Презентация на тему: Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц

Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц. Ленцман В. Л. Новый корпус ГУТ комн. 438
Измерения напряжения и тока
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой цепи
Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой цепи
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Классификация вольтметров :
Классификация вольтметров :
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Характеристики измеряемых сигналов Градуировка приборов
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Уравнения преобразования вольтметров различных типов.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
2.4. Основные характеристики вольтметров, структурные схемы, конструктивное исполнение
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
2.4.1. Электромеханические вольтметры и амперметры
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
2.4.2. Электронные вольтметры
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц.
1/67
Средняя оценка: 4.2/5 (всего оценок: 65)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1103 Кб)
1

Первый слайд презентации: Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц. Ленцман В. Л. Новый корпус ГУТ комн. 438

1 Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц. Ленцман В. Л. Новый корпус ГУТ комн. 438

Изображение слайда
2

Слайд 2: Измерения напряжения и тока

2 Измерения напряжения и тока Единица тока в системе СИ – ампер (А) Единица напряжения СИ - вольт (В) Эталон постоянного тока в диапазоне до 30 А основан на косвенных измерениях тока по закону Ома ( I = U / R ) Неисключенная систематическая погрешность (НСП) эталона тока в диапазоне от 1мА до 1А составляет 2∙10 -7 НСП эталона напряжения 1∙10 -9.

Изображение слайда
3

Слайд 3

3 Напряжение измерять несколько проще, чем ток, поскольку вольтметр подключают параллельно измеряемой цепи. Для измерения тока амперметр следует подключить в схему последовательно – в разрыв цепи. Дальнейший материал излагается применительно к измерению напряжения.

Изображение слайда
4

Слайд 4: Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой цепи

4 Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой цепи Схема подключения: R V - сопротивление вольтметра, R i – внутреннее сопротивление измеряемого источника напряжения, С – емкости вольтметра и соединительных проводов R вх С вх Вольтметр С п ~ Ri u ( t)

Изображение слайда
5

Слайд 5: Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой цепи

5 Погрешности измерения напряжения и тока, обусловленные подключением приборов к измеряемой цепи Погрешность – систематическая и имеет знак «минус»! При известных значениях R V и R i можно ввести соответствующую поправку. Аналогичная погрешность при измерении постоянного тока определяется формулой:

Изображение слайда
6

Слайд 6

6 Поскольку, однако, характеристики приборов и цепей известны приближенно, останется неисключенная систематическая погрешность, которую, следует ценить некоторым интервалом. Для этого в метрологических характеристиках указывают погрешность входного сопротивления вольтметра, например, (1,00 ± 0,10) МОм

Изображение слайда
7

Слайд 7

7 При измерении переменных напряжений и токов надо обязательно учитывать влияние индуктивности и емкости соединительных проводов, поэтому рассматриваемая погрешность будет зависеть от частоты:

Изображение слайда
8

Слайд 8

8 На достаточно высокой частоте вследствие резонанса рассматриваемая погрешность может стать положительной! Ориентировочная зависимость погрешности измерения переменного напряжения от частоты показаны на рисунке: f 0 - 1% δ v, ~ 20МГц ~+400 % 1 2

Изображение слайда
9

Слайд 9

9 Таким образом, соответствующая систематическая погрешность может составить +(300…400)% на резонансной частоте f рез = 1/(2π√ LC ), где L и C - эквивалентные индуктивность и емкость входа вольтметра и соединительных проводов. Например, при L = 1 мкГн и C = 40 пФ f рез  25 МГц.

Изображение слайда
10

Слайд 10

10 При измерениях напряжения высокой частоты надо уменьшить индуктивность соединительных проводов (сделать их короче) и уменьшить входную емкость вольтметра. С этой целью входной узел широкополосных вольтметров выполняют в виде выносного узла -«пробника», который можно непосредственно подключить к измеряемой точке схемы.

Изображение слайда
11

Слайд 11: Классификация вольтметров :

11 Классификация вольтметров : 1. По виду измеряемого напряжения: вольтметры постоянного напряжения, вольтметры переменного напряжения. 2. По конструктивному решению: электромеханические, электронные (имеющие усилители, преобразователи и другие электронные узлы).

