Za mjerenje naizmjeničnog napona koriste se analogni elektromehanički uređaji (elektromagnetski, elektrodinamički, rijetko induktivni), analogni elektronski uređaji (uključujući ispravljačke sisteme) i digitalna brojila. Kompenzatori, osciloskopi, snimači i virtuelni instrumenti se takođe mogu koristiti za merenja.
Prilikom mjerenja naizmjeničnog napona treba razlikovati trenutne, amplitudne, prosječne i efektivne vrijednosti željenog napona.
Sinusoidni naizmjenični napon može se predstaviti sljedećim odnosima:
Gdje u(t)- trenutna vrijednost napona, V; um- amplitudna vrijednost napona, V; (U - prosječna vrijednost napona, V T - period
(T = 1//) željenog sinusoidnog napona, s; U- efektivna vrijednost napona, V.
Trenutna vrijednost naizmjenične struje može se prikazati na elektronskom osciloskopu ili pomoću analognog snimača (rekordera).
Prosječne, vršne i efektivne vrijednosti naizmjeničnog napona mjere se pokazivačem ili digitalnim uređajima za direktnu procjenu ili kompenzatorima naizmjeničnog napona. Instrumenti za mjerenje prosječnih i amplitudnih vrijednosti koriste se relativno rijetko. Većina uređaja je kalibrirana u efektivnim vrijednostima napona. Iz tih razloga, kvantitativne vrijednosti napona date u udžbeniku date su po pravilu u efektivnim vrijednostima (vidi izraz (23.25)).
Prilikom mjerenja promjenjivih veličina od velike je važnosti oblik željenih napona, koji mogu biti sinusoidalni, pravougaoni, trouglasti itd. U pasošima instrumenta uvijek se navodi koje napone je uređaj dizajniran za mjerenje (na primjer, za mjerenje sinusoidnih napona ili pravokutnog) . U tom slučaju uvijek je naznačeno koji se parametar naizmjeničnog napona mjeri (vršna vrijednost, srednja vrijednost ili efektivna vrijednost izmjerenog napona). Kao što je već napomenuto, uglavnom se kalibracija instrumenata koristi u efektivnim vrijednostima željenih naizmjeničnih napona. Zbog toga su svi dalje razmatrani naizmjenični naponi dati u efektivnim vrijednostima.
Za proširenje granica mjerenja voltmetara naizmjeničnih napona koriste se dodatni otpori, instrumentni transformatori i dodatni kapaciteti (sa uređajima elektrostatičkog sistema).
Upotreba dodatnih otpora za proširenje granica mjerenja već je razmatrana u pododjeljku 23.2 u vezi sa DC voltmetrima i stoga se ne razmatra u ovom pododjeljku. Naponski i strujni mjerni transformatori također nisu uzeti u obzir. Podaci o transformatorima su dati u literaturi.
Uz detaljnije razmatranje upotrebe dodatnih kapacitivnosti za proširenje mjernih granica elektrostatistike voltmetara, može se koristiti jedna dodatna kapacitivnost (slika 23.3, A) ili se mogu koristiti dva dodatna kontejnera (slika 23.3, b).
Za kolo sa jednim dodatnim kapacitetom (slika 23.3, A) izmjereni napon U raspoređenih između kapacitivnosti voltmetra C y a dodatni kapacitet C je obrnuto proporcionalan vrijednostima C y i c
S obzirom na to U c \u003d U-Uy, može se napisati
Rice. 23.3. Šema proširenja granica mjerenja elektrostatike
voltmetri:
A- kolo sa jednim dodatnim kapacitetom; b- šema sa dva dodatna kapaciteta; U- izmjereni naizmjenični napon (efektivna vrijednost); C, C, C 2 - dodatni kontejneri; Životopis - kapacitivnost korišćenog elektrostatičkog voltmetra V; Uc- pad napona na dodatnom kapacitetu C; UV- očitavanje elektrostatičkog voltmetra
Rješavanje jednadžbe (23.27) s obzirom na u, dobijamo:
Iz izraza (23.28) proizilazi da je izmjereni napon veći U u poređenju sa maksimalno dozvoljenim naponom za dati elektrostatički mehanizam, kapacitivnost bi trebala biti manja WITH u poređenju sa kapacitetom Od u.
Treba napomenuti da formula (23.28) vrijedi samo uz idealnu izolaciju kondenzatora koji formiraju kapacitete WITH I Životopis . Ako dielektrik koji izolira ploče kondenzatora jednu od druge ima gubitke, tada nastaju dodatne greške. Osim toga, kapacitivnost voltmetra C y zavisi od izmerenog napona u, od od U očitanja voltmetra i, shodno tome, relativni položaj pokretnih i fiksnih ploča koje čine elektrostatički mjerni mehanizam ovise. Posljednja okolnost dovodi do pojave još jedne dodatne greške.
Najbolji rezultati se postižu ako se umjesto jedne dodatne kapacitivnosti koriste dvije dodatne kapacitivnosti C (i C 2, koje formiraju djelitelj napona (vidi sliku 23.3, b).
