ЛЕКЦИЯ 11.
Измерение параметров сигналов электрических цепей.
Методы измерения напряжения и тока.
Измерение тока и напряжения осуществляется в цепях постоянного, переменного токов широкого диапазона частот и импульсных цепях.
В цепях постоянного тока наиболее высокая точность измерений, в цепях переменного тока она понижается с повышением частоты; здесь кроме оценки среднеквадратического, средневыпрямленного и максимального значений иногда требуется наблюдение формы исследуемого сигнала и знание мгновенных значений тока и напряжения.
Измерители тока и напряжения независимо от их назначения должны при включении не нарушать режима работы цепи измеряемого объекта; обеспечивать малую погрешность измерений, исключив при этом влияние внешних факторов на работу прибора, высокую чувствительность измерения на оптимальном пределе, быструю готовность к работе и высокую надежность.
Выбор приборов, выполняющих измерения тока и напряжения, определяется совокупностью многих факторов, важнейшие из которых:
|
|
- род измеряемого тока;
- примерные диапазон частот измеряемой величины и амплитудный диапазон;
- форма кривой измеряемого напряжения (тока);
- мощность цепи, в которой осуществляется измерение;
мощность потребления прибора;
- возможная погрешность измерения.
Измерение напряжения выполняют методами непосредственной оценки и сравнения.
Если необходимая точность измерения, допустимая мощность потребления и другие требования могут быть обеспечены амперметрами и вольтметрами электромеханической группы, то следует предпочесть этот простой метод непосредственного отсчета. В маломощных цепях постоянного и переменного токов для измерения напряжения обычно пользуются цифровыми и аналоговыми электронными вольтметрами. Если необходимо измерить напряжение с более высокой точностью, следует использовать приборы, действие которых основано на методах сравнения, в частности, на методе противопоставления.
Измерение тока возможно прямое – методом непосредственной оценки аналоговыми и цифровыми амперметрами и косвенное. При этом напряжение измеряется на резисторе с известным сопротивлением. Для исследования формы и определения мгновенных значений напряжения и тока применяют осциллографы.
Измерение напряжения в цепях постоянного тока.
Метод непосредственной оценки.
При использовании данного метода вольтметр подключают параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. При измерении напряжения на нагрузке R в цепи с источником энергии, ЭДС которого Е и внутреннее сопротивление R 0, вольтметр включают параллельно нагрузке (рис. 11.1.).
|
|
Если внутреннее сопротивление вольтметра R V, то относительная погрешность измерения напряжения
,
где U – действительное значение напряжения на нагрузке R до включения вольтметра; U x – измеренное значение напряжения на нагрузке R.
Отношение сопротивления R/R V обратно пропорционально отношению мощности потребления вольтметра P V к мощности цепи Р, поэтому
.
Для уменьшения погрешности измерения напряжения мощность потребления вольтметра должна быть мала, а его внутреннее сопротивление велико (R V ).
Напряжение в цепях постоянного тока можно измерить любым измерителем напряжения, работающим на постоянном токе (аналоговыми магнитоэлектрическим, электродинамическим, электромагнитным, электростатическим, аналоговым и цифровым электронными вольтметрами). Выбор измерителя напряжения обусловлен мощностью объекта измерения и необходимой точностью. Диапазон измеряемых напряжений лежит в пределах от микровольт до десятка киловольт. Если объект измерения мощный, используют электромеханические вольтметры и мощность потребления ими не учитывается; если же объект измерения маломощный, то мощность потребления нужно учитывать либо использовать электронные вольтметры.