โวลต์มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับโดยตรง การวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ วิธีกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในเครือข่าย

สำหรับการวัด แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับมีการใช้อุปกรณ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าแบบอะนาล็อก (แม่เหล็กไฟฟ้า, ไฟฟ้าพลศาสตร์, การเหนี่ยวนำน้อย), อะนาล็อก อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์(รวมถึงระบบวงจรเรียงกระแส) และเครื่องมือวัดแบบดิจิทัล นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตัวชดเชย ออสซิลโลสโคป เครื่องบันทึก และอุปกรณ์เสมือนสำหรับการวัดได้อีกด้วย

เมื่อทำการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับควรแยกแยะระหว่างค่าทันที, แอมพลิจูด, ค่าเฉลี่ยและประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับไซน์ซอยด์สามารถแสดงในรูปแบบของความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ที่ไหน คุณ(t)- ค่าแรงดันไฟฟ้าทันที, V; อืม -ค่าแรงดันแอมพลิจูด, V; (U - ค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย, V ที -ระยะเวลา

(ท= 1//) แรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์ที่ต้องการ, s; ยู-ค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ, V.

มูลค่าทันที กระแสสลับสามารถแสดงบนออสซิลโลสโคปอิเล็กทรอนิกส์หรือใช้เครื่องบันทึกแบบอะนาล็อก (เครื่องบันทึกแผนภูมิ)

ค่าเฉลี่ย แอมพลิจูด และประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับวัดโดยตัวชี้หรืออุปกรณ์ดิจิทัลสำหรับการประเมินโดยตรงหรือตัวชดเชยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เครื่องมือสำหรับการวัดค่าเฉลี่ยและแอมพลิจูดนั้นใช้ค่อนข้างน้อย อุปกรณ์ส่วนใหญ่ได้รับการปรับเทียบตามค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ จากการพิจารณาเหล่านี้ ค่าความเครียดเชิงปริมาณที่ให้มา หนังสือเรียนตามกฎแล้วจะได้รับค่าที่มีประสิทธิผล (ดูนิพจน์ (23.25))

เมื่อทำการวัดตัวแปร ความสำคัญอย่างยิ่งมีรูปทรงของแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ซึ่งอาจเป็นแบบไซน์, สี่เหลี่ยม, สามเหลี่ยม ฯลฯ พาสปอร์ตสำหรับอุปกรณ์จะระบุเสมอว่าอุปกรณ์ได้รับการออกแบบให้วัดแรงดันไฟฟ้าใด (เช่น เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าแบบไซน์หรือสี่เหลี่ยม) ในกรณีนี้ จะมีการระบุเสมอว่าพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับใดที่กำลังวัดอยู่ (ค่าแอมพลิจูด ค่าเฉลี่ย หรือค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้) ตามที่ระบุไว้แล้วสำหรับการสอบเทียบอุปกรณ์ส่วนใหญ่จะใช้ในค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ต้องการ ด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้าผันแปรทั้งหมดที่พิจารณาด้านล่างนี้จึงได้รับในค่าที่มีประสิทธิผล

เพื่อขยายขีดจำกัดการวัดของโวลต์มิเตอร์แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ จะใช้ความต้านทานเพิ่มเติม หม้อแปลงเครื่องมือ และความจุเพิ่มเติม (พร้อมอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าสถิต)

การใช้ความต้านทานเพิ่มเติมเพื่อขยายขีดจำกัดการวัดได้มีการอภิปรายไว้ในหัวข้อย่อย 23.2 ที่เกี่ยวข้องกับโวลต์มิเตอร์กระแสตรงแล้ว ดังนั้นจึงไม่ได้รับการพิจารณาในส่วนย่อยนี้ หม้อแปลงวัดแรงดันและกระแสก็ไม่ได้รับการพิจารณาเช่นกัน ข้อมูลเกี่ยวกับหม้อแปลงมีให้ในวรรณคดี

ด้วยการพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้ความจุเพิ่มเติม ความจุเพิ่มเติมหนึ่งรายการสามารถใช้เพื่อขยายขอบเขตการวัดค่าไฟฟ้าสถิตของโวลต์มิเตอร์ได้ (รูปที่ 23.3, ก)หรือใช้ภาชนะเพิ่มเติมสองใบได้ (รูปที่ 23.3, ข)

สำหรับวงจรที่มีความจุเพิ่มเติมหนึ่งตัว (รูปที่ 23.3, ก) แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ ยูกระจายระหว่างความจุของโวลต์มิเตอร์ ซีและความจุเพิ่มเติม C จะเป็นสัดส่วนผกผันกับค่า เอสวายและเอส

เมื่อพิจารณาแล้วว่า U c = U- Uy,สามารถเขียนลงไปได้

ข้าว. 23.3. โครงการขยายขีดจำกัดการวัดไฟฟ้าสถิต

โวลต์มิเตอร์:

ก- วงจรที่มีความจุเพิ่มเติมหนึ่งรายการ ข- วงจรพร้อมคอนเทนเนอร์เพิ่มเติมอีกสองตู้ ยู- วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (ค่า rms) C, C, C 2 - คอนเทนเนอร์เพิ่มเติม ประวัติย่อ-ความจุของโวลต์มิเตอร์ไฟฟ้าสถิตที่ใช้ วี; คุณค- แรงดันตกคร่อมความจุเพิ่มเติม C; คุณวี -การอ่านโวลต์มิเตอร์แบบไฟฟ้าสถิต

การแก้สมการ (23.27) สำหรับ ยู,เราได้รับ:

จากนิพจน์ (23.28) จะตามมาว่ายิ่งแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้มีค่ามากขึ้น ยูเมื่อเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับกลไกไฟฟ้าสถิตที่กำหนด ค่าความจุไฟฟ้าควรน้อยกว่า กับเมื่อเทียบกับความจุ กับคุณ.

ควรสังเกตว่าสูตร (23.28) ใช้ได้เฉพาะกับฉนวนในอุดมคติของตัวเก็บประจุที่สร้างความจุเท่านั้น กับและ ประวัติย่อ .หากอิเล็กทริกที่หุ้มแผ่นตัวเก็บประจุจากกันมีการสูญเสียจะเกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติม นอกจากนี้ความจุของโวลต์มิเตอร์ ซีขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ ยู,ตั้งแต่จาก ยูการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์และตำแหน่งสัมพัทธ์ของแผ่นเคลื่อนที่และแผ่นคงที่ซึ่งก่อให้เกิดกลไกการวัดไฟฟ้าสถิตขึ้นอยู่กับ กรณีหลังนี้นำไปสู่การปรากฏของข้อผิดพลาดเพิ่มเติมอื่น

ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจะได้รับหากใช้ตัวเก็บประจุ C (และ C 2) เพิ่มเติมสองตัวแทนความจุเพิ่มเติมหนึ่งตัวเพื่อสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า (ดูรูปที่ 23.3, ข)

สำหรับวงจรที่มีตัวเก็บประจุเพิ่มเติมสองตัว ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ใช้ได้:

ที่ไหน คุณเอ -แรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุ ซี

เมื่อพิจารณาแล้วว่า สามารถเขียนลงไปได้

แก้สมการ (23.30) สำหรับ ยู,เราได้รับ:

จากนิพจน์ (23.31) เราสามารถสรุปได้ว่าหากความจุของตัวเก็บประจุ C 2 ที่เชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์นั้นเกินความจุของโวลต์มิเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ การกระจายแรงดันไฟฟ้านั้นแทบไม่ขึ้นอยู่กับการอ่านโวลต์มิเตอร์ นอกจากนี้ที่ C 2” ซีการเปลี่ยนแปลงความต้านทานฉนวนของตัวเก็บประจุ C และ C 2 และความถี่

ตารางที่ 23.3

ขีดจำกัดและข้อผิดพลาดในการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ก็มีผลเพียงเล็กน้อยต่อการอ่านค่าของเครื่องมือ นั่นคือเมื่อใช้คอนเทนเนอร์เพิ่มเติมสองคอนเทนเนอร์ ข้อผิดพลาดเพิ่มเติมในผลการวัดจะลดลงอย่างมาก

ขีดจำกัดในการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยอุปกรณ์ ประเภทต่างๆและข้อผิดพลาดที่เล็กที่สุดของอุปกรณ์เหล่านี้แสดงอยู่ในตาราง 23.3.

