Măsurarea tensiunii de curent alternativ - studopediya

Voltmetre, tensiune de curent alternativ pot fi clasificate în caracteristicile de timp personal:

- în funcție de tipul, destinat măsurării tensiunii AC: tensiuni au impulsuri, și selectiv etc;.

- prin metoda de măsurare: evaluarea și compararea măsurii imediate;

- din parametrul măsurat al tensiunii de încercare: vârf (amplitudine WIDE) srednevypryamlennogo, rms;

- Tipul de indicator: săgeată, digitale.

Pentru a măsura tensiunea de frecvență de putere, în mod obișnuit cu ajutorul dispozitivelor de măsurare sunt sisteme electromagnetice și electrodinamice și voltmetre electrostatice.

Cele mai multe voltmetre sistemele electromagnetice sunt utilizate la frecvențe de 45 Hz și 55 Hz. Crescută crește frecvența semnificativ în eroare a instrumentului, astfel încât limita de frecvență superioară este, în general, nu examinați cutele 3000 Hz. „tipice“ clase de precizie dispozitive electromagnetice 1.0. 1.5. 2.5. voltmetre electrodinamice au aproximativ aceeași-lea gama de frecvențe, dar clasa de precizie mai mare, cel mai precis - 0.1.

Avantajele acestor sisteme sunt voltmetre posibilitatea de utilizare non-mediocră în circuite de curent alternativ, simplitate constructivă-TION, costuri reduse, fiabilitate în funcționare și rezistență la rata de re-foc. dezavantaje comune includ o sensibilitate scăzută în ceea ce privește un consum mare de energie-telno a circuitului de măsurare, scara inegale-Ness.

Electrostatic Voltmetre utilizate în general pentru măsurarea tensiunii înalte - până la 100 kV; aceste voltmetre produse din clasa 1.0 cu o gamă de frecvență de la 45 Hz până la 0,25 MHz. de exemplu, voltmetru M110.

Când se utilizează metoda de voltmetrului evaluare directă transformă sub-paralelă cu porțiunea de circuit electric pe care-tensiune ryaetsya măsurabilă. Evident, pentru a reduce consumul de energie metodologic de măsurare a tensiunii de eroare ar trebui să fie voltmetru minimalitate E, și impedanța sa de intrare - maximă (RPR → ∞). În acest sens, măsurătorile în circuitul radio este utilizat de preferință, disponibilitatea Voltmetre electronice.

Voltmetre electronice sunt o multitudine de convertor de electroni-interfață și o unitate de contor-TION electromecanic sau digital. Acestea sunt, în principal fiind construite în conformitate cu cele două sisteme de structuri-TION (vezi. Fig. 3).

Conform primei scheme de amplificare a semnalului este realizată în domeniul de frecvență al semnalului, semnalul amplificat este rectificat și măsurat (vezi. Fig. 3a). Conform unui al doilea circuit de detecție este realizată mai întâi (îndreptare) a semnalului de test, apoi amplificarea tensiunii rezultantă este realizată folosind forța Tell-DC și măsurarea acestuia (a se vedea. Fig. 3b).

Fig. 3. Schema bloc a voltmetre electronice

Primul grup de Voltmetre sunt extrem de sensibile Stu, dar un interval relativ îngust de frecvențe de funcționare a complexității construi amplificatoare de bandă largă. voltmetre cunoscute, diagrama structurală încorporată LARG a primei, cu o gamă de frecvență de lucru de 2 Hz până la 100 MHz. Pentru al doilea grup de voltmetri caracteristice de funcționare mai largă gamă de frecvență de 20 Hz la 1000 MHz, dar insuficient de înaltă sensibilitate-Ness.

Amplificatorul (emițător) este un element esențial al curentului metru, determină în mare măsură metrologice de caractere pentru bastoane. Tensiunea de ieșire a convertorului poate fi proporțională cu amplitudinea NYM, srednevypryamlennomu sau valoarea curentă a tensiunii de intrare. Această dependență, desigur, determină ce tip de parametru măsurat cu un voltmetru.

Voltmeri medii construite în principal, de către prima schemă - conversie de tensiune alternativă, cu o constantă pe media la aceasta valoare. Aceste voltmetre sunt folosite pentru a măsura valoarea medie sau efectivă a tensiunii sinusoidale.