Za kolo sa dva dodatna kapaciteta vrijedi sljedeća relacija:
Gdje U a - pad napona na kapacitivnosti C y
S obzirom na to 
može se napisati
Rješavanje jednadžbe (23.30) s obzirom na u, dobijamo:
Iz izraza (23.31) možemo zaključiti da ako je kapacitet kondenzatora C 2, na koji je priključen voltmetar, značajno veći od kapacitivnosti samog voltmetra, tada je raspodjela napona praktično nezavisna od očitavanja voltmetra. Osim toga, na C 2 » C y promjena otpora izolacije kondenzatora C, i C 2 i frekvencije
Tabela 23.3
Granice i greške mjerenja naizmjeničnih napona
izmereni napon takođe ima mali uticaj na očitavanja uređaja. Odnosno, kada se koriste dva dodatna rezervoara, dodatne greške u rezultatima mjerenja se značajno smanjuju.
Granice mjerenja naizmjeničnih napona uređajima različitih tipova i najmanje greške ovih uređaja date su u tabeli. 23.3.
Kao primjer, Dodatak 5 (Tabela A.5.1) daje tehničke karakteristike univerzalnih voltmetara koji omogućavaju mjerenje, između ostalog, naizmjeničnih napona.
U zaključku treba napomenuti sljedeće.
Greške u merenju struja (DC i AC) sa instrumentima istog tipa i pod jednakim uslovima su uvek veće od grešaka u merenju napona (i jednosmerne i naizmenične). Greške u merenju naizmeničnih struja i napona instrumentima istog tipa i pod jednakim uslovima su uvek veće od grešaka pri merenju jednosmernih struja i napona.
Detaljnije informacije o postavljenim pitanjima možete pronaći u.
Teško da bi bilo preterano reći da svaki radio-amater ima tester porodice M-83x. Jednostavno, pristupačno, jeftino. Sasvim dovoljno za električara.
Ali za radio amatera, on ima nedostatak u mjerenju naizmjeničnog napona. Prvo, niska osjetljivost, a drugo, dizajniran je za mjerenje napona frekvencije od 50 Hz. Često početnik amater nema druge uređaje, ali želim izmjeriti, na primjer, napon na izlazu pojačala snage i procijeniti njegov frekvencijski odziv. Može li se to učiniti?
Na internetu svi ponavljaju istu stvar - "ne više od 400 Hz". je li tako? Hajde da pogledamo.
Za provjeru, sklopljena je instalacija od testera M-832, generatora zvuka GZ-102 i
cevni voltmetar V3-38.
Sudeći prema dostupnim podacima, brojni uređaji porodice M-83x ili D-83x sastavljeni su gotovo po istoj shemi, tako da postoji velika vjerovatnoća da će rezultati mjerenja biti bliski. Osim toga, u ovom slučaju me malo zanimala apsolutna greška ovog testera, zanimala su me samo njegova očitanja ovisno o frekvenciji signala.
Nivo je odabran oko 8 volti. Ovo je blizu maksimalnog izlaznog napona generatora GZ-102 i blizu napona na izlazu srednje snage UMZCH.
Bilo bi bolje napraviti još jednu seriju mjerenja sa moćnim ULF-om napunjenim na pojačivaču transformatora, ali ne mislim da će se rezultati dramatično promijeniti.
Za praktičnost procjene frekvencijskog odziva u dB, odabran je nivo od 0 dB na granici od 10 V voltmetra V3-38. Kada se frekvencija signala promijenila, nivo je malo prilagođen, ali promjene nisu prelazile djeliće dB, mogu se zanemariti.
rezultate
U gornjoj tabeli TO- koeficijent kojim je potrebno pomnožiti rezultat mjerenja testera na datoj frekvenciji, uzimajući u obzir pad frekvencijskog odziva.
Da bi se dobili tabelarni rezultati u dB, dobijeni nivo napona za svaku frekvenciju je postavljen na izlazu generatora, a razlika u dB je očitana i uneta u tabelu. Neke nepreciznosti zbog 0,5 dB zaokruživanja očitavanja voltmetra cijevi i zaokruživanja posljednje cifre očitanja testera. Mislim da je u ovom slučaju sasvim prihvatljiva sistematska greška od 1 dB, jer je sluhom neprimjetna.
Zaključak
Šta se desilo?Frekvencijski odziv testera je ispravan ne do 400 Hz, već do 4 ... 6 kHz, pad počinje iznad, što se može uzeti u obzir pomoću tabele i, stoga, dobiti relativno pouzdane rezultate u rasponu od 20 ... 20000 Hz i više.
Da biste potvrdili da su izmjene prikladne za sve testere, potrebno je prikupiti statistiku. Nažalost, nemam torbu testera.
Ne zaboravite da tester mjeri izmjenični napon prema shemi poluvalnog ispravljača sa svojim nedostacima, kao što je mogućnost mjerenja samo sinusoidnog napona bez konstantne komponente, s malim izmjerenim naponom, greška će se povećati.
Kako se može poboljšati tester M-832 za mjerenje naizmjeničnih napona?
Mogu se dodati opcioni granični prekidač od 200-20V i još jedan šant otpornik. Ali to zahtijeva rastavljanje i doradu testera, morate razumjeti sklop i imati uređaj za kalibraciju. Mislim da je to neprikladno.Bolje napravite poseban prefiks koji pojačava i ispravlja napon. Ispravljeni napon dovedite na tester, koji je uključen za mjerenje istosmjernog napona.
Ali ovo je tema za drugi članak.