ดังตัวอย่างในภาคผนวก 5 (ตาราง ก.5.1) แสดงให้เห็น ข้อกำหนดโวลต์มิเตอร์สากลที่ให้คุณวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้

โดยสรุปควรสังเกตสิ่งต่อไปนี้

ข้อผิดพลาดในการวัดกระแส (ทางตรงและกระแสสลับ) ด้วยอุปกรณ์ประเภทเดียวกันและภายใต้สภาวะที่เท่ากันจะมากกว่าข้อผิดพลาดในการวัดแรงดันไฟฟ้า (ทั้งทางตรงและกระแสสลับ) เสมอ ข้อผิดพลาดในการวัดกระแสสลับและแรงดันไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์ชนิดเดียวกันและภายใต้สภาวะที่เท่ากันจะมากกว่าข้อผิดพลาดในการวัดกระแสตรงและแรงดันไฟฟ้าเสมอ

ข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเด็นที่ถูกหยิบยกขึ้นมาสามารถรับได้จาก

แทบจะไม่ใช่เรื่องเกินจริงที่จะกล่าวว่านักวิทยุสมัครเล่นทุกคนมีผู้ทดสอบตระกูล M-83x เรียบง่าย เข้าถึงได้ ราคาถูก เพียงพอสำหรับช่างไฟฟ้า

แต่สำหรับนักวิทยุสมัครเล่นนั้นมีข้อบกพร่องในการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ประการแรกความไวต่ำและประการที่สองมีไว้สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้าที่ความถี่ 50 Hz บ่อยครั้งที่มือสมัครเล่นมือใหม่ไม่มีเครื่องมืออื่น แต่ต้องการวัด เช่น แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์ และประเมินการตอบสนองความถี่ เป็นไปได้ไหมที่จะทำเช่นนี้?

บนอินเทอร์เน็ตทุกคนพูดสิ่งเดียวกันซ้ำ - "ไม่เกิน 400 Hz" เป็นอย่างนั้นเหรอ? มาดูกันดีกว่า

สำหรับการทดสอบ มีการประกอบการตั้งค่าจากเครื่องทดสอบ M-832 เครื่องกำเนิดเสียง GZ-102 และ
หลอดไฟโวลต์มิเตอร์ V3-38

เมื่อพิจารณาจากข้อมูลที่มีอยู่ อุปกรณ์จำนวนมากในตระกูล M-83x หรือ D-83x ได้รับการประกอบขึ้นโดยใช้รูปแบบเดียวกันเกือบทั้งหมด ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้สูงที่ผลการวัดจะใกล้เคียงกัน นอกจากนี้ ในกรณีนี้ ฉันไม่ค่อยสนใจข้อผิดพลาดสัมบูรณ์ของผู้ทดสอบนี้ ฉันสนใจเพียงการอ่านค่าโดยขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณเท่านั้น

ระดับที่เลือกไว้ประมาณ 8 โวลต์ ซึ่งใกล้เคียงกับแรงดันเอาต์พุตสูงสุดของเครื่องกำเนิด GZ-102 และใกล้กับแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของกำลังเฉลี่ย UMZCH

จะดีกว่าถ้าทำการวัดอีกชุดหนึ่งโดยโหลด ULF อันทรงพลังลงบนหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ แต่ฉันไม่คิดว่าผลลัพธ์จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก
เพื่อความสะดวกในการประมาณการตอบสนองความถี่ในหน่วย dB จึงเลือกระดับ 0 dB ที่ขีดจำกัด 10 V ของโวลต์มิเตอร์ V3-38 เมื่อความถี่ของสัญญาณเปลี่ยนไป ระดับจะถูกปรับเล็กน้อย แต่การเปลี่ยนแปลงจะไม่เกินเศษส่วนของ dB และสามารถละเว้นได้

ผลลัพธ์

ในตารางด้านล่างนี้ ถึง- ค่าสัมประสิทธิ์ที่ต้องคูณผลการวัดของผู้ทดสอบที่ความถี่ที่กำหนดโดยคำนึงถึงการลดลงของการตอบสนองความถี่

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์แบบตารางในหน่วย dB ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับสำหรับแต่ละความถี่จะถูกตั้งค่าที่เอาต์พุตของเครื่องกำเนิด และค่าความแตกต่างใน dB จะถูกอ่านและป้อนลงในตาราง ความไม่ถูกต้องบางประการเนื่องจากการปัดเศษ 0.5 dB ของการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์ของหลอดและการปัดเศษของตัวเลขสุดท้ายของการอ่านค่าของผู้ทดสอบ ฉันคิดว่าในกรณีนี้ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบที่ 1 เดซิเบลนั้นค่อนข้างยอมรับได้เพราะหูไม่สามารถมองเห็นได้

บทสรุป

แล้วเกิดอะไรขึ้น?

การตอบสนองความถี่ผู้ทดสอบนั้นถูกต้องไม่เกิน 400 Hz แต่สูงถึง 4...6 kHz ซึ่งสูงกว่านั้นการลดลงเริ่มต้นขึ้นซึ่งสามารถนำมาพิจารณาได้โดยใช้ตารางดังนั้นจึงได้ผลลัพธ์ที่ค่อนข้างน่าเชื่อถือในช่วง 20... 20,000 Hz และสูงกว่านั้น

เพื่อยืนยันว่าการแก้ไขนั้นเหมาะสมกับผู้ทดสอบทุกคน คุณต้องรวบรวมสถิติ น่าเสียดายที่ฉันไม่มีถุงทดสอบ

เราต้องไม่ลืมว่าผู้ทดสอบจะวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับโดยใช้วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นที่มีข้อเสีย เช่น ความสามารถในการวัดเฉพาะแรงดันไฟฟ้าแบบไซน์โดยไม่มีส่วนประกอบโดยตรง เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ต่ำ ข้อผิดพลาดจะเพิ่มขึ้น

ฉันจะปรับปรุงเครื่องทดสอบ M-832 สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้อย่างไร

คุณสามารถติดตั้งลิมิตสวิตช์ "200-20 V" เพิ่มเติมและตัวต้านทานสับเปลี่ยนอีกตัวได้ แต่จำเป็นต้องถอดประกอบและดัดแปลงเครื่องทดสอบ คุณต้องเข้าใจวงจรและมีอุปกรณ์สอบเทียบ ฉันคิดว่านี่ไม่เหมาะสม

ดีกว่าทำสิ่งที่แนบมาแยกต่างหากเพื่อขยายและแก้ไขแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขแล้วจะจ่ายให้กับเครื่องทดสอบ ซึ่งเปิดไว้เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง
แต่นี่เป็นหัวข้อสำหรับบทความอื่น

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงเป็นระยะ พารามิเตอร์หลักคือคาบ (หรือความถี่เป็นส่วนกลับของคาบ) แอมพลิจูด คุณมและค่าสัญญาณทันที คุณ(t).

