Измерване на AC напрежение - studopediya

Волтметри, AC напрежение могат да се класифицират в работно време личен характеристики:

- от вида, предназначен за измерване на напрежение: те-импулс напрежения и селективен др.

- чрез измерване метод: незабавна оценка и сравнение на мярката;

- от измерваната величина на напрежението на изпитване: пик (амплитуда мащаб) srednevypryamlennogo, RMS;

- вид показател: стрелка, цифрова.

За измерване на мощност честота напрежение, обикновено с помощта на средствата за измерване са електромагнитни и електродинамични системи и електростатични волтметри.

Повечето волтметри електромагнитни системи се използват при честоти от 45 Hz и 55 Hz. Повишена честота се увеличава значително в резултат на грешка на инструмента, така че горната граница на честотата по принцип не се прегледате гънки 3000 Hz. "типични" клас на точност електромагнитни устройства 1.0. 1.5. 2.5. Електродинамични волтметри имат приблизително същото-ти честотен диапазон, но по-висок клас на точност, най-точна - 0,1.

Предимствата на тези системи са волтметри възможност за не-посредствен използване в AC вериги, простота конструктивно-ТА, ниска цена, надеждност в експлоатация и устойчивост на скорост отново огън. Общи недостатъци включват ниска чувствителност по отношение на консумацията на големи telno мощност на измервателната верига, неравномерно-ност скала.

Електростатични Волтметри обикновено се използват за измерване на високо напрежение - до 100 кВ; тези волтметри произвеждат клас 1.0 с честотен диапазон от 45 Hz до 0,25 MHz. например, волтметър M110.

При използване на метода на директно волтметър оценка се превръща в под-част, успоредна на електрическа верига на която ryaetsya-измеримо напрежение. Очевидно е, че за да се намали методологическа грешка напрежение консумацията на измерване на енергия трябва да бъде волтметър minimality Е, и неговото входно съпротивление - максимум (RPR → ∞). В тази връзка, измерванията в радио верига е за предпочитане, използвани, наличието на електронни волтметри.

Електронни Волтметри са множество електрон-интерфейс конвертор и електромеханична или цифров м-ТА единица. Те са най-вече се строи в съответствие с двете схеми структури-ционни (вж. Фиг. 3).

Съгласно първата схема за усилване на сигнала се извършва в честотния обхват на сигнала, усиленият сигнал е отстранен и се измерва (вж. Фиг. 3a). Съгласно втори откриване верига се извършва първата (изправяне) на изпитваното сигнал, след това полученото напрежение амплификация се извършва с помощта на силата на сигнално DC и измерване му (вж. Фиг. 3b).

Фиг. 3. Блок схема на електронни волтметри

Волтметри първата група са силно чувствителни Стю, но сравнително тесен диапазон на работните честоти на сложността на изграждане на широколентови усилватели. Известни волтметри, вграден ШИРОК структурна схема на първия, с работна честота диапазон от 2 Hz до 100 MHz. За втората група от характерните волтметри широк диапазон работна честота 20 Hz до 1000 MHz, но недостатъчно висока чувствителност-ност.

Усилвателят (предавател) е основен елемент на текущия-метър, до голяма степен определя метрологичните си характер пръчки. Изходното напрежение на преобразувателя може да бъде пропорционална на амплитудата на Ним, srednevypryamlennomu или текущата стойност на входното напрежение. Тази зависимост, разбира се, определя кой тип параметър измерва с волтметър.

Волтметри средни изградени основно от първата схема - променливо напрежение преобразуване с постоянна по-медии към него стойност. Тези волтметри се използват за измерване на средния или ефективната стойност на синусоидално напрежение.

Средните стойности простите волтметри са Волтметри токоизправител Най базирани на половин вълна или пълен вълна конвертори ценности srednevypryamlen-ционни. В повечето случаи, волтметър е калибриран в настоящите стойности на измереното напрежение, което води до присъствието на допълнителна грешка се дължи на отклонение на формата на измереното напрежение от синусоидална. При измерване nonsinusoidal сигнал към показанията волтметър трябва да се коригира и определя по формулата RMS nonsinusoidal напрежение:

където: Uns - средноквадратична стойност на несинусоидални напрежение;

kfns - коефициент на не-синусоидална форма на сигнала;

KFS - коефициент синусоидална форма на вълната.

Така сигналите с известна стойност на коефициента на формата показания на корекция волтметър трябва да се извърши. Фигура 4 показва относителната грешка на инструмента се дължи на влиянието на не-синусоидална форма на вълната (зависимостта на грешка, причинена от втора хармонична сигнал е показана чрез тънка линия, третата хармонична - удебелена линия); Графиката показва, че дори и хармоници имат бо Proc въздействие Необходимост за точност на измерване.

Основните звена на волтметри амплитуда стойности (пиковите волтметрите) са: входно устройство, инвертор AC напрежение в постоянно напрежение от максималната стойност, мощността DC и DC напрежение метър (виж фигура 5 ..).

Фиг. 4. Грешка при измерване на напрежение

величината на хармоници на сигнала

Поради простотата на верига решения конвертори амплитудни стойности - пикови детектори, се използва широко в практиката. Принципът на работа на детектора амплитуда се основава на бърз заряд откриване на кондензатор през диод към стойността на амплитудата на измереното напрежение и бавно разтоварване товарен резистор. Поради различията на времето за зареждане и разреждане на кондензатор постоянно се появява компонент. Колкото повече време за зареждане на съотношението на разреждане кондензатор време, така че очевидно е по-кондензатор напрежение подходи пиковата стойност на напрежението на изпитване. В зависимост от това какъв вид стрес, в резултат на измерва се разграничат два вида преобразуватели. Ако се измери напрежението в кондензатор, това е - конвертор амплитудни стойности на отворена врата. Това име е дадено, защото изходната верига се провежда постоянен компонент на входното напрежение. Ако изходното напрежение е взета от диода без DC компонент - конвертор с амплитуда стойности на затворения вход.

