2014-01-31
796
Особенности электронных измерительных приборов
n Основными достоинствами электронных измерительных приборов (ЭИП), по сравнению с электромеханическими, являются следующие:
n • малая мощность потребления от исследуемой цепи (источника сигнала), что обусловлено большим входным сопротивлением приборов (100000 - 10000000 Ом);
n • широкий диапазон исследуемых напряжений (от 10 мкВ до 1000 В) за счет применения усилителей и делителей;
n • высокая чувствительность (0,1... 1,0 мкВ);
n • широкий диапазон частот входных периодических сигналов (у некоторых типов — до 500 МГц);
n • более широкие функциональные возможности, возможность измерения одним прибором нескольких различных параметров (например, постоянного и переменного напряжения, сопротивления постоянному току, параметров комплексного сопротивления).
n К недостаткам ЭИП относятся следующие:
n • сравнительно большая инструментальная погрешность (1,5... 4 % ), за исключением термоэлектрических вольтметров;
n • сложность устройства ЭИП и, как следствие, сравнительно невысокая надежность и высокая стоимость;
|
|
|
n • требование дополнительного источника питания (или внешнего — электрической сети, или внутреннего — батареи);
n • сравнительно большие габариты и масса.
3.4. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СИГНАЛА
НА ПОКАЗАНИЯ ПРИБОРОВ
n Приборы градуируются в средних квадратических (действующих) значениях для частного (хотя и распространенного) случая синусоидальной (или — практически синусоидальной) формы сигнала.
n Приборы различных систем, подключенные параллельно к одному источнику синусоидального напряжения, давали бы похожие показания, достаточно близкие к реальному действующему значению (с учетом, конечно, их инструментальных погрешностей).
n Однако в выборе конкретных приборов для реальных экспериментов с заметно несинусоидальными сигналами следует быть осторожными, поскольку возможны значительные ошибки, так как не все типы приборов реагируют именно на действующее значение.
n Рассмотрим вопросы специфики реакции и градуировки приборов на примере различных аналоговых вольтметров переменного напряжения. Хотя, все справедливо и для электромеханических амперметров соответствующих систем.
К источнику прямоугольного напряжения u(t) амплитудой 100 В, частотой 50 Гц и скважностью 2 (рис. 3.28, а) подключены параллельно два вольтметра (рис. 3.28, 6): V1 — электромеханический выпрямительный вольтметр и V2 — электронный вольтметр с термоэлектрическим детектором (ТЭ вольтметр).
n Найдем показания приборов, пренебрегая всеми составляющими погрешностей результатов. Первый (выпрямительный) вольтметр V1, реагирующий на среднее выпрямленное значение UСВ входного напряжения, отградуирован в действующих значениях для случая синусоидального сигнала, т. е. его показания UV1 связаны с его реакцией коэффициентом формы синусоиды (KФsin = 1,1 1):
|
|
|
V1 = UСВ KФsin
n В данном эксперименте вольтметр V1, отреагировав на UСВ = 100 В, покажет
n Uv1 = 100 ·1,11 = 111 В,
n что не будет соответствовать реальному действующему значению измеряемого напряжения.
n Второй вольтметр V2 (электронный термоэлектрический) реагирует на истинное СКЗ напряжения и отградуирован, естественно, тоже в СКЗ. Поэтому его показание UV2 — правильное действующее значение входного сигнала, которое в данном случае равно 100 В.
n Разница между показаниями двух исправных приборов, подключенных к одному источнику напряжения, довольно велика и составляет более 10 %. Причина — резкая несинусоидальность входного напряжения u(t).
n Пример 2. Два вольтметра: V1 — электронный вольтметр с амплитудным детектором (АД) и V2 — электромеханический вольтметр электромагнитной системы параллельно подключены к источнику несинусоидального напряжения u(t) (рис. 3.29, а). Амплитуда измеряемого напряжения Umах = ±100 В, частота — 50 Гц, коэффициент амплитуды Kа =2.
n Пренебрегая всеми погрешностями, найти показания приборов (рис. 3.29, 6).
n Первый вольтметр V1 реагирует на амплитудное значение входного напряжения, а градуируется в действующих значениях для случая синусоидального сигнала, т. е. его показания UV1 связаны с его реакцией коэффициентом амплитуды Kа синусоиды ( Kаsin=1,41 ):
n UV1 =Umax / Kаsin.
n В этом эксперименте вольтметр, отреагировав на амплитуду Umax = 100 В, покажет
n UVI = 100: 1,41 = 71 В,
n что не равно реальному действующему значению измеряемого напряжения.
n Реальное действующее (среднее квадратическое) значение UCK, у данного сигнала:
n UCK = Umах / Kа = 100: 2 = 50 В.
n Второй вольтметр V2 (электромагнитной системы) реагирует именно на действующее значение измеряемого напряжения и отградуирован тоже в СКЗ. Он покажет правильное действующее значение входного сигнала, которое у данного сигнала равно
n U V 2 = U CK = 50 В.
n В этом случае столь большая разница (почти в полтора раза!) в показаниях двух приборов, на входе которых один и тот же сигнал — следствие значительной несинусоидальности исследуемого сигнала и различий в их принципах действия.