Izmjenični napon se podrazumijeva kao napon koji se periodično mijenja, njegovi glavni parametri su period (ili frekvencija kao recipročna vrijednost perioda), amplituda U m i trenutnu vrijednost signala U(t).
Pored amplitude i trenutnih vrijednosti periodičnog signala, često se koriste sljedeće:
1. Prosječna vrijednost (7.1)
2. Prosječna ispravljena vrijednost 
(7.2)
3. Stvarna vrijednost 
(7.3)
Poznavajući oblik signala, moguće je izračunati odnos između amplitude, efektivne i prosječne ispravljene vrijednosti:
je faktor oblika;
je faktor vrha.
Tabela 7.1
Kombinovani voltmetri prikazuju efektivnu vrijednost izmjerene vrijednosti. Prijelaz sa trenutne vrijednosti na trenutnu vrijednost može se provesti na tri načina: određivanjem prosječne ispravljene vrijednosti i množenjem sa faktorom oblika; određivanje vrijednosti amplitude i dijeljenje sa vrh faktorom; izračunavanje efektivne vrijednosti prema formuli (7.2). U skladu s tim, postoje tri tipa ulaznih detektora AC instrumenta: ispravljeni prosjek, vršna vrijednost, r.m.s. vrijednost.
Najčešće se u praksi koriste sinusoidni signali, pa se u uređajima sa detektorima prosječne ispravljene vrijednosti i vrijednosti amplitude, respektivno, vrši množenje i dijeljenje faktorima oblika i amplitude za sinusni signal. Dakle, prilikom mjerenja signala drugačijeg oblika od sinusoidnog, doći će do metodološke greške.
2. Princip rada voltmetara sa detektorom
prosječna ispravljena vrijednost
Izmjenični napon se može mjeriti voltmetrima elektromagnetnih, elektro- i ferodinamičkih ili elektrostatičkih sistema. Ali u mjernoj praksi najviše se koriste voltmetri koji imaju mjerni mehanizam magnetoelektričnog sistema i pretvarač izmjerenog parametra izmjeničnog napona u jednosmjernu struju. Mjerni mehanizmi magnetoelektričnog sistema odgovaraju na prosječnu vrijednost struje koja teče kroz petlju. Stoga, ako se struja sa nultom prosječnom vrijednošću prođe kroz petlju (na primjer, sinusoida, kvadratni val, itd.), tada pokretni sistem neće odstupiti. Za mjerenje naizmjeničnih struja i napona, signal se prvo mora pretvoriti u jednosmjernu struju ili napon. Date su glavne vrste takvih pretvarača.
Rice. 7.1. Ispravljački voltmetri
U ispravljačkim voltmetrima se obično koriste jedno ili dva polutalasna ispravljačka kola (vidi sliku 7.1).
Nedostatak najjednostavnijeg kola (slika 7.1a) je niska osjetljivost, veliki reverzni napon primijenjen na diodu i, osim toga, asimetrija opterećenja za izvor signala u različitim poluvalovima signala. Na dijagramu na sl. 7.1b, koriste se dvije diode, što vam omogućava izjednačavanje ( R=R p) poluvalne struje i štite diodu D1 od kvara. Često se koriste punovalni ispravljački krugovi (slika 7.1c).
U svim ovim kolima mjerni mehanizam reagira na umjereno ispravljenu struju, tj. otklon pokazivača je proporcionalan prosječnom ispravljenom naponu U sv izmjerenog signala
.
U većini tehničkih aplikacija potrebno je znati efektivnu (rms) vrijednost U. Naravno, ako se meri U St, onda U može se pronaći pomoću faktora oblika. Na primjer, za sinusni signal U= 1,11× U Sv. Radi praktičnosti korištenja uređaja, ovo množenje s faktorom 1,11 provodi se tokom kalibracije:
;
;
.
Kao rezultat toga, takav je voltmetar prikladan za korištenje pri mjerenju sinusoidnih signala. Ako se faktor oblika mjerenog signala razlikuje od 1,11, dolazi do tzv. greške oblika krivulje.
(7.4)
Na primjer, za meandar ( TO f = 1,00):
,
one. metodološka greška zbog odstupanja oblika krive od sinusoide može značajno (nekoliko puta) premašiti instrumentalnu grešku, određenu klasom tačnosti instrumenta. Ako je poznat faktor oblika izmjerenog signala, tada se može izračunati izmjerena efektivna vrijednost U x prema formuli
(7.5)
Gdje U n je očitavanje voltmetra sistema ispravljača.
Dakle, prilikom mjerenja naizmjeničnog napona ispravljačkim voltmetrom treba uzeti u obzir dvije metodološke greške (zbog ulaznog otpora i zbog oblika krive) i instrumentalnu grešku samog voltmetra.
3. Princip rada voltmetara sa detektorom
amplitudna vrijednost
Strujno-naponske karakteristike stvarnih dioda imaju nultu zonu (nema struje u smjeru naprijed) do 0,3-0,7 V. Stoga se ispravljački voltmetri ne mogu koristiti za mjerenje niskih napona. Potrebno je prethodno pojačati ulazni signal, koji se izvodi u elektronskim voltmetrima. Na sl. 7.2 prikazana su kola elektronskih voltmetara sa linearnim detektorima na operacionim pojačavačima.
a b
Rice. 7.2. Šeme elektronskih voltmetara.