นอกเหนือจากค่าแอมพลิจูดและค่าทันทีของสัญญาณเป็นระยะแล้วยังมักใช้สิ่งต่อไปนี้:

1. เฉลี่ย (7.1)

2. ค่าแก้ไขเฉลี่ย (7.2)

3. คุณค่าที่มีประสิทธิผล (7.3)

เมื่อทราบรูปร่างของสัญญาณแล้ว จะสามารถคำนวณความสัมพันธ์ระหว่างค่าแอมพลิจูด ประสิทธิผล และค่าเฉลี่ยที่แก้ไขได้:

– ปัจจัยด้านรูปร่าง

– ปัจจัยความกว้าง

ตารางที่ 7.1

โวลต์มิเตอร์แบบรวมจะแสดงค่าประสิทธิผลของปริมาณที่วัดได้ การเปลี่ยนจากค่าปัจจุบันไปเป็นค่าจริงสามารถทำได้สามวิธี: การกำหนดค่าที่แก้ไขโดยเฉลี่ยแล้วคูณด้วยตัวประกอบรูปร่าง กำหนดค่าแอมพลิจูดและหารด้วยแฟกเตอร์แอมพลิจูด การคำนวณมูลค่าประสิทธิผลโดยใช้สูตร (7.2) ดังนั้นจึงมีเครื่องตรวจจับอินพุตสามประเภทสำหรับเครื่องมือวัด AC: ค่าเฉลี่ยที่แก้ไขแล้ว ค่าสูงสุด และเครื่องตรวจจับค่า RMS (rms)

สัญญาณไซนัสมักใช้ในทางปฏิบัติดังนั้นในอุปกรณ์ที่มีเครื่องตรวจจับของค่าแก้ไขโดยเฉลี่ยและค่าแอมพลิจูด การคูณและการหารด้วยรูปร่างและค่าสัมประสิทธิ์แอมพลิจูดสำหรับสัญญาณไซน์จะดำเนินการตามลำดับ ดังนั้น เมื่อทำการวัดสัญญาณของรูปร่างอื่นที่ไม่ใช่ไซน์ซอยด์ จะเกิดข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีขึ้น

2. หลักการทำงานของโวลต์มิเตอร์พร้อมเครื่องตรวจจับ
ค่าแก้ไขเฉลี่ย

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสามารถวัดได้ด้วยโวลต์มิเตอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า แบบไฟฟ้า และแบบเฟอร์โรไดนามิก หรือแบบไฟฟ้าสถิต แต่วิธีปฏิบัติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดคือโวลต์มิเตอร์ที่มีกลไกการวัดของระบบแมกนีโตอิเล็กทริกและตัวแปลงพารามิเตอร์ที่วัดได้ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง กลไกการวัดของระบบแมกนีโตอิเล็กทริกตอบสนองต่อค่าเฉลี่ยของกระแสที่ไหลผ่านเฟรม ดังนั้นหากกระแสที่มีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์ (เช่น ไซนัสอยด์ คดเคี้ยว ฯลฯ) ถูกส่งผ่านเฟรม ระบบที่เคลื่อนที่จะไม่เบี่ยงเบน ในการวัดกระแสสลับและแรงดันไฟฟ้า จะต้องแปลงสัญญาณเป็นไฟฟ้ากระแสตรงหรือแรงดันไฟฟ้าก่อน ประเภทหลักของตัวแปลงดังกล่าวมีให้มา

ข้าว. 7.1. วงจรเรียงกระแสโวลต์มิเตอร์

โวลต์มิเตอร์ของวงจรเรียงกระแสมักจะใช้วงจรเรียงกระแสคลื่นเดี่ยวหรือเต็มคลื่น (ดูรูปที่ 7.1)

ข้อเสีย โครงการที่ง่ายที่สุด(รูปที่ 7.1a) เป็นความไวต่ำ มีแรงดันย้อนกลับสูงที่จ่ายให้กับไดโอด และนอกจากนี้ โหลดไม่สมมาตรสำหรับแหล่งสัญญาณในครึ่งคลื่นที่แตกต่างกันของสัญญาณ ในแผนภาพในรูป 7.1b ใช้ไดโอดสองตัวซึ่งช่วยให้คุณปรับสมดุล ( ร=ร p) กระแสครึ่งคลื่นและป้องกันไดโอด D1 จากการพังทลาย มักใช้วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (รูปที่ 7.1c)

ในรูปแบบทั้งหมดเหล่านี้ กลไกการวัดจะตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย เช่น การโก่งตัวของลูกศรจะแปรผันตามแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย ยู SV ของสัญญาณที่วัดได้

.

ในการใช้งานทางเทคนิคส่วนใหญ่ จำเป็นต้องทราบค่าประสิทธิผล (rms) ยู- แน่นอนถ้าวัด ยูเซนต์แล้ว ยูสามารถพบได้โดยใช้ปัจจัยรูปร่าง ตัวอย่างเช่นสำหรับสัญญาณไซน์ ยู= 1.11× ยูเซนต์. เพื่อความสะดวกในการใช้งานอุปกรณ์ การคูณด้วยปัจจัย 1.11 นี้จะดำเนินการในระหว่างการสอบเทียบ:

;

;

.

ด้วยเหตุนี้จึงสะดวกในการใช้โวลต์มิเตอร์ในการวัดสัญญาณไซน์ซอยด์ หากปัจจัยรูปร่างของสัญญาณที่วัดได้แตกต่างจาก 1.11 จะเกิดข้อผิดพลาดที่เรียกว่ารูปร่างโค้ง

(7.4)

ตัวอย่างเช่น สำหรับการคดเคี้ยว ( ถึงฉ = 1.00):

,

เหล่านั้น. ข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีเนื่องจากการเบี่ยงเบนของรูปร่างโค้งจากไซนัสอยด์สามารถเกินข้อผิดพลาดของเครื่องมืออย่างมีนัยสำคัญ (หลายครั้ง) ซึ่งกำหนดโดยระดับความแม่นยำของอุปกรณ์ หากทราบปัจจัยรูปร่างของสัญญาณที่วัดได้ ก็สามารถคำนวณค่าประสิทธิผลที่วัดได้ ยู x ตามสูตร

(7.5)

ที่ไหน ยู n - การอ่านโวลต์มิเตอร์ของระบบวงจรเรียงกระแส

ดังนั้นเมื่อทำการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยโวลต์มิเตอร์แบบเรียงกระแสควรคำนึงถึงข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีสองประการ (เนื่องจากความต้านทานอินพุตและเนื่องจากรูปร่างของเส้นโค้ง) และข้อผิดพลาดด้านเครื่องมือของโวลต์มิเตอร์เอง

3. หลักการทำงานของโวลต์มิเตอร์พร้อมเครื่องตรวจจับ
ค่าแอมพลิจูด

ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดจริงมีโซนศูนย์ (ไม่มีกระแสในทิศทางไปข้างหน้า) สูงถึง 0.3-0.7 V ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้โวลต์มิเตอร์แบบเรียงกระแสเมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าต่ำ จำเป็นต้องขยายสัญญาณอินพุตล่วงหน้าซึ่งทำในโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ ในรูป รูปที่ 7.2 แสดงวงจรของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีตัวตรวจจับเชิงเส้นบนเครื่องขยายสัญญาณในการปฏิบัติงาน