Cele mai simple voltmetre Valorile medii sunt voltmetre Rectifier Nye bazate pe valori-TION srednevypryamlen jumătate de undă sau convertoare full-val. In majoritatea cazurilor, voltmetrul este calibrat în valorile curente ale tensiunii măsurate, ceea ce conduce la prezența unei erori suplimentare datorită abaterii formei tensiunii măsurate de sinusoidal. Când măsurarea semnalului nesinusoidal la citirile voltmetru trebuie corectate și determinate prin formula rms tensiune nesinusoidale:

în cazul în care: Uns - valoarea efectivă a tensiunii nesinusoidal;

kfns - coeficientul de undă nesinusoidal;

KFS - coeficientul de formă de undă sinusoidală.

Astfel, pentru semnalele cu valoarea cunoscută a factorului de formă citirile de corecție voltmetru trebuie efectuate. Figura 4 prezintă eroarea relativă a instrumentului datorită influenței undă nesinusoidal (dependența erorii cauzată de al doilea semnal armonic este prezentat printr-o linie subțire, a treia armonică - linie îngroșată); Graficul arată că armonicelor chiar au un impact eed bo proc privind precizia de măsurare.

Principalele unități ale voltmetri amplitudinii valorilor (voltmetre de vârf) sunt: ​​dispozitivul de intrare, tensiunea de invertor de curent alternativ într-o tensiune de curent continuu cu valoarea maximă, puterea de curent continuu și contorul de tensiune de curent continuu (a se vedea figura 5 ..).

Fig. 4. Eroare de măsurare de tensiune relativă

amploarea armonici ale semnalului

Datorită simplității circuitelor soluții convertoare valori de amplitudine - detectoare de vârf, utilizate pe scară largă în practică. Principiul de funcționare al detectorului de amplitudine se bazează pe o încărcare rapidă a detecta condensator printr-o diodă la valoarea amplitudinii tensiunii măsurate și descărcarea lentă printr-o rezistență de sarcină. Din cauza diferențelor de încărcare și descărcare constanta de timp a condensatorului apare componenta. Mai mult timp pentru a încărca raportul de timp de descărcare condensator, deci, evident, mai mult de tensiune condensator se apropie de valoarea de vârf a tensiunii de încercare. În funcție de ce fel de stres ca urmare a măsurat disting două tipuri de convertoare. Dacă vom măsura o tensiune pe condensator, acesta este - valori convertor amplitudine de intrare deschisă. Acest nume a fost dat ca circuitul de ieșire este menținută constantă component a tensiunii de intrare. În cazul în care tensiunea de ieșire este luat de la dioda fără componentă de curent continuu - un convertor cu valori amplitudine de intrare închisă.

Fig. 5. Schema bloc a unui voltmetru vârf

Conducerea și diagrame de temporizare ale semnalelor ale detectorului de amplitudine cu intrare deschisă sunt prezentate în Figura 6. La intrarea invertorului dintr-o sursă cu o rezistență internă Rist primește tensiune u (t) = Um păcat # 969; t. În starea de echilibru, atunci când u (t)> UC. Dioda deschis. Condensatorul C este încărcat cu o constantă de timp # 964; taxa = (Rist + Rd) · RC / (Rist + Rd + R). poskolkupo AC rezistență terminală R este activat secvențial activat rezistori paraleli Rist și rezistență directă Rd dioda.

Fig. 6. Detectorul de vârf cu o intrare deschisă

Dacă parametrii de circuit sunt alese astfel încât R >> (Rist + Rd). # 964; taxa ≈ (Rist + Rd) · C. Taxa de condensator este continuat până în momentul până când dioda este închisă. În dioda închis condensatorul este descărcat prin rezistorul R într-un moment de descărcare constantă # 964; timp = R · C. Deoarece R >> (Rist + Rd). de descărcare este mult mai lent și în timpul ciclului de jumătate negativ al condensatorului nu are timp să se descarce în mod considerabil. Ca rezultat, valoarea medie a tensiunii condensatorului este aproape de valoarea de vârf a tensiunii măsurate.

Posibilitatea de creștere a valorii R sunt limitate de intrare impedanta DC amplificator după detector; eroarea de măsurare substanțială poate determina rezistența internă a RIST măsurare sursa de tensiune.

Figura 7 prezintă circuit detector de vârf, cu o intrare închisă. Circuitul este un limitator diodă semnale mari.