Prilikom mjerenja visokofrekventnih napona često se koriste elektronski voltmetri sa detektorima amplitude. Na sl. 7.3 prikazuje dijagram voltmetra koji se sastoji od:
Mjerni mehanizam magnetoelektričnog sistema (MI);
DC pojačalo (UPT);
Razdjelnici u ulaznim krugovima;
Sonda, koja je detektor amplitude sa zatvorenim ulazom.
Njegov izlazni signal je određen amplitudom varijabilne komponente ulaznog signala.
U kombinovanim voltmetrima, skala je stepenovana tako da se odmah odredi srednja kvadratna (rms) vrednost.
; 
; 
,
Gdje K UPT- koeficijent u zavisnosti od karakteristika DC pojačivača.
Rice. 7.3. Funkcionalni dijagram voltmetra V7-15
Kombinirani elektronski voltmetri su kalibrirani za sinusni ulazni signal
Ako se faktor vrha razlikuje od K A\u003d 1.41, tada se javlja metodološka greška:
Na primjer, ako je ulazni signal kvadratni val ( K A=1,00), onda je relativna metodološka greška:
Znak minus označava da je očitavanje voltmetra manje od efektivne vrijednosti ulaznog signala. Ako je pip faktor ulaznog signala poznat, tada je efektivna vrijednost:
Gdje U n je očitavanje elektronskog voltmetra.
Samo ako se gradacija skale poklapa sa tipom detektora, uređaji pokazuju parametar signala za koji je izvršena kalibracija skale.
S obzirom na veliki ulazni aktivni otpor elektronskih voltmetara na industrijskim frekvencijama (do 1 kHz), često je moguće zanemariti metodološku grešku zbog potrošnje energije iz ulaznog signala, a greška mjerenja ukupnog napona ima dvije komponente: metodološku grešku. oblika krivulje i instrumentalne greške samog elektronskog voltmetra.
Karakteristična karakteristika vakuum dioda, koja se često koristi u amplitudnim detektorima elektronskih voltmetara (vidi sliku 7.3), je odsustvo nulte zone, pa čak i prisustvo male struje kroz diodu sa nultim ulaznim signalom. Nestabilnost ove struje nulte diode zahtijeva dodatnu operaciju „namještanja nule naizmjeničnog napona” prije mjerenja elektronskim voltmetrom, pri čemu se podešava vrijednost posebnog kompenzacijskog signala. Dakle, pri mjerenju AC napona elektronskim voltmetrom potrebno je izvršiti dva podešavanja: balansiranje UPT-a i kompenzaciju nulte struje vakuum diode.
Moderni elektronski i digitalni voltmetri obično se grade prema shemi širokopojasnog pojačala - prosječnog pretvarača ispravljene vrijednosti - mjernog mehanizma. Osim toga, kao poseban konstruktivni element nalazi se detektor amplitude sa zatvorenim ulazom (sonda). Sonda je povezana u slučaju mjerenja visokofrekventnih signala na ulaz voltmetra, koji u ovom slučaju radi u načinu mjerenja jednosmjernog napona koji dolazi sa izlaza sonde. Da biste sačuvali gradaciju skale u sondi, predviđen je razdjelnik ( TO=1) tako da je izlaz sonde jednak r.m.s. vrijednosti pri sinusoidalnom izmjerenom naponu.
Digitalni voltmetri takođe pružaju dvije opcije za mjerenje naizmjeničnog napona: pri povezivanju signala na terminale koristi se linearni detektor (vidi sliku 7.2), a na instrumente za mjerenje visokofrekventnih signala je priključena sonda (detektor amplitude). Neki voltmetri koriste kvadratne detektore, čiji je izlazni signal proporcionalan efektivnoj vrijednosti izmjerenog napona i nema greške u talasnom obliku.
Cilj rada- proučavanje metroloških karakteristika elektronskih voltmetara
Upoznajte se sa korišćenom opremom i uputstvima za njenu upotrebu. Dobijte konkretan zadatak od nastavnika da završite posao.
Odrediti osnovnu grešku elektronskog voltmetra u mjernom opsegu koji odredi nastavnik. Na jednom grafikonu konstruisati zavisnosti relativne i redukovane greške od očitavanja elektronskog voltmetra. Donesite zaključak o usklađenosti verifikovanog voltmetra sa njegovom klasom tačnosti.
Odredite amplitudno-frekvencijsku karakteristiku frekvencijskog odziva elektronskog voltmetra. Izgraditi grafikon frekvencijskog odziva i odrediti radni frekvencijski opseg voltmetra na nivou slabljenja frekventnog odziva, utvrđenog regulatornom i tehničkom dokumentacijom za verifikovani voltmetar.
Eksperimentalno procijenite frekvencijski odziv digitalnog voltmetra. Izvršiti komparativnu analizu amplitudno-frekventnih karakteristika elektronskih, digitalnih i elektromehaničkih 11 Napomena 1. Rezultati istraživanja na elektromehaničkim voltmetrima preuzeti su iz laboratorijskog rada br. 1, ako je prethodno obavljen. voltmetri. Izraditi grafove frekvencijskog odziva ispitivanih uređaja.
Koristite elektronski voltmetar za mjerenje napona različitih oblika (sinusoidnog, pravokutnog i trokutastog) sa istom amplitudom na frekvencijama koje leže u radnom frekvencijskom opsegu ovog uređaja. Objasnite i potvrdite dobijene rezultate proračunima. Donesite zaključak o utjecaju oblika izmjerenog napona na očitanja elektronskog voltmetra.