Изображение слайда
12

Слайд 12: Классификация вольтметров :

12 Классификация вольтметров : 3. По типу входа: с «открытым» входом; - это несколько жаргонное выражение указывает, что такие приборы измеряют весь сигнал – вместе с его постоянной составляющей, с «закрытым» входом; - такие приборы имеют на входе последовательно включенный разделительный конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую измеряемого сигнала (и его низкочастотные составляющие) на следующие узлы прибора.

Изображение слайда
13

Слайд 13

13 Схема «закрытого» входа вольтметра: Постоянную времени RC такой разделительной цепочки выбирают достаточно большой – такой, чтобы из сигнала удалялись постоянная и низкочастотные составляющие до частоты порядка 20 Гц. Это значение определяет нижнюю границу частотного диапазона вольтметров переменного напряжения с закрытым входом. u вх (t) U ср t u вых (t) t 0 0 R С u в х ( t ) u вых ( t )

Изображение слайда
14

Слайд 14

14 4. По типу используемого преобразователя приборы с преобразователями среднеквадратического значения; приборы с преобразователем средневыпрямленного значения; вольтметры с пиковыми преобразователями (амплитудными детекторами), которые имеют две модификации:  с закрытым входом - для измерения синусоидального напряжения,  с открытым входом - для измерения импульсных сигналов произвольной формы. Такие приборы имеют специальное название - импульсные вольтметры.

Изображение слайда
15

Слайд 15

15 5. По ширине полосы измеряемых частот : широкополосные, например от 20 Гц до 10…50 МГц, селективные, которые измеряют напряжение в относительно узкой полосе специального фильтра (например, 1кГц), но частоту настройки которого можно изменять в широком диапазоне от нескольких кГц до нескольких ГГц ( это принцип работы радиоприемных устройств!)

Изображение слайда
16

Слайд 16: Характеристики измеряемых сигналов Градуировка приборов

16 Характеристики измеряемых сигналов Градуировка приборов « Мгновенное» значение – значение измеряемого сигнала (функции) в определенный момент времени: u ( t 1 ), u ( t 2 ) и т.д. u ( t ) U p T U м+ t 1 t 2 t U _ u ( t 1 ) u ( t 2 )

Изображение слайда
17

Слайд 17

17 2. Максимальное (минимальное) значение U макс ( U мин ) – максимальное (минимальное) из всех возможных значений за период или за определенный промежуток времени для непериодических сигналов. 3. Среднее значение ( постоянная составляющая ): где  t - интервал интегрирования, который при конструировании приборов выбирают обычно в пределах от долей секунды до нескольких секунд.

Изображение слайда
18

Слайд 18

18 Для периодических сигналов формулу для среднего значения, можно приближенно записать в виде: где T – период измеряемого сигнала. Этой формулой удобно пользоваться для расчета среднего значения периодического сигнала, хотя в действительности интервал интегрирования во много раз больше периода измеряемого сигнала.

Изображение слайда
19

Слайд 19

19 Прибор, измеряющий среднее значение напряжения или тока, можно сравнить с «бульдозером», «разглаживающим» бугры и ямы на стройплощадке – в результате формируется средний уровень грунта – т.е. его «постоянная составляющая» : u ( t ) U p T U м+ t 1 t 2 t U _ u ( t 1 ) u ( t 2 )

Изображение слайда
20

Слайд 20

20 4. Для переменных сигналов, не имеющих постоянной составляющей, вместо введенных выше понятий максимального и минимального значения используют термины: пиковое отклонение «вверх» U +, пиковое отклонение «вниз» U -, а также размах сигнала U р =( U + - U - ).

Изображение слайда
21

Слайд 21

21 5. Среднеквадратическое (действующее) значение : 6. Средневыпрямленное значение: - операция выпрямления математически записывается как модуль функции, а технически реализуется с использованием диодного моста (так называемое «двухполупериодное» выпрямление).