Fig. 7. Circuitul detector de vârf, cu o intrare închisă

In timpul ciclului de jumătate pozitiv al diodei tensiunii de intrare se deschide, iar condensatorul C este încărcat cu o constantă de timp # 964; taxa = (Rist + Rd || R) · C. sau pentru că R >> Rd. # 964; taxa ≈ (Rist + Rd) · C. constantă de timp # 964; taxa este destul de mic, iar condensatorul este încărcat aproape până la valoarea Um. De îndată ce tensiunea condensatorului devine mai mare decât tensiunea de intrare, dioda este închisă. Dacă neglijăm rezistență inversă semnificativă diodă, putem scrie că descărcarea condensatorului are loc cu o constantă de timp # 964; timp ≈ (Rist + R) · C. Astfel, la fel ca în circuitul precedent atunci când selectarea unui condensator suficient de mare R. nu are timp să se descarce în mod substanțial. Ca urmare, valoarea medie a UC tensiune pe condensator este aproape de valoarea de vârf a tensiunii măsurate. Tensiunea de Vin este mai puțin diferite de cele Um. cu atât mai mare raportul R / Rd. și eroarea corespunzătoare nu depinde de valoarea rezistenței sursei de tensiune de măsurare internă Rist. Rețineți că tensiunea de ieșire a detectorului este tensiunea UR ≈u (t) -uC. Astfel, este evident, tensiunea de ieșire nu conține o componentă de curent continuu proporțională cu tensiunea măsurată și numai valoarea amplitudinii.

Valorile electronice Voltmeri RMS sunt construite în conformitate cu schema structurală este prezentată în figura 3a. Una dintre principalele unități ale dispozitivelor este un emițător - detector, o tensiune de curent alternativ într-o tensiune de curent continuu proporțional cu valoarea efectivă a tensiunii de la intrarea de orice formă. Esența voltmetre acest tip este că, atunci când sunt expuse la o tensiune de intrare la detector cu o conversie caracteristică pătratică în lanțul său este format complicată în forma actuală, componenta medie sau constantă este proporțională cu valoarea efectivă a tensiunii măsurate, indiferent de forma acestei tensiuni, adică i = # 945; · u 2 (t).

Ca astfel de traductoare pot fi utilizate diode semiconductoare electronice sau lămpi având o formă parabolică porțiune inițială a caracteristicilor curent-tensiune. Tub detector de pătratic caracteristică are mai multe dezavantaje care împiedică aplicarea largă. Pentru cele mai importante dintre ele includ o mică porțiune a caracteristicii cu o dependență pătratică - 1-1,5 V, și dependența caracteristicilor tensiunii de alimentare. Este mult mai stabil decât porțiunea inițială a unei caracteristică pătratică curent-tensiune de diode semiconductoare, dar acest site este încă mai mică decât secțiunea lampa dioda, numai 0,2-0,3 V.

O modalitate de a obține un detector pătratică, care funcționează la o suficientă tensiuni măsurate este de a utiliza un lanț de diode cu o aproximare liniară a porțiuni curentului de ieșire.

Figura 8 prezintă o schemă simplificată a voltmetru și pătratic de tensiune-curent caracteristică a emițătorului. Compoziția voltmetrului include transformator de bandă largă Tr. un full-val elemente redresor VD *. lanț de diode pe elemente VD1 -VD5. R1-R5 și R * R * 1 5. metru și o sursă de tensiune stabilizată și Eats.

Fig. 8. Schema bloc a voltmetrului pătratice

u (t) măsurat tensiunea de intrare la transformator Tr; VD * folosind diode. incluse în înfășurarea secundară a transformatorului, testul este efectuat de tensiune bialternanță rectificare. Instrumentele și măsoară valoarea medie a curentului de lanț de diode. Dispozitiv de lanț Dioda are o caracteristică aproape parabolica de tensiune. În acest sens, valoarea medie a curentului dispozitivului este proporțională cu valoarea curentă a tensiunii de test.

Șirul diodă funcționează după cum urmează. divizoare de tensiune R1-R5 și R * R * 5 1 conectat la o tensiune stabilizată comună sursă. Raportul dintre rezistențe divizor sunt alese astfel încât U1

Exactitatea dispozitivelor de conversie depinde în principal de caracteristicile de tensiune instabilitatea de diode și rezistențe rezistoare divizor și este de obicei de 3% -5%. Gama de frecvențe de voltmetri disponibile comercial acest tip este de 30 Hz -1 MHz.