ข

ข้าว. 7.2. วงจรของโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

เมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงมักใช้โวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์พร้อมเครื่องตรวจจับแอมพลิจูด ในรูป รูป 7.3 แสดงแผนภาพของโวลต์มิเตอร์ประกอบด้วย

กลไกการวัดของระบบแมกนีโตอิเล็กทริก (MI)

เครื่องขยายเสียงกระแสตรง (DCA);

ตัวแบ่งในวงจรอินพุต

โพรบซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับแอมพลิจูดที่มีอินพุตแบบปิด

สัญญาณเอาท์พุตถูกกำหนดโดยแอมพลิจูดของส่วนประกอบตัวแปรของสัญญาณอินพุต

ในโวลต์มิเตอร์แบบรวม สเกลจะถูกปรับเทียบเพื่อให้สามารถกำหนดค่าราก-ค่าเฉลี่ย-กำลังสอง (rms) ได้ทันที

; ; ,

ที่ไหน ถึง UPT– สัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของเครื่องขยายเสียงกระแสตรง

ข้าว. 7.3. แผนภาพการทำงานของโวลต์มิเตอร์ V7-15

การสอบเทียบโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์แบบรวมนั้นดำเนินการสำหรับสัญญาณอินพุตไซน์ซอยด์

หากปัจจัยหงอนแตกต่างกัน เค เอ=1.41 จากนั้นเกิดข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธี:

ตัวอย่างเช่น หากสัญญาณอินพุตมีรูปร่างเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม ( เค เอ=1.00) จากนั้นข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีสัมพันธ์:

เครื่องหมายลบแสดงว่าค่าโวลต์มิเตอร์ที่อ่านได้น้อยกว่าค่าประสิทธิผลของสัญญาณอินพุต หากทราบค่าสัมประสิทธิ์แอมพลิจูดของสัญญาณอินพุต ค่าที่มีประสิทธิผลจะเท่ากับ:

ที่ไหน ยู n - การอ่านโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์

เฉพาะในกรณีที่การสอบเทียบมาตราส่วนตรงกับประเภทของเครื่องตรวจจับ เครื่องมือจะแสดงพารามิเตอร์สัญญาณที่ใช้ในการสอบเทียบมาตราส่วน

เมื่อพิจารณาถึงความต้านทานอินพุตขนาดใหญ่ของโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่ความถี่อุตสาหกรรม (สูงถึง 1 kHz) ข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีเนื่องจากการใช้พลังงานจากสัญญาณอินพุตมักจะถูกละเลย และข้อผิดพลาดในการวัดแรงดันไฟฟ้าโดยรวมมีสององค์ประกอบ: ข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีของ รูปร่างโค้งและข้อผิดพลาดของเครื่องมือของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์นั้นเอง

ลักษณะเฉพาะของไดโอดสูญญากาศซึ่งมักใช้ในเครื่องตรวจจับแอมพลิจูดของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ (ดูรูปที่ 7.3) คือการไม่มีโซนศูนย์และแม้แต่การมีกระแสเล็ก ๆ ผ่านไดโอดที่สัญญาณอินพุตเป็นศูนย์ ความไม่แน่นอนของกระแสไดโอดเป็นศูนย์จำเป็นต้องมีการดำเนินการเพิ่มเติม "การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นศูนย์" ก่อนที่จะทำการวัดด้วยโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ ในระหว่างนั้นจะมีการปรับค่าของสัญญาณชดเชยพิเศษ ดังนั้นเมื่อทำการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องทำการปรับสองแบบ: ปรับสมดุล UPT และชดเชยกระแสศูนย์ของไดโอดสุญญากาศ

โวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และดิจิตอลสมัยใหม่มักจะถูกสร้างขึ้นตามรูปแบบ แอมพลิฟายเออร์บรอดแบนด์ - ตัวแปลงค่าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย - กลไกการวัด นอกจากนี้ เนื่องจากองค์ประกอบโครงสร้างที่แยกจากกันจึงมีเครื่องตรวจจับแอมพลิจูดพร้อมอินพุตแบบปิด (โพรบ) เมื่อทำการวัดสัญญาณความถี่สูง โพรบจะเชื่อมต่อกับอินพุตของโวลต์มิเตอร์ ซึ่งในกรณีนี้ทำงานในโหมดการวัดแรงดันไฟฟ้าตรงที่มาจากเอาต์พุตของโพรบ เพื่อรักษาการสอบเทียบเครื่องชั่ง หัววัดจึงติดตั้งตัวแบ่ง ( ถึง=1) เพื่อให้สัญญาณเอาท์พุตของโพรบเท่ากับค่าประสิทธิผลที่แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้แบบไซน์

โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลยังมีสองตัวเลือกในการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ: เครื่องตรวจจับเชิงเส้นใช้เพื่อเชื่อมต่อสัญญาณเข้ากับขั้วต่อ (ดูรูปที่ 7.2) และโพรบ (เครื่องตรวจจับแอมพลิจูด) ติดอยู่กับอุปกรณ์สำหรับการวัดสัญญาณความถี่สูง โวลต์มิเตอร์บางตัวใช้เครื่องตรวจจับกำลังสองซึ่งสัญญาณเอาท์พุตจะเป็นสัดส่วนกับค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้และไม่มีข้อผิดพลาดในรูปร่างของเส้นโค้ง

เป้าหมายของการทำงาน- ศึกษาคุณลักษณะทางมาตรวิทยาของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์

ทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์ที่ใช้และคำแนะนำในการใช้งาน รับงานเฉพาะจากอาจารย์เพื่อทำงานให้เสร็จ

ตรวจสอบข้อผิดพลาดหลักของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงการวัดที่ครูกำหนด พล็อตกราฟหนึ่งการพึ่งพาญาติและลดข้อผิดพลาดในการอ่านโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ สรุปผลการปฏิบัติตามข้อกำหนดของโวลต์มิเตอร์ที่ได้รับการตรวจสอบด้วยระดับความแม่นยำ

กำหนดลักษณะแอมพลิจูด-ความถี่ของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ พล็อตกราฟการตอบสนองความถี่และกำหนดย่านความถี่การทำงานของโวลต์มิเตอร์ที่ระดับการลดทอนการตอบสนองความถี่ที่กำหนดโดยเอกสารด้านกฎระเบียบและทางเทคนิคสำหรับโวลต์มิเตอร์ที่กำลังตรวจสอบ

ทดลองประเมินการตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัล จัดการ การวิเคราะห์เปรียบเทียบลักษณะเฉพาะของแอมพลิจูด-ความถี่ของอิเล็กทรอนิกส์ ดิจิตอล และเครื่องกลไฟฟ้า 11 หมายเหตุ 1- นำผลการวิจัยเกี่ยวกับโวลต์มิเตอร์แบบเครื่องกลไฟฟ้าจากงานห้องปฏิบัติการหมายเลข 1 หากเคยดำเนินการมาก่อน โวลต์มิเตอร์ สร้างกราฟการตอบสนองความถี่ของอุปกรณ์ที่กำลังศึกษา

ใช้โวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ในการวัดแรงดันไฟฟ้าในรูปทรงต่างๆ (ไซน์ซอยด์ สี่เหลี่ยม และสามเหลี่ยม) ด้วยแอมพลิจูดเดียวกันที่ความถี่ซึ่งอยู่ในย่านความถี่การทำงานของอุปกรณ์นี้ อธิบายและยืนยันผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณ สรุปผลเกี่ยวกับอิทธิพลของรูปร่างของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ต่อการอ่านโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์

คำอธิบายและลำดับของงาน

อุปกรณ์ที่ใช้

โวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์พร้อมเอาต์พุตอะนาล็อก - GVT-417V

เครื่องวัดอเนกประสงค์ด้วย จอแสดงผลดิจิตอล- GDM-8135

เครื่องกำเนิดสัญญาณฮาร์มอนิก - SFG-2120

ออสซิลโลสโคปอิเล็กทรอนิกส์ - GOS-620

คำอธิบายของอุปกรณ์ติดอยู่ที่ขาตั้ง.