Изображение слайда
22

Слайд 22

22 Рассмотрим для примера характеристики синусоидального сигнала с амплитудой U м и периодом T : мгновенные значения: 2. среднее значение U ср равно нулю; 3. пиковое отклонение вверх U + = U м (амплитуде) ; пиковое отклонение вниз U - = - U м ; 4. Размах синусоидального сигнала U разм. =2 U м ; u(t) U м u ср.в. U ср.в . t T

Изображение слайда
23

Слайд 23

23 5. среднеквадратическое значение: 6. средневыпрямленное значение: Коэффициент формы сигнала : Для синусоидального сигнала: . u(t) U ср.кв. = 0,707 U м U м u ср.в. U ср. в. t T U ср. в. = 0.636 U м

Изображение слайда
24

Слайд 24

24 Правила градуировки : Приборы для измерения переменного напряжения (тока) градуируют по действующему (среднеквадратическому) значению синусоидального сигнала. Исключением из этого правила являются импульсные вольтметры, их градуируют по амплитудному значению синусоидального сигнала. Приборы для измерения постоянного напряжения (тока), измеряющие среднее значение сигнала, градуируют по эталонному источнику постоянного напряжения (тока).

Изображение слайда
25

Слайд 25

25 Суть операции градуировки вольтметра переменного напряжения заключается в следующем: к источнику синусоидального сигнала подключают параллельно эталонный вольтметр среднеквадратического значения и градуируемый вольтметр. Показания градуируемого вольтметра, который может иметь любой принцип действия, с помощью его внутренних регулировок делают равным показаниям эталонного вольтметра. Аналогичным образом градуируют амперметры.

Изображение слайда
26

Слайд 26

26 Итак, для понимания того, что за значение отображается на шкале или цифровом отсчетном устройстве вольтметра, необходимо принять во внимание, по крайней мере, пять факторов: 1. форму сигнала (т.е. вид функции u ( t )), 2. тип преобразователя вольтметра, 3. тип входа вольтметра (открытый, закрытый), 4. правило градуировки и единственное исключение из него, 5. соответствие частотного диапазона вольтметра частотному спектру измеряемого сигнала. Эту информацию желательно иметь до проведения измерений, в противном случае могут возникнуть трудности в интерпретации результатов.

Изображение слайда
27

Слайд 27

27 Представление о форме сигнала можно получить с помощью осциллографа. Сведения о типе преобразователя, типе входа, частотном диапазоне содержатся в технических описаниях используемых приборов (хотя не всегда в прямой форме).

Изображение слайда
28

Слайд 28

28 Простые электромеханические приборы имеют, очевидно, открытый вход. Большинство электронных вольтметров (за исключением импульсных), как правило, имеют закрытые входы. Сейчас некоторые фирмы выпускают вольтметры с переключаемым типом входа. Правило градуировки (с единственным исключением для импульсных вольтметров) надо просто запомнить. Влияние первых четырех факторов на показания вольтметров отображено в формулах табл. 1.

Изображение слайда
29

Слайд 29: Уравнения преобразования вольтметров различных типов

29 Уравнения преобразования вольтметров различных типов.

Изображение слайда
30

Слайд 30

30 Уравнение преобразования вольтметра ср. кв. значения с открытым входом: Уравнение преобразования вольтметра ср. кв. значения с закрытым входом:

Изображение слайда
31

Слайд 31

31 Для понимания того, как различные вольтметры формируют показания при измерении сигналов различной формы, рассмотрим несколько примеров. Вольтметр постоянного напряжения на любом сигнале измерит только его постоянную составляющую вне зависимости от того, есть в таком сигнале переменная составляющая или нет. Например, при измерении напряжения чисто синусоидального сигнала показания вольтметра постоянного напряжения будут равны нулю.

Изображение слайда
32

Слайд 32

32 Все вольтметры переменного напряжения (за исключением импульсных вольтметров) при измерении синусоидального сигнала с амплитудой U m должны показать одно и то же – действующее - значение этого сигнала, равное 0,707 U m. Но этот результат в соответствии с уравнениями преобразования этих приборов (табл.1) и в согласии с правилом градуировки будет получен с использованием различных процедур.

