Методи вимірювання змінних напруг різної форми.
10.1. Теоретична частина
Змінні напруги характеризуються піковим (амплітудним), середнім і среднеквадратическим значеннями. Надалі будемо називати їх параметрами напруги.
Змінні напруги можуть мати різні закони зміни в часі (різні ферми). Вони можуть бути синусоїдальними, прямокутними, імпульсними і іншими більш складними за формою.
Пікове значення - Um - це найбільше миттєве значення напруги за період (рис. 10.1 а, б).
При різнополярних несиметричних кривих напруги розрізняють позитивне (Um +) і негативний (Um-) пікові
значення.
Середнє значення - Uср - за період (постійна складова) - це середнє арифметичне миттєвих значень за період.
Середньовипрямлене значення - Uсв (розглядається двох-полупериодного випрямлена напруга) - середнє арифметичне з абсолютних миттєвих значень (рис. 1 в).
Для однополярних напруг середнє і середньовипрямлене значення рівні. Для різнополярних напруг ці два параметри можуть істотно відрізнятися один від одного. Так, для гармонійного напруги
Середньоквадратичне напруги е - U - за період визначається як корінь квадратний із середнього значення квадрата напруги:
Р
ис. 10.1. Графіки напруг із зазначенням:
а, б - пікового значення;
в - средневипрямленного значення
Т - період коливання;
U (t) - функція, що описує закон зміни миттєвого значення напруги в часі;
U - середньоквадратичне значення змінної напруги за
період.
З
в'язь між піковим (амплітудним), среднеквадратическим і середньовипрямлене значеннями напруги даної конкретної форми встановлюється через коефіцієнти амплітуди
і
коефіцієнти форми кривої
Значення коефіцієнтів Ка і Кф для поширених на практиці форм кривих напруг наведені в таблиці 1. Користуючись таблицею 1. визначимо наступне:
1). Для синусоїдального напруги:
2
). Для пилкоподібної напруги і симетричного напруги трикутної форми:
3
). Для напруги прямокутної форми з симетричними відносно осі часу напівперіодами і для симетричного напруги прямокутної форми:
Р
ис. 10.2. графіки:
однополярних позитивних імпульсів (а);
постійної складової послідовності однополярних позитивних прямокутних імпульсів (б);
змінної складової послідовності однополярних позитивних прямокутних імпульсів, ізмеряемихвольтметром в закритому входом (в).
П
відстояти складова послідовності однополярних прямокутних імпульсів визначається наступним чином (рис.10.2)
де Q - шпаруватість імпульсів, а коефіцієнт амплітуда і коефіцієнт форми рівні. На рис. 10.2 б, впоказани, відповідно, постояннаяU0 і змінна U ', складові послідовності.
Е
кщо для вимірювання тиску використовується вольтметр з піковим детектором і закритим входом, то він виміряє амплітуду:
тобто він виміряє пікове значення без постійної складової. ЗначеніеUm можна обчислити таким чином:
З
реднеквадратіческое значення напруги визначається так:
П
ріведенние співвідношення дозволяють за результатами вимірювань розрахувати всі параметри напруги синусоїдальної і імпульсної форми.
10.2. Техніка вимірювання напруги
При вимірі напруг необхідно вирішити такі технічні питання.
1) .Вибрать тип приладу або, якщо це необхідно, типи приладів, найбільш придатних для вирішення даної вимірювальної завдання.
2). Підготувати обраний прилад для вимірювання.
3). Виміряти величину напруги.
4). При необхідності виконати розрахунки для визначення інших параметрів напруги.
При виборі типу вольтметра враховують наступне.
1) .Род і форму вимірюваної напруги (постійне, змінне, імпульсне).
2). Яку характеристику величини напруги необхідно виміряти (амплітудне, среднеквадратическое або середньовипрямлене значення).
3). Очікувану величину вимірюваної напруги, область його частот або тривалість імпульсів.
4). Допустиму похибку вимірювання.
5). Опору ділянки кола, паралельно з яким підключається вольтметр.
Загальні відомості про вольтметрах.
Є вольтметри, що вимірюють середньовипрямлене, среднеквадратическое і амплітудне значення.
Вольтметри среднеквадратических значень забезпечують найбільш високу точність вимірювання тиску, що мають велику кількість гармонійних складових.
Вольтметри средневипрямленних значень забезпечують найбільш високу точність при вимірюванні напруг з малим рівнем вищих гармонійних складових.
Вольтметри амплітудних значень відрізняються найбільшим діапазоном частот. Їх недоліком є невисока точність при вимірюванні напруг з великим рівнем гармонійних складових і невелика чутливість.
