Измерение напряжения

Методы измерения напряжения и тока

Для измерения напряжения и тока используют метод непосредственной оценки, при котором числовое значение изме­ряемой величины определяется по отсчетному устройству, отградуиро­ванному в единицах этой величины, и метод сравнения, при котором значение измеряемой величины определяется на основе сравнения воз­действия измеряемой величины на какую-либо систему, с воздействием на эту же систему образцовой меры.

Метод непосредственной оценки

Этот метод реализуется с помощью прямопоказывающих приборов. Вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение.

Измерение напряжений всегда сопровождается погрешностью, ве­личина которой зависит от внутреннего сопротивления вольтметра Rv. Включение вольтметра в исследуемую цепь искажает режим работы этой цепи.

Например, напряжение на резисторе R2 до включения вольтме­тра (рис. 4.3)

Измерение напряжения

Рисунок 4.3 – Схема измерения напряжения методом

Напряжение на этом же резисторе после включения вольтметра будет равно

Погрешность измерения в данном случае тем больше, чем меньше сопротивление вольтметра:

Относительную погрешность измерения напряжения можно выра­зить также через мощность Рv, потребляемую вольтметром, и мощ­ность цепи Р:

Следовательно, погрешность от искажения режима работы цепи при измерении напряжений тем меньше, чем меньше мощность, потребля­емая из цепи, и сопротивление R1 .

При непосредственной оценке тока результат измерения (как и при измерении напряжения) сопровождается погрешностью, величина кото­рой зависит от внутреннего сопротивления амперметра RA .

Например, включение амперметра в цепь (рис.4.4) приведет к тому, что вместо тока I = U/R, который протекал в цепи до включения амперметра, будет протекать ток I’ = U/(R+ RA ).

Измерение напряжения

Рисунок 4.4 – Схема измерения тока методом непосредственной оценки

Погрешность ∆ = I’ — I тем больше, чем больше сопротивление амперметра. Относительная погрешность измерения тока в этом случае

Отношение сопротивлений можно заменить отношением мощности РA. потребляемой амперметром, к мощности в самой цепи Р:

Таким образом, погрешность измерения тем меньше, чем меньше RA. т.е. чем меньше мощность, потребляемая амперметром РA. по срав­нению с мощностью потребления цепи, в которой осуществляется из­мерение.

Метод сравнения с мерой

Метод сравнения основан на сравнении измеряемого напряжения с известным напряжением, установленным с высокой точностью. Из об­щеизвестных методов сравнения наибольшее применение при измерении напряжения получил компенсационный метод.

Суть компенсационного метода измерения постоянного напряжения состоит в уравновешивании неизвестного напряжения на образцо­вом сопротивлении R. Момент компенсации определяется по нулевому показанию гальванометра. Принцип действия компенсатора поясняется схемой, приведенной на (рис.4.5), где используется нормальный элемент Ен. вспомогательный источник напряжения Евсп. потенциометр R, пе­реключатель П и гальванометр Г.

Измерение напряжения

Рисунок 4.5 – Схема компенсатора постоянного тока

Измерение напряжения происходит в два этапа.

Переключатель устанавливают в 1-е (верхнее) положение, с помо­щью потенциометра R достигается нулевое показание гальванометра. В этом случае падение напряжения за счет тока I от Евсп на участке аb (Rab ) резистора R компенсируется источником Ен :

Переключатель устанавливают во 2-е (нижнее) положение, и с по­мощью потенциометра R вновь уравновешивается схема. При этом дви­жок потенциометра займет новое положение, сопротивление участка аb будет равно R’ab. и будет справедливо равенство

Из равенства токов (4.19) и (4.20) следует, что

Условие равновесия (4.21) показывает, что точность измерения в данном методе зависит от точности, с которой известны ЭДС нормаль­ного элемента Ен и отношение установившихся значений сопротивлений потенциометра, а также чувствительности гальванометра.

Нормальный элемент Ен в рассматриваемой схеме — это электро­химическое устройство, воспроизводящее единицу измерения напряже­ния. Наибольшее распространение получили нормальные элементы с насыщенным электролитом (Ен = 1,01865 В при температуре 20 °С, внутреннее сопротивление 1кОм, ток 1 мкА).

Точность отсчета с потенциометра достигается обычно за счет ис­пользования специальных схем многоразрядных дискретных делителей напряжения.

К достоинствам метода можно отнести:

— в момент компенсации ток от измеряемого источника напряжения
в цепи компенсации отсутствует, т.е. практически измеряется значение ЭДС на зажимах источника напряжения;

— отсутствие тока в цепи гальванометра позволяет исключить влияние
сопротивления соединительных проводов на результат измерения;

— при полной компенсации мощность от объекта измерения не потребляется (тока нет).