Изображение слайда
33

Слайд 33

33 Рассмотрим практически важную задачу измерения синусоидального сигнала при наличии постоянного напряжения. Пусть амплитуда сигнала U m = 1 В, а U 0 = 8 В. Вольтметр постоянного напряжения покажет, очевидно, значение 8,00 В. 1 В 8 В U m =1 В u (t)=U 0 +U m sin (2 π ft ) U 0 =8 В

Изображение слайда
34

Слайд 34

34 Попутно отметим, что показания даже самых простых и дешевых приборов, определяются не менее чем тремя значащими цифрами, например: (8,00±0,25) В или (8,00±0,05) В в зависимости от нормируемой погрешности вольтметра. Но шестиразрядный цифровой вольтметр может показать, например, значение: (8,00000±0,00005) В

Изображение слайда
35

Слайд 35

35 Вольтметр среднеквадратического значения с открытым входом покажет: - под знаком корня суммированы квадраты постоянной составляющей и действующего значения синусоидального сигнала, т.е. значения, пропорциональные мощности. Очевидно, что по полученному значению 8,03 В практически невозможно определить (если нет осциллографа), присутствует в этой точке схемы переменное напряжение или нет.

Изображение слайда
36

Слайд 36

36 Но если этот сигнал измерить вольтметром с закрытым входом, то его показания будут равны 0,707 В - наличие переменного напряжения уверенно регистрируется. 1 В 8 В U m =1 В u (t)=U 0 +U m sin (2 π ft ) U 0 =8 В

Изображение слайда
37

Слайд 37

37 Таким образом, закрытый вход вольтметра позволяет измерять напряжение очень малых сигналов в цепях с большой постоянной составляющей (например, на коллекторе транзистора).

Изображение слайда
38

Слайд 38

38 Измерим теперь напряжение импульсного сигнала - последовательности однополярных прямоугольных импульсов длительностью , периодом Т и максимальным значением U м : Этот сигнал имеет свою «собственную» постоянную составляющую U ср = U м  / T А так будет выглядеть этот сигнал после закрытого входа: Для такого сигнала удобно ввести понятие коэффициента заполнения: К з =  / T, поскольку показания приборов (в первом приближении) будут зависеть только от К з t u ( t ) –U ср 0 T  T t 0  U м

Изображение слайда
39

Слайд 39

39 Рассмотрим численный пример для частного случая U м = 1 В и К з =0,5. Вольтметр постоянного напряжения при измерении такого импульсного сигнала покажет его среднее значение. У рассматриваемого сигнала есть «своя собственная» постоянная составляющая.

Изображение слайда
40

Слайд 40

40 2. Вольтметр среднеквадратического значения с открытым входом покажет:

Изображение слайда
41

Слайд 41

41 3. Вольтметр средневыпрямленного значения с открытым входом (например, обычный аналоговый «тестер») покажет довольно странное значение: - это следствие того, что он градуирован по синусоидальному сигналу и не предназначен для измерения сигналов другой формы. 4. Импульсный вольтметр покажет, очевидно, значение 1,00 В.

Изображение слайда
42

Слайд 42

42 Определим показания вольтметров с закрытыми входами. Измеряемый импульсный сигнал до подачи на преобразователи таких вольтметров проходит через разделительную RC цепочку, которая удаляет из него постоянную составляющую и низкочастотные сигналы до (приблизительно) 20 Гц.

Изображение слайда
43

Слайд 43

43 После закрытого входа исходный импульсный сигнал превратится в последовательность разнополярных прямоугольных импульсов: положительных - длительностью τ, и отрицательных – длительностью (Т- τ). Однако размах сигнала при этом не изменится! t u ( t ) –U ср 0 T 

Изображение слайда
44

Слайд 44

44 При измерении напряжения такого импульсного сигнала для частного случая К з =0,5 получим следующие значения: 1. Среднее значение (постоянная составляющая) такого сигнала будет, естественно, равно нулю. 2. Показания вольтметра среднеквадратического значения с закрытым ходом - действующее значение такого сигнала:

Изображение слайда
45

Слайд 45

45 3. Показания вольтметра средневыпрямленного значения с закрытым ходом 0,555 В могут показаться несколько странными: В Но если вспомнить, то такие вольтметры в соответствии с правилом градуировки предназначены для измерения только синусоидальных сигналов, все становится понятным - для измерения импульсных сигналов такие вольтметры, строго говоря, применять не следует! Впрочем, зная форму сигнала, показания вольтметра можно пересчитать для получения того значения, которое Вас интересует.