ในการทำงานให้ใช้แผนภาพที่แสดงในรูปที่ 1 ในเวอร์ชัน 2.1 โดยที่ GS เป็นเครื่องกำเนิด (ซินธิไซเซอร์) ของสัญญาณไซน์ สี่เหลี่ยม และสามเหลี่ยม CV เป็นโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัล EV เป็นโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ ELO เป็นออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด

1. ข้อผิดพลาดหลักของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์กำหนดโดยวิธีเปรียบเทียบ ได้แก่ โดยการเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้กับค่าที่อ่านได้ของมาตรฐาน ในกรณีนี้คือ โวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัล ที่แรงดันไฟฟ้าไซนูซอยด์ การอ่านค่าโวลต์มิเตอร์อ้างอิงจะถือเป็นค่าแรงดันไฟฟ้าจริง

โวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ GVT-417B ได้รับการตรวจสอบที่ความถี่ 1 kHz บนสเกลที่มีขีดจำกัดบน 1V หรือ 3V ซึ่งเนื่องมาจากช่วงการควบคุมของแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้

มีการตรวจสอบเพื่อ nเครื่องหมายสเกล = (610) กระจายเท่าๆ กันตามสเกลเครื่องมือ โดยการอ่านค่าเพิ่มขึ้นและลดลงอย่างราบรื่น

จุดแรงดันไฟฟ้าที่ตรวจสอบแล้ว ยูมีการติดตั้ง n บนโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่กำลังตรวจสอบและค่าแรงดันไฟฟ้าจริง ยูโอ้ ยูวี ยูโอ ค่าดังกล่าวจะนำมาจากโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลมาตรฐาน ตามลำดับ เมื่อเข้าใกล้เครื่องหมายที่กำลังตรวจสอบ ยู n จะปรับขนาดตามการอ่านที่เพิ่มขึ้นและลดลง

ผลลัพธ์ของการวัดและการคำนวณจะแสดงในรูปแบบของตาราง

ข้อผิดพลาดสัมบูรณ์ สัมพันธ์ ลดลง และความแปรผันในการอ่านถูกกำหนดโดยใช้สูตรที่ให้ไว้ในงานห้องปฏิบัติการ 1 หรือใน ยังกำหนดข้อผิดพลาดที่ลดลงสูงสุด max = Max(| ฉัน|) และการเปลี่ยนแปลงสูงสุด ชมสูงสุด = สูงสุด( ชม ฉัน) ที่ได้จากการทดลอง

จากผลการทดสอบและการคำนวณ ให้พล็อตกราฟหนึ่งการพึ่งพาความสัมพันธ์และลดข้อผิดพลาดในการอ่านโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ = เอฟ (ยูพี) = เอฟ (ยูพี); กราฟยังมีเส้นที่กำหนดขีดจำกัดของข้อผิดพลาดที่ลดลงสูงสุดที่อนุญาต ซึ่งสอดคล้องกับระดับความแม่นยำของอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ

จากการวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับข้อผิดพลาดหลักและความแปรผันของการอ่าน จะได้ข้อสรุปเกี่ยวกับความสอดคล้องของคุณลักษณะที่ระบุกับข้อกำหนดที่กำหนดโดยระดับความแม่นยำของอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ

2. ลักษณะแอมพลิจูดความถี่ของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์หมายถึง การขึ้นต่อกันของการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์กับความถี่ของสัญญาณไซน์ซอยด์อินพุตที่ค่าคงที่ของแรงดันไฟฟ้า

ในทางปฏิบัติ แนวคิดเรื่องย่านความถี่การทำงานของเครื่องมือวัดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ย่านความถี่การทำงานของโวลต์มิเตอร์หมายถึงช่วงความถี่ ฉซึ่งความไม่สม่ำเสมอของการตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์จะต้องไม่เกินค่าที่อนุญาตที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ดังนั้นสำหรับโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ GVT-417B ภายในย่านความถี่การทำงานอนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงการอ่านเครื่องมือจากการอ่านที่ความถี่ได้ไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์ ฉ 0 = 1กิโลเฮิร์ตซ์

ค่าสุดขีดของช่วงความถี่ที่ตรงตามข้อกำหนดที่ระบุเรียกว่าค่าที่ต่ำกว่า ฉ H และด้านบน ฉในความถี่จำกัดของแถบการทำงานของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์

การตอบสนองความถี่ยังถูกกำหนดตามรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 1 2.1. เครื่องกำเนิด SFG-2120 ใช้เป็นแหล่งสัญญาณซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความกว้างของสัญญาณเอาท์พุตคงที่เมื่อความถี่เปลี่ยนแปลงในช่วงการทำงานของมัน

ความถี่ถูกกำหนดไว้เบื้องต้นบนตัวกำเนิด GS ฉ 0 =1kHz พร้อมรูปคลื่นไซน์ ใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของเครื่องกำเนิด GS ตั้งค่าการอ่านโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เครื่องหมายสเกลในช่วง (0.7-0.9) จากขีดจำกัดการวัดด้านบน และบันทึกค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้ ยูพี ( ฉ 0 =1กิโลเฮิรตซ์) = … .

ในอนาคต เมื่อพิจารณาการตอบสนองความถี่ เฉพาะความถี่ของเครื่องกำเนิดสัญญาณ GS เท่านั้นที่เปลี่ยนไป และแรงดันไฟฟ้าที่นำมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลง

ในการตรวจสอบระดับสัญญาณและรูปร่าง จะใช้ออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด บนหน้าจอออสซิลโลสโคป โดยการเลือกค่าสัมประสิทธิ์การเบี่ยงเบน (VOLTS/DIV) และค่าสัมประสิทธิ์การกวาด (TIME/DIV) จะได้ออสซิลโลแกรมที่สะดวกสำหรับการสังเกตและการวัด - รูปภาพของช่วงเวลาหลายช่วงของไซนัสอยด์ที่มีแอมพลิจูดขนาดใหญ่เพียงพอ บันทึกแอมพลิจูด ลเอ (หรือ ล 2A - แอมพลิจูดสองเท่า) ภาพของสัญญาณสำหรับการตรวจสอบระดับสัญญาณในภายหลัง

สะดวกในการกำหนดการตอบสนองความถี่แยกกันสำหรับบริเวณความถี่สูงและต่ำ

ในภูมิภาคความถี่สูง การตอบสนองความถี่จะเริ่มดำเนินการเป็นขั้นละ 100 kHz: 1 kHz (ความถี่เริ่มต้น), 100 kHz, 200 kHz, ... จนกระทั่งความถี่ที่การอ่านค่าของโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ลดลงเหลือ ค่าลำดับ 0.8-0.9 จากการอ่านค่าชุดแรก ยูพี ( ฉ 0 =1กิโลเฮิรตซ์) เพื่อชี้แจงความถี่บน ฉในย่านความถี่การทำงาน ฉโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ในบริเวณที่การตอบสนองความถี่ลดลง 10 เปอร์เซ็นต์จำเป็นต้องลบการตอบสนองความถี่หลายจุดเพิ่มเติมด้วยขั้นตอนที่เล็กกว่าในการเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณอินพุต

ในระหว่างการทดสอบ ระดับคงที่ของสัญญาณเอาท์พุต GS จะถูกตรวจสอบด้วยออสซิลโลสโคปอิเล็กทรอนิกส์

เขียนผลการทดสอบและการคำนวณลงในตาราง:

สำหรับรถอีวี ฉ B = ... สำหรับ CV ฉบี = ...