Метод сравнения применяется также для измерения переменных на­пряжений. Принцип действия схем сравнения на переменном токе также состоит в урав­новешивании измеряемого напряжения известным напряжением, созда­ваемым переменным (обычно синусоидальным) током на активных со­противлениях вспомогательной цепи. Для уравновешивания схемы здесь необходимо добиться равенства модулей измеряемого и сравниваемого напряжений, их частот, а также противоположность фаз. Полного урав­новешивания в таких схемах добиться сложно, поэтому компенсаторы переменного тока имеют меньшую точность измерения по сравнению с компенсаторами постоянного тока.

В зависимости от способа уравновешивания по величине и фазе из­меряемого известного напряжения различают полярно-координатные и прямоугольно-координатные схемы.

infopedia.su не принадлежат авторские права, размещенных материалов. Все права принадлежать их авторам. В случае нарушения авторского права напишите сюда.

Измерение токов, напряжений и сопротивлений

Измерение тока. потребляемого электрическими цепями, производится амперметрами — электроизмерительными приборами, включенными последовательно в цепь, в которой измеряется ток. Обмотку амперметра выполняют из небольшого числа витков толстого провода, поэтому она характеризуется оченьмалым сопротивлением. Малое сопротивление необходимо для того, чтобы сопротивление цепи, в которой производится измерение тока, при включении амперметра практически не изменялось. При этом мощность, потребляемая прибором, также оказывается небольшой.

Включенные таким образом амперметры используются как приборы непосредственной оценки — они показывают непосредственно числовое значение измеряемого тока.

В цепях постоянного тока в основном используются амперметры магнитоэлектрической, реже — электромагнитной систем. Обмотка амперметра может допускать ограниченное значение измеренного тока. Для расширения предела измерения амперметра в электрических цепях постоянного тока используют шунты — специальные тарированные резисторы, включаемые параллельно с амперметром (рис. 4, а ).

Сопротивление шунта Rш. как следует из схемы (рис. 4,а ), включено параллельно сопротивлениюRа обмотки амперметра, поэтому токI электрической цепи распределяется по соответствующим параллельным ее ветвям обратно пропорционально сопротивлениям:

где Iш — ток в цепи шунта;Iа — ток в цепи амперметра (показание амперметра).

Измерение напряжения

Для схемы (см. рис. 4, а ) справедливо следующее соотношение между токами :

С учетом этого измеряемый ток в электрической цепи можно определить по показаниям амперметра и известным значениям сопротивлений обмотки амперметра и шунта:

Из уравнения видно, что для расширения предела измерения амперметра в 2 раза сопротивление шунта должно быть таким же маленьким, как и сопротивление амперметра Rш= Rа. Для увеличения предела измерений вN раз сопротивление шунта должно быть меньше сопротивления амперметра в (N – 1) раз:

В ряде случаев шкала амперметра градуируется с учетом наличия шунта, при этом измеряемый ток в электрической цепи отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

Измерение напряжения в электрических цепях осуществляется с помощью вольтметров — электроизмерительных приборов, включенных параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение. Обмотку вольтметра выполняют из большого числа витков тонкого провода, поэтому она характеризуется оченьбольшим сопротивлением. Большое сопротивление необходимо для того, чтобы сопротивление участка цепи, на котором производится измерение напряжения, при включении вольтметра практически не изменялось. При этом мощность, потребляемая прибором, оказывается небольшой.

Включенные таким образом вольтметры используются как приборы непосредственной оценки — они показывают непосредственно числовое значение измеряемого напряжения.

В цепях постоянного тока обычно используются вольтметры магнитоэлектрической и электромагнитной систем. С целью расширения предела измерения вольтметров последовательно с обмоткой включают тарированные добавочные резисторы, помещаемые внутри прибора или отдельно от него (см. рис. 4, б ).

При наличии добавочного сопротивления Rдоб. включенного последовательно с обмоткой вольтметра, имеющей сопротивлениеRв. подлежащее измерению напряжениеU распределяется пропорционально этим сопротивлениям:

где Uв — напряжение на зажимах вольтметра (показания вольтметра);Uдоб — напряжение, приложенное к добавочному сопротивлению.

Измеряемое напряжение U = Uв+ Uдоб. С учетом этого измеряемое напряжение определяют по показаниям вольтметраUв и известным сопротивлениям обмотки вольтметра и добавочного сопротивления:

Для расширения пределов измерения значений напряжения в N раз сопротивление добавочного сопротивления должно быть больше большого внутреннего сопротивления вольтметра в (N ‑ 1) раз.

Во многих случаях шкала вольтметра градуируется с учетом включенного последовательно с его обмоткой добавочного сопротивления, при этом измеряемое напряжение, действующее на зажимах электрической цепи, отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

Измерение электрических сопротивлений осуществляется разными методами. Широко используется метод амперметра и вольтметра, основанный на применении закона Ома к участку электрической цепи, который содержит измеряемое сопротивление. По падению напряжения на участке цепи и току представляется возможным определить его сопротивлениеRx :

где U — напряжение, подводимое к измеряемому сопротивлению;I — ток в цепи измеряемого сопротивления.