Изображение слайда
46

Слайд 46

46 4. Вольтметр с пиковым детектором с закрытым входом (на инженерном жаргоне его называют «амплитудным» вольтметром, имея ввиду его принцип действия, а не то значение, которое он показывает) даст еще более странный, на первый взгляд, результат: В Поэтому надо обязательно помнить, что такие вольтметры предназначены для измерения только синусоидальных сигналов, а для измерения импульсных сигналов эти приборы, строго говоря, применять нельзя!

Изображение слайда
47

Слайд 47

47 Следует подчеркнуть, что понятие коэффициента заполнения Кз =  / T применимо только к исходному сигналу u ( t ) в виде однополярных прямоугольных импульсов. Для сигналов любой другой формы, в частности для комбинации прямоугольных импульсов разной полярности, это понятие уже не применимо и расчеты по формулам с использованием K з приведут к ошибкам.

Изображение слайда
48

Слайд 48

48 Полезно также иметь ввиду, что операция возведения функции u ( t ) в квадрат, используемая в вольтметрах среднего квадратического значения, приводит к существенному изменению вида функции. Например, периодический пилообразный сигнал u ( t ) = U m t /Т (на интервале периода) превращается при возведении в квадрат в отрезок параболы. Такие вольтметры можно рассматривать как аналоговые вычислительные устройства, формирующие на шкале или цифровом отсчетном устройстве среднеквадратическое (действующее) значение напряжения входного сигнала

Изображение слайда
49

Слайд 49: 2.4. Основные характеристики вольтметров, структурные схемы, конструктивное исполнение

49 2.4. Основные характеристики вольтметров, структурные схемы, конструктивное исполнение При выборе прибора для решения конкретной измерительной задачи из технического описания прибора надо извлечь информацию о типе входа и уравнении преобразования. Электромеханические приборы имеют открытый вход. Подавляющее большинство электронных вольтметров имеют закрытые входы. Преобразователи среднего выпрямленного значения в современных приборах используют редко. Многие зарубежные фирмы для вольтметров среднего квадратического значения специально указывают, что они измеряют «true r.m.s», т.е. «истинное» ср. кв. значение.

Изображение слайда
50

Слайд 50

50 Далее следует обычный набор основных нормируемых метрологических характеристик средств измерений: 1. Диапазон (поддиапазоны) измерения; минимальный поддиапазон измерения характеризует чувствительность вольтметра. 2. Разрешающая способность (цена деления шкалы или число разрядов ЦОУ). 3. Предельно допускаемая погрешность - может задаваться числом, формулой или таблицей. 4. Частотный диапазон и условия применения (температура, влажность, давление и т.п.). 5. Входное сопротивление и входная емкость. 6. Быстродействие и время преобразования (для цифровых приборов).

Изображение слайда
51

Слайд 51: 2.4.1. Электромеханические вольтметры и амперметры

51 2.4.1. Электромеханические вольтметры и амперметры В таких приборах энергия измеряемого сигнала непосредственно используется для механического перемещения указателя («стрелки»), относительно шкалы. Магнитоэлектрический прибор – его условное обозначение, указываемое в углу шкалы, символизирует подковообразный магнит, в поле которого поворачивается рамка, по которой протекает измеряемый ток. Прибор измеряет среднее значение тока с достаточно высокой точностью и чувствительностью.