ที่ไหน ยูพี ( ฉ) - การอ่านโวลต์มิเตอร์ที่ความถี่ ฉ; เค(ฉ) = ยูพี ( ฉ) /ยูพี ( ฉ o = 1 kHz) - การตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์แสดงเป็นหน่วยสัมพันธ์สำหรับความถี่ที่สอดคล้องกัน ฉ c คือความถี่ขีดจำกัดบนของย่านการทำงานของโวลต์มิเตอร์ที่พบในการทดลอง

เมื่อทำงานในลักษณะเดียวกันที่ความถี่เดียวกัน การตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลจะถูกประเมิน ผลการทดสอบจะถูกป้อนลงในตารางเดียวกัน เนื่องจากงานนี้ต้องมีการเปรียบเทียบแถบความถี่การทำงานของโวลต์มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และดิจิตอลในเชิงคุณภาพ จึงไม่จำเป็นต้องชี้แจงการตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลที่จุดความถี่เพิ่มเติม ในกรณีนี้ค่าของความถี่ที่ จำกัด ของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลจะถูกกำหนดด้วยความแม่นยำน้อยกว่า

ความถี่ตัดต่ำ ฉไม่มีแถบทำงาน ฉสำหรับโวลต์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอิเล็กทรอนิกส์ มักจะอยู่ในช่วงหน่วยและหลักสิบแรกของ Hz ดังนั้นขั้นตอนการพิจารณาการตอบสนองความถี่ในย่านความถี่ต่ำจึงเป็นดังนี้ ขั้นแรกให้ลดความถี่จากเดิม ฉ 0 = 1,000Hz ถึง 200Hz และจาก 50Hz ถึง 10Hz หากจำเป็น ให้ชี้แจงความถี่ที่ต่ำกว่า ฉ n ของแถบการทำงาน ซึ่งการตอบสนองความถี่ลดลงเหลือระดับ 0.9 จากค่าที่ ฉ 0 = 1,000Hz โดยลบจุดเพิ่มเติมโดยเพิ่มทีละ 1Hz

การตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลได้รับการประเมินที่ความถี่เดียวกัน

ผลการทดสอบและการคำนวณแสดงในรูปแบบตาราง:

สำหรับรถอีวี ฉ n = …Hz สำหรับ CV ฉน = ...เฮิรตซ์

จากผลการวิจัย กราฟการตอบสนองความถี่จะถูกสร้างขึ้นสำหรับความถี่สูงและต่ำ สะดวกในการสร้างกราฟตามแกนความถี่ในระดับลอการิทึม

3. การกำหนดอิทธิพลของรูปร่างสัญญาณอินพุตต่อการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์แบบ AC

ในโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์แบบอิเล็กทรอนิกส์จะใช้ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบ AC เป็น DC ดังที่แสดงในรูปที่ 1 2.2 โดยที่: ยูใน ( ที) - แรงดันไฟฟ้าอินพุต, U - แอมพลิฟายเออร์กระแสสลับ, IM - กลไกการวัดแมกนีโตอิเล็กทริก - มุมโก่งของกลไกการวัด

ใช้ตัวแปลงแอมพลิจูดค่าแก้ไขเฉลี่ยหรือค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแรงดันตรง ในเวลาเดียวกัน โวลต์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดจะได้รับการสอบเทียบ โดยไม่คำนึงถึงประเภทของตัวแปลง ค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์- สิ่งนี้อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติมเมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์

โวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ GVT-417B มีตัวแปลงค่าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย สำหรับโวลต์มิเตอร์ดังกล่าว มุมโก่งของตัวชี้จะเป็นสัดส่วนกับค่าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย ยูแรงดันไฟเข้า cf

ที่ไหน: เค วี- ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงโวลต์มิเตอร์ ยูใน ( ที) - แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุตพร้อมระยะเวลา ต.

ข้อบ่งชี้ ยู p โวลต์มิเตอร์มีการสอบเทียบในปัจจุบัน ยูค่าแรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์

ที่ไหน: เคฟ = ยู/ยู CP - ค่าสัมประสิทธิ์รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าสำหรับแรงดันไฟฟ้าไซน์ เคФ = 1.11 ดังนั้นสำหรับแรงดันไฟฟ้ารูปแบบอื่น ( เคฟ? 1.11) การอ่านโวลต์มิเตอร์อาจแตกต่างอย่างมากจากค่าจริงซึ่งนำไปสู่ข้อผิดพลาดเพิ่มเติมในผลการวัด

ในกรณีเช่นนี้ การคำนวณสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการพร้อมรูปร่างสัญญาณที่ทราบได้

ขึ้นอยู่กับหลักการทำงานของโวลต์มิเตอร์และการสอบเทียบที่ยอมรับ สามารถทำได้ตามค่าที่อ่านได้ ยู P ของอุปกรณ์เพื่อกำหนดค่าแก้ไขเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ (ภายในการตอบสนองความถี่ของโวลต์มิเตอร์)

ยูเอสอาร์ = ยูหน้า/1.11.

คุณค่าที่มีประสิทธิภาพ ยูแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์สามารถกำหนดได้ก็ต่อเมื่อทราบค่าสัมประสิทธิ์เท่านั้น เครูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า F เคฟ = คุณ/คุณ CP (หรือทราบรูปร่างของสัญญาณซึ่งสามารถหาค่าสัมประสิทธิ์นี้ได้)

ยู= เคเอฟ ยูเอสอาร์

ค่าตัวเลขของปัจจัยรูปร่างสำหรับสัญญาณบางอย่างแสดงอยู่ในตาราง

ในการประเมินอิทธิพลของรูปร่างแรงดันไฟฟ้าต่อการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์โดยการทดลอง สัญญาณของรูปทรงไซน์ สี่เหลี่ยม และสามเหลี่ยมจะถูกวัดตามลำดับที่แอมพลิจูดเดียวกัน

ก่อนหน้านี้การอ่านค่าโวลต์มิเตอร์จะถูกตั้งค่าบนสัญญาณไซน์ในช่วง 0.5 - 0.6 จากขีด จำกัด การวัดด้านบนของสเกลที่เลือกที่ความถี่ระบุ ฉ n =1 กิโลเฮิรตซ์จากนั้นที่แอมพลิจูดเท่ากันของสัญญาณอินพุต แรงดันไฟฟ้าจะถูกวัดด้วยโวลต์มิเตอร์สำหรับรูปแบบสัญญาณอื่น รูปร่างสัญญาณ (ไซน์, สามเหลี่ยม, สี่เหลี่ยม) ตั้งค่าได้โดยการกดปุ่ม " คลื่น” บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ตามข้อบ่งชี้ ยูโวลต์มิเตอร์เป็นตัวกำหนดค่าเฉลี่ย ยูเอสอาร์และกระแส ยูค่าแรงดันไฟฟ้าสำหรับรูปคลื่นทั้งหมด

ในการประเมินอิทธิพลของรูปแบบแรงดันไฟฟ้าต่อการอ่านโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ด้วยตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าที่มีการแก้ไขปานกลางให้กำหนดข้อผิดพลาดสัมพัทธ์เพิ่มเติม (เป็นเปอร์เซ็นต์)

100(ยูพี - ยู)/ยู.