Opis i redosled rada
Korišteni aparati
Elektronski voltmetar sa analognim izlazom - GVT-417V
Univerzalni mjerni uređaj sa digitalnom indikacijom - GDM-8135
Generator harmonijskog signala - SFG-2120
Elektronski osciloskop - GOS-620
Opisi uređaja su priloženi na postolju.
Za obavljanje posla, shema prikazana na Sl. 2.1, gde je GS generator (sintisajzer) sinusoidnih, pravougaonih i trouglastih signala, CV je digitalni voltmetar, EV je elektronski voltmetar, ELO je osciloskop elektronskog snopa.
1. Glavna greška elektronskog voltmetra utvrđeno metodom poređenja, tj. upoređujući svoja očitavanja sa očitanjima uzornog, u ovom slučaju, digitalnog voltmetra, sa sinusoidnim naponom. Očitavanja primjernog voltmetra uzimaju se kao stvarne vrijednosti napona.
Verifikacija elektronskog voltmetra GVT-417B vrši se na frekvenciji od 1 kHz na skali sa gornjim granicama od 1V ili 3V, što je zbog opsega regulacije izlaznog napona generatora koji se koristi.
Verifikacija se vrši za n= (610) oznake na skali, ravnomjerno raspoređene duž skale uređaja, s glatkim povećanjem i smanjenjem njegovih očitanja
Proverljive tačke napona U n postavljen na provjerenom elektronskom voltmetru i stvarne vrijednosti napona U oh wow U O um se uklanja sa uzornog digitalnog voltmetra, odnosno kada se približava potvrđenoj oznaci U n skale sa rastućim i opadajućim očitanjima.
Rezultati mjerenja i proračuna prikazani su u obliku tabele.
Apsolutne, relativne, smanjene greške i varijacije očitavanja određuju se formulama datim u laboratorijskom radu 1 ili u; također odredite maksimalnu smanjenu grešku max = Max(| i|) i maksimalne varijacije H max = Max( H i) dobiveno kao rezultat eksperimenta.
Prema rezultatima ispitivanja i proračuna, na jednom grafikonu grade zavisnosti relativne i smanjene greške na očitanjima elektronskog voltmetra, = F (U P), = F (U P); Na grafikonu su također nacrtane linije koje definiraju granice maksimalno dozvoljene smanjene greške koje odgovaraju klasi tačnosti uređaja koji se provjerava.
Na osnovu analize podataka o osnovnoj grešci i varijaciji očitanja dolazi se do zaključka o usklađenosti navedenih karakteristika sa zahtjevima određenim klasom tačnosti uređaja koji se verifikuje.
2. Amplitudno-frekvencijska karakteristika elektronskog voltmetra definira se kao ovisnost očitavanja voltmetra o frekvenciji ulaznog sinusoidnog signala pri konstantnoj vrijednosti njegovog napona.
U praksi se široko koristi koncept radnog frekvencijskog opsega mjernog instrumenta. Pod radnim frekvencijskim opsegom voltmetra podrazumijeva se frekvencijski opseg f, za koji neujednačen frekvencijski odziv voltmetra ne prelazi neku unaprijed određenu dopuštenu vrijednost. Dakle, za elektronski voltmetar GVT-417B unutar radnog opsega, ne više od 10 posto promjene očitavanja uređaja od očitavanja na frekvenciji f 0 = 1kHz.
Ekstremne vrijednosti frekventnog opsega koji zadovoljavaju navedeni zahtjev nazivaju se nižim f H i vrh f U graničnim frekvencijama radnog pojasa elektronskog voltmetra.
Određivanje frekvencijskog odziva se također vrši prema shemi prikazanoj na sl. 2.1. Kao izvor signala koristi se generator SFG-2120, koji daje konstantnu amplitudu izlaznog signala kada se frekvencija mijenja u svom radnom opsegu.
Preliminarno je frekvencija podešena na HS generatoru f 0 = 1 kHz sa sinusoidnim talasnim oblikom. Koristeći regulator izlaznog napona GS generatora, podesite očitavanje elektronskog voltmetra na skali u opsegu (0,7-0,9) od gornje granice mjerenja i zabilježite podešenu vrijednost napona U P ( f 0 \u003d 1kHz) = ... .
U budućnosti, pri određivanju frekvencijskog odziva, mijenja se samo frekvencija generatora HS signala, a napon koji se uklanja iz generatora se ne mijenja.
Osciloskop katodnog snopa koristi se za kontrolu nivoa signala i njegovog oblika. Na ekranu osciloskopa, izborom koeficijenata (VOLTS / DIV) devijacije i koeficijenata (TIME / DIV) sweep-a, dobija se oscilogram pogodan za posmatranja i merenja - slika nekoliko perioda sinusoida sa dovoljno velika amplituda; amplituda pisanja l A (ili l 2A - dvostruka amplituda) slike signala za naknadnu kontrolu nivoa signala.
Pogodno je odrediti frekvencijski odziv odvojeno za visoke i niske frekvencije.