Изображение слайда
52

Слайд 52

52 2. Выпрямительный прибор – комбинация магнитоэлектрического прибора и диодного мостика. Предназначен для измерения переменного тока и напряжения синусоидальной формы в соответствии с уравнением преобразования: (коэффициент градуировки 1,11 обеспечивает переход от средневыпрямленного к среднеквадратическому значению синусоидального сигнала) Магнитоэлектрические и выпрямительные приборы до настоящего времени используют в простых приборах для измерения тока, напряжения и сопротивления - «тестерах».

Изображение слайда
53

Слайд 53

53 3. Прибор электромагнитной системы. Его условное обозначение символизирует электромагнит – катушку, по которой протекает измеряемый ток. Прибор измеряет с невысокой точностью среднеквадратическое значение тока или напряжения вместе с постоянной составляющей, если она есть. Хорошо выдерживает перегрузки. Основная область применения – измерения напряжения и тока в силовых сетях с частотой 50 Гц или 400Гц.

Изображение слайда
54

Слайд 54

54 5. Электростатический прибор. Его условное обозначение символизирует две группы пластин – подвижные и неподвижные. При подаче постоянного или переменного напряжения подвижные пластины поворачиваются и втягиваются внутрь системы неподвижных пластин. Прибор измеряет действующее значение как постоянного, так и переменного напряжения. Имеет низкую чувствительность, основная область применения – аналоговые киловольтметры. Очевидно, что все рассмотренные электромеханические приборы имеют открытые входы.

Изображение слайда
55

Слайд 55: 2.4.2. Электронные вольтметры

55 2.4.2. Электронные вольтметры Структурная схема простейшего электронного вольтметра постоянного напряжения состоит из трех узлов: входного устройства, обеспечивающего большое входное сопротивление - порядка 10МОм, усилителя постоянного напряжения с переключаемым коэффициентом усиления – для переключения поддиапазона измерения, магнитоэлектрического прибора - в аналоговых вольтметрах, или АЦП и цифрового отсчетного устройства – в цифровых вольтметрах. АЦП ЦОУ в цифровых вольтметрах Вх. устр. Усилитель постоянного напряжения с переключаемым коэффициентом усиления МЭ измерительный прибор в аналоговых вольтметрах

Изображение слайда
56

Слайд 56

56 Электронные вольтметры переменного напряжения имеют, как правило, закрытый вход (за исключением импульсных вольтметров). Разделительный конденсатор устанавливают непосредственно на входе прибора. Главные узлы электронных вольтметров - преобразователи переменного напряжения в постоянное (детекторы).

Изображение слайда
57

Слайд 57

57 Преобразователи среднеквадратического значения в настоящее время выполняют с использованием специальных микросхем, реализующим операцию возведения в квадрат измеряемого сигнала (как функции времени): U вх 0

Изображение слайда
58

Слайд 58

58 Пиковые (амплитудные) детекторы устанавливают непосредственного на входе вольтметра. Они имеют две модификации – с открытым и закрытым входом. Пиковый детектор с открытым входом используют в импульсных вольтметрах, уравнение преобразования для которых: U шк = max [ u ( t ]). Напомним, что импульсные вольтметры градуируют (как исключение из общего правила) по максимальному значению (амплитуде ) синусоидального сигнала. (1) Усилитель постоянного напряжения u ( t ) R вых R вхУС (2) Пиковый детектор ~ C АЦП ЦОУ

Изображение слайда
59

Слайд 59

59 Преобразователь среднего выпрямленного значения реализуют с помощью двухполупериодного выпрямителя на диодном мостике, включенного в цепь обратной связи операционного усилителя. Единственное преимущество такого преобразователя – он дешевле преобразователя среднеквадратического значения. Сейчас выпрямительные преобразователи в электронных вольтметрах практически уже не используют.

Изображение слайда
60

Слайд 60

60 Амплитудные детекторы с закрытыми входами используют для создания широкополосных вольтметров синусоидальных сигналов. Такие вольтметры градуируют по среднеквадратическому значению синусоидального сигнала – вследствие этого в уравнении преобразования появляется коэффициент 0,707 : U шк =0,707∙ max [ u ( t )- U ср ]. Для измерения импульсных сигналов такой вольтметр применять не следует, поскольку его показания будут составлять 0,707 от пикового отклонения «вверх», т.е. не будут равны максимальному значению импульса.