Для вимірювання амплітуди пилкоподібної напруги найбільш раціонально використовувати імпульсний вольтметр з відкритим входом або в крайньому випадку з закритим входом. Застосування приладів інших типів викликає необхідність виконання певного розрахунку.
Амплітуда (пікове значення) напруги періодичної послідовності позитивних імпульсів може бути виміряна
вольтметрами різних типів.
Для вимірювання амплітуди (пікового значення) заданої форми сигналу найбільш раціонально застосовувати імпульсний вольтметр з відкритим входом або в крайньому випадку з закритим входом. Застосування приладів інших типів викликає необхідність виконання певного розрахунку.
Визначення амплітуди (пікового значення) Um напруги періодичної послідовності різнополярних прямокутних імпульсів з тривалістю tu і періодом повторення Т.
Д
ля вимірюваної форми напруги мають місце такі співвідношення:
де Q - шпаруватість імпульсів.
Для вимірювання средневипрямленного значення напруги необхідно використовувати вольтметр з детектором средневипрямленного значення і з відкритим входом, шкала якого отградуирована в середньоквадратичних значеннях синусоїдальної напруги. При определенііU0 = Uсвпо показаннями приладу потрібно врахувати градуювання шкали, тобто.
Е
кщо для вимірювання параметрів напруги застосувати вольтметр з квадратичним детектором, відкритим входом і шкалою, отградуированной в середньоквадратичних значеннях синусоїдальної напруги, то цей прилад покаже безпосередньо середньоквадратичне значення вимірюваного напруги, тобто.
10.3. Опис лабораторного стенду.
Лабораторний стенд містить: генератори змінного напруги різної форми; вольтметри різних типів, електронний осцилограф.
Як досліджуваних змінних напруг використовуються: синусоїдальна напруга, що отримується на виході генератора типу (Г1); періодична послідовність, що отримується в результаті детектування (однополупериодного випрямлення) вихідного сигналу генератора (Г2); періодична послідовність, що отримується в результаті двухполуперіодного випрямлення вихідного сигналу генератора (Г3); Пікоподібне напруга з генератора (Г4); послідовність прямокутних імпульсів з генератора типу (Г5).
Використовується світлопроменевий електронний осцилограф. Основні характеристики вольтметрів, що входять до складу лабораторного стенду, наведені в таблиці 10.2.
Позначення на стенді
Ріс.10.3. схема вимірювання
При складанні схеми необхідно правильно поєднувати вхідні клеми вольтметра V з джерелом вимірюваної напруги. Зазвичай спочатку приєднують до відповідного контакту джерела сигналу "загальний" контакт вольтметра, що має маркування "┴", "*" або інше позначення, потім інший контакт. При необхідності (якщо це обумовлено інструкцією по експлуатації генератора) до вихідних клем джерела підключається навантажувальний резісторRK або узгоджувальний, трансформатор.
Електронний осцилограф (30) застосовується для візуалізації форми досліджуваних сигналів і для оцінки їх часових параметрів.
10.4. Порядок виконання роботи.
1. Ознайомитися з застосовуваними приладами та обладнанням, з технічними описами генераторів і вольтметрів.
2. Включити генератори і дати їм прогрітися.
3. Зібрати схему вимірювання.
4. Виміряти за допомогою вольтметрів значення досліджуваних напруг для 3-х заданих рівнів. Результати вимірювань, а також розрахунків звести в таблицю 10.3.
Курс дисципліни передбачає виконання лабораторнихработ Вивчення студентом теоретичного матеріалу покурсу. з системи. Довге ім'я - ім'я папки або файлу. 1 - 15 підготовлений за текстами "Збірника тестових завдань покурсу" Інформатика "[16]. 3.
лабораторних. курс. назва збірки. роботі): по спец. частини: ___________________________________________________________ (прізвище, ім'я. по батькові) з технічної частини: ____________________________________________________ (прізвище, ім'я. по батькові) по.
і пристроях обробки; мати уявлення про методи оптимізації. з Акулінічев Ю.П. Дроздова В.І. Збірник завдань по теорії інформації. - Томськ. лабораторнихработ 4 4 Допуск, звіт, захист 1-17 16 Оглядові і доповнюють виступи по розділах курсу.
і пристроях обробки; мати уявлення про методи. с. Акулінічев Ю.П. Дроздова В.І. Збірник завдань по теорії інформації. - Томськ: ТГУ. лабораторнихработ 4 4 Допуск, звіт, захист 1-17 16 Оглядові і доповнюють виступи по розділах курсу.