ผลลัพธ์ของการวัดและการคำนวณจะถูกบันทึกไว้ในตาราง

ควรสังเกตว่าข้อผิดพลาดเพิ่มเติมจะรวมอยู่ในผลการวัดหากกำหนดค่าประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไซน์ซอยด์โดยตรงจากการอ่านโวลต์มิเตอร์โดยไม่คำนึงถึงรูปร่างของสัญญาณและดำเนินการคำนวณที่เกี่ยวข้อง

จากผลการวิจัยสรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของรูปร่างของเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าต่อผลการวัดด้วยโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์

วรรณกรรม

มาตรวิทยา มาตรฐาน และการรับรอง: หนังสือเรียนสำหรับนักศึกษา สูงกว่า หนังสือเรียน สถาบัน/[B.Ya.Avdeev, V.V.Alekseev, E.M.Antonyuk ฯลฯ]; เรียบเรียงโดย V.V. Alekseev - อ.: ศูนย์สำนักพิมพ์ "Academy", 2550 หน้า 136-140

ในการฝึกปฏิบัติวิทยุสมัครเล่น การวัดนี้เป็นการวัดที่พบบ่อยที่สุด ตัวอย่างเช่น เมื่อซ่อมทีวี แรงดันไฟฟ้าจะวัดที่จุดเฉพาะของอุปกรณ์ ได้แก่ ที่ขั้วของทรานซิสเตอร์และไมโครวงจร หากคุณมีมันอยู่ในมือ แผนภูมิวงจรรวมและมีการระบุโหมดของทรานซิสเตอร์และไมโครวงจรไว้ดังนั้นช่างผู้มีประสบการณ์จะค้นหาข้อผิดพลาดได้ไม่ยาก

เมื่อติดตั้งโครงสร้างที่ประกอบขึ้นเอง จะเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการวัดความเค้น ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือโครงร่างแบบคลาสสิกซึ่งเขียนดังนี้: “หากโครงสร้างประกอบจากชิ้นส่วนที่สามารถซ่อมแซมได้ ไม่จำเป็นต้องทำการปรับเปลี่ยนใด ๆ ก็จะใช้งานได้ทันที”

ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้คือวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบคลาสสิกเช่น . วิธีการเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้กับแอมพลิฟายเออร์เสียงได้หากประกอบบนชิปพิเศษ เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของ TDA 7294 และไมโครวงจรอื่นๆ อีกมากมายในซีรีส์นี้ แต่คุณภาพของแอมพลิฟายเออร์แบบ "รวม" นั้นต่ำ และผู้เชี่ยวชาญที่แท้จริงจะสร้างแอมพลิฟายเออร์บนทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วน และบางครั้งก็สร้างบนหลอดสุญญากาศ และที่นี่เป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำโดยไม่ต้องตั้งค่าและวัดแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง

วิธีการและสิ่งที่จะวัด

แสดงในรูปที่ 1

ภาพที่ 1.

บางทีอาจมีคนพูดว่าที่นี่วัดอะไรได้บ้าง? แล้วการประกอบโซ่แบบนี้มีไว้เพื่ออะไร? ใช่, การประยุกต์ใช้จริงอาจเป็นเรื่องยากที่จะหาโครงการดังกล่าว และเพื่อการศึกษาก็ค่อนข้างเหมาะสม

ก่อนอื่นคุณควรคำนึงถึงวิธีการเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์ เนื่องจากรูปนี้แสดงวงจรไฟฟ้ากระแสตรง โวลต์มิเตอร์จึงเชื่อมต่อตามขั้วที่ระบุบนอุปกรณ์ในรูปแบบของเครื่องหมายบวกและลบ โดยพื้นฐานแล้ว ข้อสังเกตนี้เป็นจริงสำหรับเครื่องมือพอยน์เตอร์: หากไม่สังเกตขั้ว เข็มจะเบี่ยงเบนไปใน ด้านหลังไปสู่การแบ่งระดับศูนย์ มันจะเป็นลบ 0 บ้าง

เครื่องมือดิจิทัลมัลติมิเตอร์มีความเป็นประชาธิปไตยมากกว่าในเรื่องนี้ แม้ว่าจะเชื่อมต่อแบบขั้วกลับกัน แรงดันไฟฟ้าจะยังคงถูกวัดอยู่ แต่จะมีเพียงเครื่องหมายลบเท่านั้นที่จะปรากฏบนสเกลด้านหน้าผลลัพธ์

อีกสิ่งหนึ่งที่คุณควรคำนึงถึงเมื่อทำการวัดแรงดันไฟฟ้าคือช่วงการวัดของอุปกรณ์ หากแรงดันไฟฟ้าที่คาดหวังอยู่ในช่วง เช่น 10...200 มิลลิโวลต์ มาตราส่วนของเครื่องมือจะสอดคล้องกับช่วง 200 มิลลิโวลต์นี้ และการวัดแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวในระดับ 1,000 โวลต์ไม่น่าจะให้ผลลัพธ์ที่เข้าใจได้

ควรเลือกช่วงการวัดในกรณีอื่นด้วย สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ 100 โวลต์ ช่วง 200V และ 1,000V นั้นค่อนข้างเหมาะสม ผลลัพธ์จะเหมือนกัน นี่คือสิ่งที่มันกังวล

หากการวัดทำด้วยเครื่องมือพอยน์เตอร์แบบเก่าที่ดี หากต้องการวัดแรงดันไฟฟ้า 100V คุณควรเลือกช่วงการวัดเมื่อการอ่านอยู่ตรงกลางของสเกล ซึ่งช่วยให้อ่านได้แม่นยำยิ่งขึ้น

และคำแนะนำคลาสสิกอีกอย่างหนึ่งสำหรับการใช้โวลต์มิเตอร์ กล่าวคือ หากไม่ทราบค่าของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ การวัดควรเริ่มโดยการตั้งค่าโวลต์มิเตอร์ไปที่ช่วงสูงสุด ท้ายที่สุดหากแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้คือ 1V และช่วงคือ 1,000V อันตรายที่ใหญ่ที่สุดคือการอ่านค่าจากอุปกรณ์ไม่ถูกต้อง หากกลับกัน - ช่วงการวัดคือ 1V และแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้คือ 1,000 การซื้ออุปกรณ์ใหม่ก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการหลีกเลี่ยงได้

โวลต์มิเตอร์จะแสดงอะไร?