Изображение слайда
61

Слайд 61

61 Специальная структурная схема была разработана для обеспечения возможности измерения напряжения в очень широком частотном диапазоне при очень высокой чувствительности. В основу положен принцип работы радиоприемных устройств с гетеродинным преобразованием частоты, а соответствующие приборы называют селективными вольтметрами. f гет Входное устройство Предв. усилитель Преобразователи u(t) f c ЦОУ АЦП смеситель УПЧ гетеродин f с f c -f гет f f 1 = 10кГц G(f) τ(f) f 2 = 1ГГц

Изображение слайда
62

Слайд 62

62 Селективные вольтметры измеряют напряжение в относительно узкой полосе частот измерительного фильтра, частоту настройки которого можно менять в очень широких пределах – от десятков кГц до десятков ГГц. Ширину полосы частот этого фильтра также можно выбирать в широких пределах: от сотен Гц до нескольких МГц. В анализаторах спектра используют автоматическую перестройку частоты измерительного фильтра (сканирование), что позволяет графически отобразить на дисплее спектр измеряемого сигнала – распределение напряжения или мощности в зависимости от частоты. Суммарное напряжение (или мощность сигнала) в выбранной полосе частот можно рассчитать по полученному спектру с использованием встроенного процессора.

Изображение слайда
63

Слайд 63

63 1. Уравнение преобразования: где: К – коэффициент градуировки, G ( f )- спектральная плотность мощности измеряемого сигнала, - АЧХ измерительного фильтра, f 1 и f 2 - пределы интегрирования спектра по частоте. Прибор измеряет среднеквадратическое значение напряжения (или мощности), в полосе частот измерительного фильтра или в полосе сканирования. Градуировка обычно не только в вольтах и ваттах, но также в логарифмических единицах: в дБ относит. микровольта: 1 дБ(мкВ) = 20 log ( U изм /1мкВ), или в дБ относит. милливатта: 1 дБм = 10 log (Р изм /1мВт).

Изображение слайда
64

Слайд 64

64 2. Верхняя граница диапазона измерения мощности сигналов (определяемая нелинейными эффектами) – порядка 0дБм, нижняя граница, определяемая собственными шумами прибора, – порядка минус 115….120 дБм, т.е. чувствительность селективных вольтметров и анализаторов спектра чрезвычайно высока. 3 Ширина полосы частот измерительного фильтра (так называемая разрешаемая полоса - RBW ) может быть выбрана пользователем из ряда 1кГц, 3 кГц, 5 кГц, 10 кГц,…. и т.д. до 10 МГц.

Изображение слайда
65

Слайд 65

65 4. Диапазон измеряемых частот у некоторых анализаторов спектра может простираться от нескольких десятков Гц до нескольких десятков ГГц. С дополнительным внешним смесителем верхняя граница может быть продлена до 400 ГГц. 5. Погрешность хороших анализаторов спектра порядка ±(0,5…1)дБ, что соответствует относительной погрешности δ = ± (5…8)%. 6 Параметры R вх и С вх определяются конструктивным исполнением входных цепей приборов. Обычно анализаторы спектра предполагают проведение измерений на согласованной кабельной нагрузке 50 или 75 Ом, что обеспечивает малое влияние подключения прибора на результат измерения.

Изображение слайда
66

Слайд 66

66 На рисунке показан спектр сигнала передатчика базовой станции мобильной связи стандарта GSM на дисплее анализатора спектра:

Изображение слайда
67

Последний слайд презентации: Метрология, стандартизация и сертификация Измерения напряжения и тока доц

67 Этот рисунок можно упрощенно интерпретировать как графическое представление показаний большого числа амплитудных вольтметров (в данном примере их 401), каждый из которых имеет ширину полосы на уровне 3 дБ порядка 1 кГц. Но все вместе они дают представление о распределении энергии в полосе шириной 500 кГц. Маркером отмечены результаты измерения частоты и мощности характерной спектральной составляющей сигнала передатчика БС GSM

Изображение слайда