U visokofrekventnom području, frekvencijski odziv počinje da se uklanja u koracima od 100 kHz: 1 kHz (početna frekvencija), 100 kHz, 200 kHz, ... sve dok frekvencija na kojoj očitanja elektronskog voltmetra ne padnu na vrijednost reda veličine 0,8-0,9 od prvobitno postavljenog očitanja U P ( f 0 = 1kHz). Za preciziranje gornje frekvencije f u radnom frekvencijskom opsegu f elektronskim voltmetrom u području od 10 posto pada frekvencijskog odziva, potrebno je dodatno uzeti nekoliko tačaka frekvencijskog odziva sa manjim korakom promjene frekvencije ulaznog signala.
U procesu testiranja, konstantan nivo izlaznog signala GS kontroliše se elektronskim osciloskopom.
Zapišite rezultate testova i proračuna u tabelu:
Za EV f B = ... za CV f B = ...
Gdje U P ( f) - očitanja voltmetra na frekvenciji f; K(f) = U P ( f) /U P ( f o \u003d 1 kHz) - frekvencijski odziv voltmetra, predstavljen u relativnim jedinicama za odgovarajuće frekvencije, f c - gornja granična frekvencija radnog pojasa voltmetra, pronađena u eksperimentu.
Prilikom obavljanja zadatka na sličan način na istim frekvencijama, procjenjuje se frekvencijski odziv digitalnog voltmetra. Rezultati ispitivanja se unose u istu tabelu. Budući da je u ovom radu potrebno uporediti radne frekvencijske opsege elektronskih i digitalnih voltmetara u kvalitativnom smislu, nije potrebno precizirati frekvencijski odziv digitalnog voltmetra na dodatnim frekvencijskim tačkama. U ovom slučaju, vrijednosti graničnih frekvencija digitalnog voltmetra će se odrediti s manjom preciznošću.
Niža granična frekvencija f n radna traka f za elektronske AC voltmetre, obično je u opsegu jedinica i prvih desetina Hz. Stoga, postupak za određivanje frekvencijskog odziva u niskofrekventnom području može biti sljedeći: prvo smanjite frekvenciju od prvobitne f 0 = 1000Hz nakon 200Hz, a zatim od 50Hz - nakon 10Hz. Ako je potrebno, navedite nižu frekvenciju f n radnog pojasa, na kojem frekvencijski odziv pada na nivo od 0,9 od njegove vrijednosti na f 0 =1000Hz, uklanjajući dodatne tačke sa korakom od 1Hz.
Procjena frekvencijskog odziva digitalnog voltmetra vrši se na istim frekvencijama.
Rezultati testova i proračuna predstavljeni su u obliku tabele:
Za EV f n \u003d ... Hz, za CV f n \u003d ... Hz.
Na osnovu rezultata istraživanja urađeni su grafovi frekvencijskog odziva za gornje i donje frekvencije. Pogodno je graditi grafikone duž ose frekvencije na logaritamskoj skali.
3. Određivanje uticaja oblika ulaznog signala na očitavanja AC voltmetara.
U elektronskim AC voltmetrima koriste se AC-to-DC pretvarači, kao što je, na primjer, prikazano na sl. 2.2, gdje: u u ( t) - ulazni napon, V - AC pojačalo, IM - magnetoelektrični mjerni mehanizam, - ugao devijacije mjernog mehanizma.
Koriste se pretvarači amplitude, prosječne ispravljene ili efektivne vrijednosti izmjeničnog napona u direktan. Istovremeno, svi elektronski AC voltmetri, bez obzira na tip pretvarača, kalibrirani su u RMS vrijednosti sinusoidnog napona. To može dovesti do dodatnih grešaka pri mjerenju nesinusoidnih napona.
Elektronski voltmetar GVT-417B ima pretvarač srednje ispravljene vrijednosti. Za takve voltmetre, ugao odstupanja pokazivača je proporcionalan prosečnoj ispravljenoj vrednosti U cf ulazni napon
gdje: k V- faktor konverzije voltmetra, u u ( t) - ulazni naizmjenični napon s tačkom T.
Indikacije U n voltmetar je kalibriran u radu U vrijednosti sinusnog napona
gdje: k F = U/U SR - faktor oblika napona, za sinusni napon k F = 1,11. Stoga, za drugi oblik napona ( k F? 1.11), očitanja voltmetra mogu se značajno razlikovati od njegove efektivne vrijednosti, što dovodi do dodatne greške u rezultatu mjerenja.
U takvim slučajevima, željeni naponi sa poznatim valnim oblikom mogu se pronaći proračunom.
Na osnovu principa rada voltmetra i prihvaćene kalibracije moguće je, prema očitanjima U P uređaja za određivanje prosječne ispravljene vrijednosti bilo kojeg (unutar frekventnog odziva voltmetra) izmjerenog napona
U SR = U P /1.11.
efektivna vrijednost U nesinusoidni napon se može odrediti samo ako je koeficijent poznat k F talasni napon, k F = U/U SR (ili je poznat talasni oblik iz kojeg se ovaj koeficijent može odrediti)
U= k F U SR.
Numeričke vrijednosti faktora oblika za neke signale prikazane su u tabeli.
Za eksperimentalnu procjenu utjecaja oblika napona na očitavanja elektronskog voltmetra, signali sinusoidnog, pravokutnog i trokutastog oblika se sukcesivno mjere pri istoj amplitudi.
