницей всех приборостроительных специальностей явилась кафедра «Приборы точной механики», которая была открыта в 1961 г. на машиностроительном факультете.
В 1976 г. был организован оптико-механический факультет.