แต่บางที ลองกลับไปที่รูปที่ 1 แล้วลองพิจารณาว่าโวลต์มิเตอร์ทั้งสองจะแสดงค่าใด คุณจะต้องระบุสิ่งนี้ ปัญหาสามารถแก้ไขได้หลายขั้นตอน

ขั้นแรกให้คำนวณกระแสในวงจร ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องหารแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย (ในรูปนี้คือแบตเตอรี่กัลวานิกที่มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 V) ด้วยความต้านทานของวงจร เมื่อต่อตัวต้านทานแบบอนุกรม ค่านี้จะเป็นเพียงผลรวมของความต้านทาน ในรูปแบบของสูตร จะมีลักษณะดังนี้ I = U / (R1 + R2) = 4.5 / (100 + 150) = 0.018 (A) = 180 (mA)

หมายเหตุเล็กน้อย: หากคัดลอกนิพจน์ 4.5 / (100 + 150) ไปยังคลิปบอร์ดแล้ววางลงในหน้าต่างเครื่องคิดเลขของ Windows จากนั้นหลังจากกดปุ่ม "เท่ากับ" ผลลัพธ์ของการคำนวณจะได้รับ ในทางปฏิบัติ นิพจน์ที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้นซึ่งประกอบด้วยวงเล็บเหลี่ยม วงเล็บปีกกา กำลัง และฟังก์ชันจะได้รับการประเมิน

ประการที่สอง รับผลการวัดเมื่อแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัว:

U1 = ฉัน * R1 = 0.018 * 100 = 1.8 (V)

U2 = ฉัน * R2 = 0.018 * 150 = 2.7 (V)

ในการตรวจสอบความถูกต้องของการคำนวณก็เพียงพอที่จะเพิ่มค่าแรงดันตกคร่อมผลลัพธ์ทั้งสองค่า ปริมาณจะต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่

บางทีบางคนอาจมีคำถาม: “ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าตัวแบ่งไม่ได้ประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัว แต่สามหรือสิบตัวล่ะ? จะตรวจสอบแรงดันตกคร่อมแต่ละอันได้อย่างไร? เหมือนกับในกรณีที่อธิบายทุกประการ ขั้นแรกคุณต้องกำหนดความต้านทานรวมของวงจรและคำนวณกระแสรวม

หลังจากนั้นกระแสที่ทราบอยู่แล้วก็คูณด้วย บางครั้งจำเป็นต้องทำการคำนวณดังกล่าว แต่ก็มีปัญหาหนึ่งประการเช่นกัน เพื่อไม่ให้สงสัยผลลัพธ์ที่ได้ กระแสในสูตรควรแทนที่เป็นแอมแปร์ และความต้านทานเป็นโอห์ม จากนั้นไม่ต้องสงสัยเลยว่าผลลัพธ์จะเป็นโวลต์

ตอนนี้ทุกคนคุ้นเคยกับการใช้อุปกรณ์ที่ผลิตในจีนแล้ว แต่ไม่ได้หมายความว่าคุณภาพไม่ดี เพียงแต่ไม่มีใครในประเทศของเราคิดที่จะผลิตมัลติมิเตอร์ของตนเอง และเห็นได้ชัดว่าพวกเขาลืมวิธีสร้างเครื่องมือทดสอบพอยน์เตอร์ไปแล้ว เป็นเพียงความอัปยศของประเทศ

ข้าว. 2. มัลติมิเตอร์ DT838

กาลครั้งหนึ่งคำแนะนำสำหรับอุปกรณ์ระบุคุณสมบัติทางเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโวลต์มิเตอร์และเครื่องทดสอบพอยน์เตอร์ นี่คือความต้านทานอินพุต และระบุเป็นกิโลโอห์ม/โวลต์ มีอุปกรณ์ที่มีความต้านทาน 10 K/V และ 20 K/V อย่างหลังถือว่ามีความแม่นยำมากกว่าเนื่องจากเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้น้อยลงและแสดงผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถยืนยันได้จากรูปที่ 3

รูปที่ 3.

แรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ U คือแรงดันแอมพลิจูด 0.707 Um

U = Um/√2 = 0.707 * Um ซึ่งเราสามารถสรุปได้ว่า Um = U * √2 = 1.41 * U

เหมาะสมที่จะยกตัวอย่างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่นี่ เมื่อวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอุปกรณ์แสดง 220V ซึ่งหมายความว่าค่าแอมพลิจูดตามสูตรจะเป็น

อืม = U * √2 = 1.41 * U = 220 * 1.41 = 310V

การคำนวณนี้ได้รับการยืนยันทุกครั้งที่แรงดันไฟฟ้าหลักถูกแก้ไขโดยบริดจ์ไดโอดตามด้วยตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งตัว: หากคุณวัด ความดันคงที่ที่เอาต์พุตของบริดจ์อุปกรณ์จะแสดง 310V อย่างแน่นอน ควรจดจำตัวเลขนี้ซึ่งจะมีประโยชน์ในการพัฒนาและซ่อมแซมอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

สูตรนี้ใช้ได้กับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดหากมีรูปร่างเป็นไซน์ ตัวอย่างเช่น หลังจากหม้อแปลงสเต็ปดาวน์จะมีไฟ 12V AC จากนั้นหลังจากแก้ไขและปรับตัวเก็บประจุให้เรียบแล้วก็จะเป็นเช่นนั้น

12 * 1.41 = 16.92 เกือบ 17V แต่นี่คือถ้าไม่ได้เชื่อมต่อโหลด เมื่อโหลดที่เชื่อมต่ออยู่ แรงดันไฟ DC จะลดลงเหลือเกือบ 12V ในกรณีที่รูปร่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นอย่างอื่นที่ไม่ใช่คลื่นไซน์ สูตรเหล่านี้ใช้ไม่ได้ อุปกรณ์ไม่แสดงสิ่งที่คาดหวัง ที่แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ การวัดจะทำโดยอุปกรณ์อื่น เช่น ออสซิลโลสโคป

อีกปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการอ่านโวลต์มิเตอร์คือความถี่ ตัวอย่างเช่น มัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล DT838 วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในช่วงความถี่ 45...450 Hz ตามคุณลักษณะ เครื่องมือทดสอบพอยน์เตอร์ TL4 แบบเก่าดูค่อนข้างดีกว่าในเรื่องนี้

ในช่วงแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 30V ช่วงความถี่คือ 40...15000Hz (เกือบทั้งช่วงเสียง ซึ่งสามารถนำมาใช้เมื่อตั้งค่าเครื่องขยายเสียง) แต่เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ความถี่ที่อนุญาตจะลดลง ในช่วง 100V คือ 40...4000Hz, 300V 40...2000Hz และในช่วง 1000V คือ 40...700Hz เท่านั้น นี่คือชัยชนะเหนืออุปกรณ์ดิจิทัลอย่างไม่อาจโต้แย้งได้ ตัวเลขเหล่านี้ใช้ได้กับแรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์เท่านั้น

แม้ว่าบางครั้งจะไม่ต้องการข้อมูลเกี่ยวกับรูปร่าง ความถี่ และความกว้างของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับก็ตาม ตัวอย่างเช่น จะทราบได้อย่างไรว่าออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ของเครื่องรับคลื่นสั้นทำงานหรือไม่? ทำไมผู้รับไม่ "จับ" อะไรเลย?

ปรากฎว่าทุกอย่างง่ายมากหากคุณใช้อุปกรณ์พอยน์เตอร์ คุณต้องเปิดใช้งานจนถึงขีด จำกัด สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและสัมผัสขั้วของทรานซิสเตอร์ออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่ด้วยโพรบเดียว (!) หากมีการสั่นความถี่สูง ไดโอดภายในอุปกรณ์จะตรวจจับได้ และเข็มจะเบี่ยงเบนไปบางส่วนของสเกล