Preliminarno, na sinusoidnom signalu, očitanja voltmetara se postavljaju u rasponu od 0,5 - 0,6 od gornje granice mjerenja odabrane skale na nominalnoj frekvenciji f n =1 kHz, a zatim istom amplitudom ulaznih signala mjere voltmetrom napon za druge oblike signala. Talasni oblici (sinusoidni, trokutasti, pravougaoni) se postavljaju pritiskom na „ talas” na generatoru.
Prema indikacijama U P voltmetar određuje prosjek U SR i struja U vrijednosti napona za sve valne oblike.
Za procjenu utjecaja oblika napona na očitavanja elektronskog voltmetra sa srednje ispravljenim pretvaračem napona, utvrđuje se dodatna relativna greška (u procentima)
100(U P - U)/U.
Rezultati mjerenja i proračuna evidentirani su u tabeli.
Treba napomenuti da će dodatna greška ući u rezultat mjerenja ako se efektivne vrijednosti nesinusnih napona određuju direktno iz očitavanja voltmetra bez uzimanja u obzir oblika signala i provođenja odgovarajućih proračuna.
Na osnovu rezultata istraživanja izvući zaključak o uticaju oblika naponske krive na rezultate njenog merenja elektronskim voltmetrom.
Književnost
Metrologija, standardizacija i sertifikacija: udžbenik za studente. viši udžbenik institucije / [B.Ya.Avdeev, V.V.Alekseev, E.M.Antonyuk i drugi]; pod uredništvom V. V. Aleksejeva. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2007. str. 136-140.
U radioamaterskoj praksi ovo je najčešći tip mjerenja. Na primjer, prilikom popravka TV-a, naponi se mjere na karakterističnim točkama uređaja, odnosno na terminalima tranzistora i mikro krugova. Ako je pri ruci dijagram strujnog kola, a na njemu su naznačeni načini rada tranzistora i mikro krugova, tada iskusnom majstoru neće biti teško pronaći kvar.
Prilikom postavljanja konstrukcija koje sami sastavljaju, nemoguće je bez mjerenja napona. Jedina iznimka su klasične sheme, o kojima pišu otprilike ovako: "Ako je dizajn sastavljen od dijelova koji se mogu servisirati, onda nije potrebno podešavanje, odmah će raditi."
U pravilu, to su, na primjer, klasična elektronska kola. Isti pristup se može postići čak i za pojačalo audio frekvencije ako je sastavljeno na specijaliziranom mikrokrugu. Kao dobar primjer, TDA 7294 i mnogi drugi čipovi ove serije. Ali kvalitet "integrisanih" pojačala je nizak, a pravi poznavaoci grade svoja pojačala na diskretnim tranzistorima, a ponekad i na vakuumskim cijevima. A ovdje je jednostavno nemoguće bez uspostavljanja i povezanih mjerenja napona.
Kako i šta mjeriti
Prikazano na slici 1.
Slika 1.
Možda će neko reći, kažu, šta se tu može izmjeriti? I koja je svrha sklapanja takvog lanca? Da, vjerovatno je teško naći praktičnu primjenu za takvu šemu. I u obrazovne svrhe, sasvim je prikladan.
Prije svega, obratite pažnju na to kako je voltmetar povezan. Budući da slika prikazuje jednosmjerni krug, voltmetar je također povezan u skladu s polaritetom naznačenim na uređaju u obliku znakova plus i minus. U osnovi, ova primjedba vrijedi za pokazivački uređaj: ako se ne poštuje polaritet, pokazivač će odstupiti u suprotnom smjeru, prema nultom dijelu skale. Tako da će to biti neka negativna nula.
Digitalni instrumenti, multimetri, su u tom pogledu demokratičniji. Čak i ako je spojen obrnutim polaritetom, napon će se i dalje mjeriti, samo će se znak minus pojaviti na skali ispred rezultata.
Još jedna stvar na koju treba obratiti pažnju prilikom mjerenja napona je mjerni opseg uređaja. Ako je očekivani napon u rasponu, na primjer, 10 ... 200 milivolti, tada skala instrumenta od 200 milivolti odgovara ovom rasponu, a mjerenje spomenutog napona na skali od 1000 volti vjerojatno neće dati razumljiv rezultat.
Također biste trebali odabrati opseg mjerenja u drugim slučajevima. Za izmjereni napon od 100 volti, raspon od 200V pa čak i 1000V je sasvim prikladan. Rezultat će biti isti. Ovo je otprilike .
Ako se mjerenja vrše sa dobrim starim pokazivačem, onda za mjerenje napona od 100V treba odabrati opseg mjerenja kada su očitanja na sredini skale, što omogućava preciznije očitavanje.
I još jedna klasična preporuka za korištenje voltmetra, a to je: ako je vrijednost izmjerenog napona nepoznata, mjerenja treba započeti postavljanjem voltmetra na najveći raspon. Uostalom, ako je izmjereni napon 1V, a raspon 1000V, najveća opasnost je u netačnim očitanjima instrumenta. Ako se ispostavi obrnuto - raspon mjerenja je 1V, a izmjereni napon je 1000, kupovina novog uređaja jednostavno se ne može izbjeći.
Šta će pokazati voltmetar
Ali, možda, vratimo se na sliku 1 i pokušajmo odrediti šta će pokazati oba voltmetra. Da biste to utvrdili, morate. Problem se može riješiti u nekoliko koraka.