Фиг. 5. Блок схема на връх волтметър

Шофиране и времето диаграми на сигналите на детектора на амплитуда с отворен вход са показани на Фигура 6. На входа на инвертора от източник с вътрешно съпротивление Рист получава напрежение U (т) = Um грях # 969; т. В стационарно състояние, когато ф (т)> UC. Diode отвори. кондензатор С се зарежда с времева константа # 964; заряд = (Рист + Rd) · RC / (Рист + Rd + R). poskolkupo AC прекратяване резистор R е активиран последователно включен паралелни резистори Рист и директен съпротивление Rd диоди.

Фиг. 6. детектор връх с отворен вход

Ако параметрите на верига се избират така, че R >> (Рист + Rd). на # 964; заряд ≈ (Рист + Rd) · С Обвинението на кондензатора продължава до момента, докато диода е затворен. В затворено диод кондензатор се изхвърля през резистор R с постоянна време освобождаване # 964; време = R · С Тъй като R >> (Рист + Rd). освобождаване от отговорност е много по-бавно и по време на отрицателно половин цикъл на кондензатор не разполага с време, за да се освободи значително. В резултат на това средната стойност на кондензатор напрежение е близо до пиковата стойност на измереното напрежение.

Възможност за увеличаване на стойността на R са ограничени входно съпротивление DC усилвател след детектора; значителна грешка на измерване може да причини вътрешното съпротивление на измервателния източник на напрежение Рист на.

Фигура 7 показва детектор верига със затворен вход. Веригата е диод ограничител големи сигнали.

Фиг. 7. схема на детектор със затворена вход

По време на положителен половин цикъл на диод на входното напрежение се отваря и на кондензатора С се зарежда с постоянна време # 964; заряд = (Рист + Rd || R) · С или защото R >> Rd. # 964; заряд ≈ (Рист + Rd) · С константно време # 964; такса е доста малък и кондензатор се зарежда почти до стойността Um. Веднага след като кондензатор напрежение става по-голямо от входното напрежение, диод е затворен. Ако пренебрегнем значителна съпротива обратен диод, можем да запишем, че изхвърлянето на кондензатор се случва с постоянно време # 964; време ≈ (Рист + R) · С По този начин, както в предишния верига при избора на достатъчно голям кондензатор R. няма време да изпълнява по същество. В резултат, средната стойност на UC напрежение в кондензатор е в близост до максималната стойност на измереното напрежение. Напрежение на Вин е по-малко различни от тези, Um. толкова по-голяма съотношение R / Rd. и съответната грешка не зависи от вътрешното съпротивление на източника на измерване на напрежение Рист. Имайте предвид, че изходното напрежение на детектора е напрежението UR ≈u (т) -uC. По този начин е очевидно, изходното напрежение не съдържа DC компонент пропорционално на измереното напрежение и само стойността на амплитуда.

Електронни стойности Волтметри RMS са конструирани съгласно структурна схема е показана на Фигура 3а. Една от основните звена на устройствата е предавател - детектор, променливо напрежение в напрежение DC пропорционално на ефективната стойност на напрежението на входа на който и да е форма. Същността на Волтметри този тип е, че, когато е изложена на входното напрежение към детектора с квадратно характеристика превръщане в своята верига се образува сложно форма ток, средна или постоянен компонент е пропорционална на ефективната стойност на измереното напрежение, независимо от формата на това напрежение, т.е. аз = # 945; · ф 2 (т).

Като такива датчици могат да се използват електронни полупроводникови диоди или лампи с параболична форма първоначалната част от характеристиките на ток-напрежение. Tube квадратното детектор характеристика има няколко недостатъка, които възпрепятстват широкото му приложение. За най-важните от тях включват малка част от характеристиката с квадратно зависимост - 1-1.5 V и зависимост от характеристиките на захранващото напрежение. Тя е много по-стабилна от началната част на квадратното волт-амперна характеристика на диод на полупроводници, но този сайт все още е по-малко от секцията лампа диод, само 0,2-0,3 V.

Един начин да се получи квадратичен детектор, работещ при достатъчно измерени напрежения е да се използва диод верига с по части линеен сближаване на изходния ток.

Фигура 8 показва опростена схема на волтметър и квадратичен напрежение ток характеристика на своя предавател. Съставът на волтметър включва широколентов трансформатор Tr. пълен вълна токоизправител VD * елементи. диод верига на VD1 -VD5 елементи. R1-R5 и R * -R * 1 5. м и източник на стабилизирано напрежение и яде.

Фиг. 8. Блоковата схема на квадратното волтметър

ф (т), измерена на входното напрежение на трансформатора Тг; VD * използване на диоди. включени във вторичната намотка на трансформатора, тестът се извършва пълно вълна поправка напрежение. Инструменти и мерки, средната стойност на тока на диод верига. Диод верига устройство има почти параболичен напрежение характеристика. В тази връзка, средната стойност на тока на устройството е пропорционално на текущата стойност на напрежението на изпитване.

низ диод работи по следния начин. Напрежение разделители R1-R5 и R * -R * 5 1 свързан към общата напрежение стабилизиран източник. Съотношението на резистори делител са избрани така, че U1

Точност на устройства за преобразуване зависи главно от характеристики нестабилност напрежение на диоди и съпротивления разделителните резистори и е обикновено 3% -5%. Честотният диапазон на търговски достъпни волтметри този тип е 30 Hz -1 MHz.