Організація самостійної роботи

ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГИ

Контрольні запитання та завдання

Для допуску

1. З якою метою визначається АЧХ радіотехнічних пристроїв?

2. Опишіть методику вимірювання АЧХ чотириполюсника за допомогою ге-

нератору та вольтметру.

3. Поясніть принцип роботи ВЧХ.

4. Опишіть методику вимірювання АЧХ чотириполюсника за допомогою ВЧХ.

5. Як визначити наявність динамічних викривлень і як їх усунути?

6. Поясніть методику визначення похибки генератору міток ВЧХ.

7. Як визначити смугу пропускання чотириполюсника?

Для захисту

1. Вкажіть способи описання динамічних властивостей радіотехнічних кіл та пристроїв, поясніть їх.

2. Поясніть фізичний сенс АЧХ, опишіть методи отримання АЧХ, вкажіть переваги та недоліки цих методів.

3. Наведіть структурну схему ВЧХ Х1-48, поясніть призначення блоків та вказати вимоги, що висуваються до них.

4. Вкажіть шляхи досягнення необхідних метрологічних характеристик основних блоків ВЧХ.

5. Вкажіть призначення органів управління, розташованих на передній панелі приладу, і до яких блоків вони належать.

6. Поясніть призначення лінійно-ступінчатої розгортки.

7. Вкажіть причини динамічних викривлень ВЧХ.

Мета роботи – вивчення основних властивостей і галузей застосування електронних аналогових та цифрових вольтметрів та набуття практичних навичок роботи з ними.

5.1.1 Завдання до самостійної підготовки до роботи

Ознайомитися з основними властивостями, областями та особливостями застосування магнітоелектричної та випрямляючої систем, а також електронних аналогових та цифрових вольтметрів [5, 7].

Ознайомитися з порядком повірки вольметрів [11].

5.1.2 Методичні вказівки до самостійної підготовки

Напруга є одним з найважливіших параметрів електричного сигналу. На практиці є необхідність вимірювання напруги в широких межах від одиниць нановольт до десятків кіловольт. Частотний діапазон напруги, що вимірюється, сягає від постійної напруги до одиниць гігагерць. Похибка, з якою вимірюють напругу, також лежить в широких межах, від тисячних відсотків до 10%.

5.1.2.1 Постійну напругу вимірюють вольтметрами магнітоелектричної, електродинамічної та електростатичної систем. Для точних вимірювань служат компенсатори постійної напруги, або потенціометри. Постійну напругу від долей вольта до декількох кіловольт вимірюють електронними вольтметрами, головною особливістю яких є великий вхідний опір, отже, невелике споживання потужності від об’єкту вимірювання.

Цифрові електронні вольтметри постійної напруги є одним з найрасповсюджених видів цифрових вимірювальних приладів, оскільки цифрові вимірювачі інших величин використовують додаткове перетворення в постійну напругу. Основні метрологічні властивості визначаються засобом аналогово-цифрового перетворення: використовується часове перетворення, частотне перетворення з інтегрування, перетворення на основі порозрядного врівноваження.

5.1.2.2 Змінна напруга характеризується піковим (амплітудним) значенням і трьома інтегральними параметрами: середньоквадратичним , середнім , середньовипрямленим значеннями . Таким чином, вольтметри змінної напруги в залежності від детектора, що в них використовується, поділяються на пікові (амплітудні), вольтметри середньоквадратичних і середньовипрямлених значень і відповідно виміряють ці значення.

Принцип дії електронного вольтметру змінної напруги полягає в перетворенні змінної напруги в постійну, прямо пропорційну відповідному значенню змінної напруги, і вимірюванні постійної напруги електромеханічним приладом або цифровим вольтметром. При цьому можливі два варіанти побудови функціональних схем приладів.

В першому – напруга, щo вимірюється підсилюється, після чого перетворюється детектором або термоперетворювачем та виміряється магнітоелектричним приладом або відразу після підсилення електростатичним приладом. При цьому досягається висока чутливість вольтметрів – до мікровольта та менш, а частотний діапазон визначається смугою підсилювача або смугою детектора.

Другий варіант передбачає попереднє перетворення змінної напруги в постійну з наступним підсиленням за допомогою підсилювача постіного струму та вимірюванням магнітоелектричним приладом. Частотний діапазон розширюється до 1000 мГц, а мінімальне значення вимірювальних напруг зростає до одиниць мілівольт.

5.1.2.3 Значення змінної напруги, що виміряне електронним вольтметром, визначається типом вимірювального перетворювача змінної напруги в постійну.

Однак шкали більшості вольтметрів градуюються в середньоквадартичних значеннях на синусоідальній напрузі. Тому при вимірюванні середньоквадратичного значення напруги несинусоідальної форми може виникнути похибка.

Виконання вимірювань і оцінка похибки пов’язані з необхідністю визначати за допомогою будь-якого вольтметра будь-яке значення будь-якої за формою напруги.

Знаючи середньоквадратичне значення напруги, отримати амплитудне або середьовипрямлене значення можна за формулами відповідно

, ,

де , - коефіцієнти амплітуди і форми відповідно.

Для синусоідальної напруги =1,41, =1,11.

Таким чином, скоректувати покази вольтметрів для отримання різних значень напруги при несинусоідальній напрузі, можна знаючи його , . В табл. 5.1 наведені множники, що пов’язують покази приладу з різними значеннями змінних напруг.

Таблиця 5.1 – Множники для визначення значень несинусоідальної

напруги за показаннями вольтметру

Тип детектора вольтметра
Піковий	1,41
Середньоквадратичних значень
Середньовипрямлених значень			0,9

Таким чином, знаючи форму напруги і тип детектора вольтметра, можна визначити будь-яке значення напруги.

5.1.2.4 При вимірюванні змінної напруги виникає похибка вольтметрів від частоти. З підвищенням частоти додаткова частотна похибка вольтметрів, як правило, зростає.

Частотна похибка електродинамічних приладів зумовлюється зростанням реактивного опору котушок і додаткових резисторів при зростанні частоти. На практиці електродинамічні вольтметри можуть застосовуватись до частоти порядку сотень герц, а з додатковою компенсацією, коли додаткові резистори шунтуються ємністю, до декількох кілогерц.

Частотна похибка електромагнітних вольтметрів зумовлена зростанням втрат на вихрові струми у феромагнітному осерді, а також зменшенням сили струму та магнітного поля котушки внаслідок зростання реактивного опору. Тому частотний діапазон цих вольтметрів вужчий і складає декілька сотень герц, а з частотною компенсацією до одного кілогерца.

Частотна похибка приладів, що являють собою магнітоелектричний перетворювач, з’єднаний з перетворювачем змінного струму в постійний за схемою одно- або двонапівперіодного випрямляча, визначається властивостями випрямляча. Робочий частотний діапазон цих приладів обмежується декількома десятками кілогерц.

5.1.2.5 Загальна повірка вольтметрів включає зовнішній огляд, визначення похибки та варіації показань, дослідження впливу зовнішніх магнітних полів, вимір опору приладів, іспит на електричну міцність, визначення часу заспокоєння та неповернення стрілки до нульової відмітки, попереднє прогрівання та ін.

В результатів повірки оцінюється систематична , випадкова та загальна похибки, а також варіація показань засобом порівняння показань приладу, що повіряється, зі зразковим приладом. Ці метрологічні характеристики визначаються за стандартною методикою, яка наведена в [Электрорадиоизмерения: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Высш. Школа, 1976. – 263 с.].