Prvo izračunajte struju u krugu. Da biste to učinili, napon izvora (na slici je to galvanska baterija s naponom od 1,5 V) podijeljen je otporom kruga. Kada su otpornici povezani u seriju, to će jednostavno biti zbir njihovih otpora. U obliku formule, to izgleda otprilike ovako: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).
Mala napomena: ako se izraz 4,5 / (100 + 150) kopira u međuspremnik, a zatim zalijepi u prozor Windows kalkulatora, a nakon pritiska na tipku „jednako“, dobit će se rezultat izračuna. U praksi se izračunavaju još složeniji izrazi koji sadrže uglate i vitičaste zagrade, potencije i funkcije.
Drugo, dobijte rezultate mjerenja kao pad napona na svakom otporniku:
U1 = I * R1 = 0,018 * 100 \u003d 1,8 (V),
U2 \u003d I * R2 \u003d 0,018 * 150 = 2,7 (V),
Da biste provjerili ispravnost proračuna, dovoljno je sabrati dvije rezultirajuće vrijednosti pada napona. Zbir mora biti jednak naponu baterije.
Možda neko ima pitanje: „A ako razdjelnik nije od dva otpornika, već od tri ili čak deset? Kako odrediti pad napona na svakom od njih? Potpuno isto kao u opisanom slučaju. Prvo morate odrediti ukupni otpor kruga i izračunati ukupnu struju.
Nakon toga, ova već poznata struja se jednostavno množi sa . Ponekad morate napraviti takve proračune, ali i ovdje postoji jedno ali. Kako ne bi sumnjali u dobivene rezultate, struju u formulama treba zamijeniti u amperima, a otpor u omima. Tada će, bez sumnje, rezultat biti u voltima.
Sada su svi navikli koristiti aparate kineske proizvodnje. Ali to ne znači da je njihova kvaliteta beskorisna. Samo što u domovini nikome nije palo na pamet da proizvodi svoje multimetre, a očigledno su zaboravili da prave pokazivače testere. To je jednostavno sramotno za državu.
Rice. 2. DT838 multimetar
Nekada su u uputama za uređaje bile naznačene njihove tehničke karakteristike. Konkretno, za voltmetre i pokazivače, ovo je bio ulazni otpor i bio je naznačen u Kiloom / Volt. Postojali su uređaji sa otporom od 10 K/V i 20 K/V. Potonji su se smatrali preciznijim, jer su manje snizili izmjereni napon i pokazali precizniji rezultat. Ovo se može potvrditi na slici 3.
Slika 3
Radni napon U je 0,707 amplitudnog napona Um.
U = Um / √2 = 0,707 * Um, iz čega možemo zaključiti da je Um = U * √2 = 1,41 * U
Ovdje je prikladno navesti primjer koji se široko koristi. Prilikom mjerenja AC napona, uređaj je pokazao 220V, što znači da će vrijednost amplitude prema formuli biti
Um \u003d U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310V.
Ovaj proračun se potvrđuje svaki put kada se mrežni napon ispravlja diodnim mostom nakon čega postoji barem jedan elektrolitički kondenzator: ako izmjerite konstantni napon na izlazu mosta, uređaj će pokazati točno 310V. Ovu cifru treba zapamtiti, može biti korisna u razvoju i popravku prekidača napajanja.
Navedena formula vrijedi za sve napone ako imaju sinusni oblik. Na primjer, nakon step-down transformatora dolazi naizmjenično 12V. Zatim, nakon ispravljanja i zaglađivanja na kondenzatoru, dobijamo
12 * 1,41 = 16,92 skoro 17V. Ali to je ako opterećenje nije povezano. Kada je opterećenje priključeno, DC napon će pasti na skoro 12V. U slučaju kada oblik napona nije sinusoidan, ove formule ne rade, instrumenti ne pokazuju ono što se od njih očekivalo. Na ovim naponima mjerenja se vrše drugim instrumentima, kao što je osciloskop.
Drugi faktor koji utiče na očitavanje voltmetra je frekvencija. Na primjer, digitalni multimetar DT838, prema svojim karakteristikama, mjeri naizmjenične napone u frekvencijskom rasponu od 45 ... 450 Hz. Stari TL4 pokazivač tester izgleda nešto bolje u tom pogledu.
U rasponu napona do 30V, njegov frekvencijski raspon je 40 ... 15000 Hz (gotovo cijeli audio raspon se može koristiti pri podešavanju pojačala), ali s povećanjem napona, dozvoljena frekvencija opada. U opsegu od 100V je 40…4000Hz, 300V 40…2000Hz, au opsegu od 1000V samo 40…700Hz. Evo već neosporne pobjede nad digitalnim uređajem. Ove brojke također vrijede samo za sinusne napone.
Iako ponekad nisu potrebni podaci o obliku, učestalosti i amplitudi naizmjeničnih naprezanja. Na primjer, kako odrediti radi li lokalni oscilator kratkotalasnog prijemnika ili ne? Zašto prijemnik ništa ne "hvata"?
Ispostavilo se da je sve vrlo jednostavno ako koristite pokazivački uređaj. Potrebno ga je uključiti na bilo koju granicu za mjerenje naizmjeničnih napona i jednom sondom (!) dodirnuti izvode tranzistora lokalnog oscilatora (!) Ako postoje visokofrekventne oscilacije, tada ih detektiraju diode unutar uređaja, a igla će odstupiti do nekog dijela ljestvice.