Измерение больших электрических сопротивлений методом амперметра и вольтметра осуществляется по схеме (рис. 5,а ) и используется в тех случаях, когда измеряемое сопротивление значительно больше сопротивления обмотки амперметра, последовательно с которой оно включено. При этом пренебрегают падением напряжения на сопротивлении обмотки амперметра, считая, что подводимое напряжение полностью приложено к измеряемому сопротивлению. При точном определении измеряемого сопротивления с учетом ошибки, вносимой амперметром, его значение рассчитывается по формуле

где Rа — сопротивление обмотки амперметра.

Измерение малых электрических сопротивлений методом амперметра и вольтметра осуществляется по схеме (рис. 5,б ), которая позволяет исключить влияние сопротивления обмотки амперметра на точность определения измеряемого сопротивления и используется в тех случаях, когда сопротивление обмотки амперметра соизмеримо с измеряемым сопротивлением. При этом пренебрегают током через большое сопротивление обмотки вольтметраRв. Для точного определения сопротивления с учетом погрешности, вносимой вольтметром, его значение рассчитывается так:

Измерение напряжения

§ 74. Измерение напряжения. Расширение пределов измерения вольтметра

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольтметры и микровольтметры различных систем. Эти приборы включают параллельно нагрузке, а потому сопротивление их должно быть как можно больше. В связи с этим уменьшается потребляемая прибором энергия и увеличивается достоверность произведенного измерения.
Для расширения пределов измерения вольтметра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления (rд ). Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением приведена на рис. 88.

Измерение напряжения

При такой схеме из n частей напряжения, подлежащего измерению, на обмотку прибора приходится лишь одна часть, а остальные n — 1 частей — на добавочное сопротивление. Это происходит потому, что сопротивление rд берется больше сопротивления вольтметра в n — 1 раз, а при последовательном соединении напряжение распределяется пропорционально величине сопротивления.
Добавочное сопротивление

Общее измеренное напряжение равно сумме падения напряжения на этих сопротивлениях.
Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измерения вольтметра.
Пусть имеющийся у нас вольтметр позволяет измерять напряжение Uв = 30 в. а необходимо измерить этим прибором напряжение U = 120 в. Значит, нужно расширить предел его измерения в

Измерение напряжения

Добавочное сопротивление, которое надо присоединить последовательно к вольтметру, можно определить по формуле

Если сопротивление вольтметра rв = 3000 ом. то для расширения предела измерения прибора в 4 раза необходимо, чтобы добавочное сопротивление

После присоединения к вольтметру добавочного сопротивления каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указано на ней. Например, в нашем случае, если стрелка прибора установится на цифре 30, то это будет означать, что напряжение

Добавочные сопротивления изготовляют чаще всего из манганина или константана. Оба эти материала имеют большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления.
Шунты и добавочные сопротивления могут быть установлены внутри корпуса прибора или подключаться к его зажимам на время измерений.

Что измеряет вольтметр? Прибор для измерения напряжения

Измерение напряжения

Неожиданно: мужья хотят, чтобы их жены делали чаще эти 17 вещей Если вы хотите, чтобы ваши отношения стали счастливее, вам стоит почаще делать вещи из этого простого списка.

Измерение напряжения

13 фактов о флирте, которые вы должны знать Что может быть более страшным, чем пытаться заговорить с человеком, который вам нравится? К счастью, ученые разобрались, как именно работает флирт. Пр.

Измерение напряжения

9 знаменитых женщин, которые влюблялись в женщин Проявление интереса не к противоположному полу не является чем-то необычным. Вы вряд ли сможете удивить или потрясти кого-то, если признаетесь в том.

Измерение напряжения

13 признаков, что у вас самый лучший муж Мужья – это воистину великие люди. Как жаль, что хорошие супруги не растут на деревьях. Если ваша вторая половинка делает эти 13 вещей, то вы можете с.

Измерение напряжения

7 вещей, которые следует мыть и стирать каждый день Это может показаться еще одним пунктом в бесконечном списке ежедневных дел, но за этим кроется эффективный метод, который позволяет создать положитель.

Измерение напряжения

Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.

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:

Измерение напряжения 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 Измерение напряжения 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 — Измерение напряжения)/T – положительное амплитудное значение; U-m = Uр Измерение напряжения/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 Измерение напряжения. S 2 = U-m (T — Измерение напряжения).

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.

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

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.

В связи с расширением приборостроительных специальностей в 1978 г. был открыт инженерно-физический факультет. В 1984 г. оптико-механический и инженерно-физический факультеты были объединены в один — инженерно-физический. В марте 1985 г. инженерно-физический факультет был переименован в приборостроительный.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *