Indledning.
1.Målemetoder
1.1 Direkte vurderingsmetode
1.2 Sammenligningsmetode
2. Måleinstrumenter (elektromekaniske amperemetre og voltmetre)
2.1 Magnetoelektriske enheder
2.2 Elektromagnetiske enheder
2.3 Elektrodynamiske enheder
2.4 Ferrodynamiske enheder
2.5 Elektrostatiske enheder
2.6 Termoelektriske enheder
2.7 Ensretteranordninger
Konklusion.
Indledning.
I en tid med den videnskabelige og teknologiske revolution er tempoet i udviklingen af videnskab og teknologi i vid udstrækning bestemt af det videnskabelige og tekniske måleniveau. Til gengæld udviklingsniveauet måleteknologi er en af de vigtigste indikatorer for videnskabens og teknologiens fremskridt. Dette gælder især for elektriske og radiomålinger, da forskning inden for fysik, radioteknik, elektronik, astronautik, medicin, biologi og andre grene af menneskelig aktivitet er baseret på målinger af elektromagnetiske størrelser.
Hovedretningerne for den kvalitative side af udviklingen af elektrisk og radiomåleudstyr er:
· øget målenøjagtighed;
· automatisering af måleprocesser;
· øge hastigheden og pålideligheden af måleinstrumenter;
· reduktion af strømforbrug og dimensioner af alt måleudstyr.
Elektroradiomålinger er ligesom andre målinger baseret på metrologi.
Metrologi er videnskaben om målinger, metoder og midler til at sikre deres enhed og måder at opnå den nødvendige nøjagtighed på.
1.Målemetoder
Før du måler strøm (spænding), skal du have en ide om dens frekvens, form, forventede værdi, påkrævet målenøjagtighed og modstanden af det kredsløb, hvor målingen udføres. Denne foreløbige information giver dig mulighed for at vælge den mest passende målemetode og måleinstrument.
Til måling af strøm og spænding anvendes den direkte vurderingsmetode og sammenligningsmetoden.
1.1 Direkte vurderingsmetode
· den indre modstand af amperemeteret RA skal være meget mindre end belastningsmodstanden Rн;
· den indre modstand af voltmeteret RV skal være meget større end belastningsmodstanden Rн;
Manglende opfyldelse af disse betingelser fører til en systematisk metodisk fejl, som tilnærmelsesvis vil falde sammen med værdierne af forholdene RA/RNH og RN/RV. Betingelsen RV > RН er især svær at opfylde ved måling af spænding i områder (belastninger) med høj modstand i den såkaldte lavstrømskredsløb. Til dette formål bruges elektroniske voltmetre med indgangsmodstand på op til hundredvis af megaohm.
Efterhånden som frekvensen stiger, stiger fejlen i strømmålinger.
1.2 Sammenligningsmetode
Sammenligningsmetoden giver højere målenøjagtighed. Det udføres ved hjælp af enheder - kompensatorer, kendetegnet ved den egenskab, at der på målingstidspunktet ikke forbruges strøm fra kredsløbet, der måles, dvs. indgangsimpedansen er praktisk talt uendelig. Denne egenskab tillader brug af kompensatorer til måling af EMF. Sammenligningsmetoden er også implementeret i digitale diskrete voltmetre og analoge kompensationsvoltmetre, på grund af hvilke målefejlen er tiendedele, hundrededele og endda tusindedele af en procent.
2. Måleinstrumenter (elektromekaniske amperemetre og voltmetre)
Elektromekaniske måleinstrumenter refererer til direkte konverteringsanordninger, hvor den elektriske målte størrelse x direkte konverteres til aflæsninger fra en aflæsningsanordning. Således består enhver elektromekanisk enhed af følgende hoveddele:
· ubevægelig, forbundet til enhedens krop;
· bevægelig, mekanisk eller optisk forbundet med en læseenhed.
Aflæsningsenheden er designet til at observere værdierne af den målte mængde. Den består af en skala og en markør placeret på forsiden af enheden. En skala er et sæt mærker (streger) arrangeret i en bestemt rækkefølge, og nogle af dem har referencenumre svarende til et antal på hinanden følgende værdier af den mængde, der måles. Skalaer kan være ensartede og ujævne (kvadratisk, logaritmisk osv.). Afstanden mellem to tilstødende streger kaldes en skaladeling. Forskellen i værdierne af den målte mængde svarende til to tilstødende mærker kaldes divisionsprisen.
Indikatorer er opdelt i pil og optisk. Optiske indikatorer består af en lyskilde, et spejl placeret på en bevægelig del og et system af spejle, der forlænger lysstrålens bane og dirigerer den til en gennemskinnelig skala. Optiske indikatorer giver større følsomhed af enheden og lavere læsefejl sammenlignet med pointer-indikatorer.
Den bevægelige del af enheden er udstyret med en aksel eller akselaksler, som ender med stålkerner presset ind i dem. Sidstnævnte hviler på korund- eller rubinlejer (fig. 2, a). Friktionen af kernen på tryklejet reducerer følsomheden og nøjagtigheden af enheden, så den bevægelige del er installeret på afstivere eller ophæng (fig. 2, b, c).
Den elektromekaniske måleanordning indeholder følgende komponenter:
· enhed, der skaber drejningsmoment;
· en enhed, der skaber et modvirkende moment;
· beroligende middel
Elektromagnetisk energi Wem kommer fra det målte objekt til enheden, der skaber drejningsmoment og får den bevægelige del af enheden til at rotere. Drejningsmomentet MV kan udtrykkes ved Langrange-ligningen af den anden slags:
(1)
Under påvirkning af moment vil den bevægelige del altid dreje, indtil den stopper. Der kræves et modvirkende moment Mn, rettet mod momentet. Det modvirkende moment kan opnås på grund af mekanisk el elektrisk strøm. I det første tilfælde er det skabt ved hjælp af flade spiralfjedre eller metaltråde, fastgjort i deres ender til de faste og bevægelige dele af enheden og snoet, når den bevægelige del drejes. Det mekaniske modvirkende moment er direkte proportional med omdrejningsvinklen a.
Målinger DC og spændinger er produceret ved hjælp af enheder af magnetoelektriske, elektromagnetiske, elektrodynamiske systemer spænding måles også af elektrostatiske og elektroniske voltmetre. Derudover bruges DC-kompensatorer til mere nøjagtige målinger.
Magnetoelektriske målemekanismer er direkte mikro- og milliameter eller millivoltmeter, og i kombination med shunts og yderligere modstande - henholdsvis amperemetre og voltmetre.
For at måle og detektere små strømme (10 -11 - 10 -5 A) og spændinger (mindre end 10 -4 V), bruges galvanometre - meget følsomme målemekanismer, normalt af et magnetoelektrisk system. I modsætning til instrumenter, hvis skalaer er gradueret i målte mængder, har galvanometre en unavngiven skala, hvis divisionsværdi er angivet i enhedens pasdata eller bestemmes eksperimentelt.
Måling af jævnstrøm og spændinger kan udføres ved hjælp af amperemetre og voltmetre af elektromagnetiske og elektrodynamiske systemer. De bruges hovedsageligt til målinger i kredsløb AC.
Elektrostatiske målemekanismer er elektrostatiske voltmetre, fordi de direkte kan måle spænding. Den række af spændinger, de måler, spænder fra snesevis af volt til hundredvis af kilovolt. For at måle spændinger op til 3 kV anvendes målemekanismer med varierende aktivitet af elektrodeoverfladen. Voltmetre er fremstillet som single-limit og multi-limit, bærbare (op til 30 kV) og stationære (til måling af høje spændinger, over 30 kV).
Nøjagtighedsklassen for moderne elektrostatiske voltmetre når 0,1 og endda 0,05 (S-71), dog fremstilles enheder i klasse 1,5 oftest; 2 og 2.5. For at reducere påvirkningen af eksterne elektrostatiske felter anvendes elektrostatisk afskærmning. Målegrænserne udvides ved hjælp af modstandsspændingsdelere.
De vigtigste fordele ved elektrostatiske voltmetre er: meget lavt iboende strømforbrug (høj indgangsmodstand, 10 10 ohm), evnen til at måle direkte og vekselspændinger, evnen til direkte at måle højspændinger. Ulemper inkluderer lav følsomhed og ujævn skala.
Måling konstante spændinger fra fraktioner af en volt til flere kilovolt kan udføres ved hjælp af elektroniske voltmetre, som indeholder en målemekanisme og et DC-rør eller transistorforstærker. Der findes flere typer elektroniske DC voltmetre, men de er alle karakteriseret ved blokdiagrammet vist i figur 6.1.
6.1.
Ris. 6.1.
Indgangsenheden (spændingsdeleren), som spændingen U X påføres, giver dig mulighed for at ændre målegrænserne og giver enheden en høj inputmodstand.
Et magnetoelektrisk mikroamperemeter med et måleområde på 50-500 μA bruges normalt som målemekanisme.
DC-forstærkere er designet til at øge enhedens følsomhed, hvilket øger effekten af det målte signal til et niveau, der sikrer den nødvendige afvigelse af målemekanismens pointer. Forstærkerne har høj indgangs- og lav udgangsimpedans. Dette sikrer matchning af voltmeterets inputmodstand (10 - 20 MOhm) med mikroamperemeterets lave interne modstand. Oftest laves forstærkere i form af brokredsløb med feedback. Elektroniske voltmetre med skiveaflæsning har følgende funktioner
: høj inputmodstand og derfor lavt strømforbrug fra måleobjektet; høj følsomhed med et stort måleområde; evne til at modstå overbelastninger; relativt lav målehastighed (på grund af inertien af den magnetoelektriske målemekanisme); behov for strøm (fra lysnettet eller batteri); store fejl (den primære reducerede fejl er 2 - 3%). I øjeblikket, selvfølgelig, større fordeling
Ulemper omfatter enhedens kompleksitet, mindre pålidelighed og høje omkostninger.
Der er forskellige principper konstruktion af digitale DC voltmetre:
- I henhold til den type elementer, der bruges i kredsløbene, er de opdelt i:
- elektromekaniske;
- elektronisk;
- kombineret.
- Ifølge metoden til analog-til-digital konverteringer er de opdelt i enheder med:
- rumlig kodning;
- mellemkonvertering (til tidsinterval, frekvens, fase osv.);
- balanceret referencespænding (mest nøjagtig).
Det er nemt at indsende dit gode arbejde til videnbasen. Brug formularen nedenfor
Studerende, kandidatstuderende, unge forskere, der bruger videnbasen i deres studier og arbejde, vil være dig meget taknemmelig.
Udgivet på http://www.allbest.ru/
Federal Agency for Education
Statens uddannelsesinstitution
videregående faglig uddannelse
"Omsk State Technical University"
Institut for Informations- og Måleteknologi
Abstrakt om emnet:
"Metoder til måling af jævnspænding"
Fuldført:
elev af gruppe IE-417
Vasilyeva E.Yu.
Tjekket:
lærer
Sayfutdinov K.R.
DC spændingsmåling
Direkte vurderingsudstyr. Ved brug af den direkte vurderingsmetode forbindes voltmeteret parallelt med den del af kredsløbet, hvor spændingen skal måles. Ved måling af spændingen over en belastning R i et kredsløb med en energikilde, hvis emk er E og indre modstand Rist, tændes voltmeteret parallelt med belastningen (fig. 1). Hvis voltmeterets indre modstand er lig med Rv, så er den relative fejl ved måling af spændingen
hvor og er den faktiske værdi af spændingen over belastningen R før du tænder for voltmeteret; ux - målt spændingsværdi ved belastning R.
Da forholdet R/Rv er omvendt proportionalt med forholdet mellem strømforbruget af voltmeteret Pv og effekten af kredsløbet P, så
Jo mindre Pv og Rist er, jo mindre er fejlen.
Spændingsmålinger i DC-kredsløb kan udføres med alle DC-spændingsmålere (magnetoelektriske, elektrodynamiske, elektromagnetiske, elektrostatiske, analoge og digitale voltmetre). Valget af et voltmeter bestemmes af styrken af det objekt, der måles, og den nødvendige nøjagtighed. Området af målte spændinger spænder fra fraktioner af mikrovolt til titusinder af kilovolt.
Fig. 1. Tilsvarende kredsløb for et voltmeter i et magnetoelektrisk system (a) og et kredsløb til at forbinde det med spændingsmålingskredsløbet (b)
Hvis den nødvendige målenøjagtighed og tilladte strømforbrug kan leveres af enheder af den elektromekaniske gruppe, bør denne enkle metode til direkte aflæsning foretrækkes. Ved måling af spænding med højere nøjagtighed bør der anvendes instrumenter baseret på sammenligningsmetoder. Enhver målemetode kan bruge analoge og digitale aflæsninger.
DC-spændingsmåling ved sammenligningsmetode
I instrumenter til måling af jævnspænding anvendes følgende sammenligningsmetoder i vid udstrækning: kompensation og differential.
Kompensationsmetoden er baseret på at balancere (kompensere) den målte spænding med et kendt spændingsfald over reference- (måle-)modstanden. Indikator enhed registrerer ligheden af de målte og kompenserende størrelser.
Kompensationsmetoden er kendetegnet ved høj nøjagtighed, bestemt af målingens nøjagtighed og indikatorens følsomhed. Potentiometre, potentiometriske og integropotentiometriske digitale voltmetre er baseret på denne metode.
Med differentialmetoden sker der ikke fuldstændig afbalancering. Enheden måler forskellen mellem den målte mængde og målingen og kalibreres i enheder af den målte mængde. Den målte mængde bestemmes af måleværdien og apparatets aflæsninger. Denne metode giver dig mulighed for at opnå resultater med høj nøjagtighed, selv når du bruger relativt grove forskelsmåleværktøjer. Implementeringen af denne metode er dog kun mulig, hvis målingen gengives med stor nøjagtighed, hvis værdi er valgt til at være tæt på værdien af den målte mængde.
Lad værdien af den målte spænding ux skrives som
hvor uobr er værdien af referencespændingen (mål); - ikke-kompensationsspænding målt af måleapparatet; a er målefejlen for forskellen ux - urev.
Da urev er meget større, er den relative målefejl ux signifikant mindre end den relative målefejl. Hvis urev = 9,9 V, = 0,1 V, så (0,01%). For at opnå en så høj nøjagtighed kan der således anvendes et relativt råt instrument. Men i denne måling er det nødvendigt at bruge et meget nøjagtigt mål for u, hvis værdi bestemmes med en endnu mindre (end 0,01%) fejl.
DC-potentiometre
spænding jævnstrøm voltmeter
Strøm- og spændingsmåling analoge enheder direkte vurdering foretages i bedste tilfælde med en fejl på 0,1 %. Mere nøjagtige målinger kan foretages ved hjælp af kompensationsmetoden. Enheder baseret på kompensationsmetoden kaldes potentiometre eller kompensatorer. Spændingskompensation eller EMF-kompensationskredsløb anvendes hovedsageligt (fig. 2. a), elektrisk strøm(Fig. 2. 6) og en balanceret bro. Ved spændingsmåling er spændingskompensationskredsløbet mest udbredt (fig. 2.a).
Ris. 2. Blokdiagrammer over kompensation for konstant spænding (a) og strøm (b)
I dette kredsløb er den målte spænding uh afbalanceret af en kendt kompensationsspænding uk, som er modsat fortegn. Spændingsfaldet uk skabes af strømmen Iр over den variable referencemodstand Rk. Modstanden Rk ændres indtil uk er lig med ux. Kompensationsmomentet (balancering) bestemmes af fraværet af strøm i indikatorkredsløbet I. Kompensationsspændingen u = IpRk kan ændres ved at ændre modstanden Rk ved en konstant værdi af driftsstrømmen Iр.
Fordelen ved kompensationsmetoden er, at i øjeblikket med fuld kompensation af strømmen fra kilden til den målte EMF i kompensationskredsløbet. I dette tilfælde er det EMF-værdien, der måles, og ikke spændingen ved kildeterminalerne. Derudover eliminerer fraværet af strøm i nulindikatorkredsløbet indflydelsen af modstanden af forbindelsesledningerne på måleresultatet. I dette tilfælde er kompensatorens udgangsmodstand lig med uendelig, dvs. med fuld kompensation forbruges der ingen strøm fra måleobjektet.
Forenklet kredsløbsdiagram, som ligger til grund for næsten alle DC potentiometre, er vist i fig. 3. Den indeholder tre kredsløb: et eksemplarisk EMF-kredsløb, som omfatter en kilde til eksemplarisk EMF Eobr. eksemplarisk modstand Robr og indikator I; et arbejds- eller hjælpekredsløb indeholdende en hjælpestrømkilde Ev, en justeringsmodstand Rp, et kompenserende modstandslager Rk og en referencemodstand Robr; et målekredsløb bestående af en kilde til målt EMF Ex, en indikator I og et kompenserende modstandslager Rk.
Ris. 3. Forenklet kredsløbsdiagram af DC potentiometer
Arbejdet begynder med indstilling af driftsstrømmen i kompensatorens driftskredsløb ved hjælp af en hjælpekilde. EUR. Værdien af driftsstrømmen Iр styres af EMF for et standard normalt element. For at gøre dette, ved position 1 af kontakten P, ved hjælp af reostaten Rp, indstilles værdien Iр således, at spændingsfaldet, det skaber over modstanden Rrev, er lig med EMF for det normale element Erev. Ved kompensation vil jeg vise fraværet af strøm i det normale elements kredsløb:
hvor er værdien af standardmodstanden Rrev ved kompensation for EMF Erev.
For at måle Ex sættes kontakten P i position 2 og ved at justere kompensationsmodstanden Rk bringes strømmen vepi I igen til nul, mens
hvor er værdien af den kompenserende modstand Rk ved kompensation for EMF Ex.
Da der i ligevægtsøjeblikket ikke er nogen strøm i indikatorkredsløbet, kan vi antage, at potentiometerets inputmodstand Rin (fra siden af den målte EMF) er lig med uendeligt, dvs. med spændingskompensation (EMF)
Dette viser en af hovedfordelene ved kompensationsmålingsmetoden - fraværet af strømforbrug fra måleobjektet. Fra ligningen Ex= er det klart, at den ukendte spænding sammenlignes med et eksemplarisk mål - EMF for et normalt element. Den gennemsnitlige værdi af EMF for normale normale elementer ved en temperatur på 20 "C er kendt med femte decimal og er lig med Erev = 1,0186 V. Da den ukendte EMF Ex er relateret til EMF af et normalt element Erev ved forhold, derfor bestemmes nøjagtigheden af måleresultatet af fremstillingsnøjagtigheden og justering af de eksemplariske Rrev- og kompenserende Rk-modstande.
Nøjagtigheden af at etablere balanceringsmomentet bestemmes af nulindikatorens følsomhed.
Som følge heraf bestemmes nøjagtigheden af kompensationskredsløbet af nøjagtigheden af indstilling og opretholdelse af driftsstrømmen Iр, nøjagtigheden af fremstilling og montering af de eksemplariske Ro6p- og kompenserende Rk-modstande og indikatorens følsomhed.
En af de vigtigste egenskaber ved et potentiometer er dets følsomhed. Følsomheden S af et potentiometer forstås som S = SiSk, hvor Si er følsomheden af indikatoren; Sk er følsomheden af kompensationskredsløbet.
Indikatorens følsomhed bestemmes af den anvendte måler, derfor er det nødvendigt at finde følsomheden af kompensationskredsløbet Sk. Kompensationskredsløbets følsomhed bestemmes af forholdet mellem strømtilvæksten i indikatoren, der opstår, når en EMF-tilvækst vises i et balanceret kredsløb til denne stigning, dvs. Sk =
Nuværende stigning
hvor Ri er indikatormodstanden; Rx - kildemodstand for den målte EMF Eks. Derfor potentiometerets følsomhed
Kredsløbets følsomhed skal vælges i nøje overensstemmelse med den tilladte målefejl
Dette udtryk giver dig mulighed for at bestemme den nødvendige følsomhed af nulpointeren. Højfølsomme direkte måleapparater, autokompensations- og fotokompensationsforstærkere osv. bruges som nulpointere. Modelmodstanden Robr er strukturelt et modstandslager bestående af to dele: en konstant modstand og et såkaldt temperaturdekade. Dette årti giver dig mulighed for at justere i overensstemmelse med den faktiske værdi af EMF Erev ved en given temperatur, hvilket sikrer nøjagtig indstilling af driftsstrømmen Irev.
Baseret på modstandsværdien af målekredsløbet er potentiometre opdelt i lav-modstand og høj-modstand. Potentiometre med lav modstand (med en modstand på mindre end 1000 ohm) bruges til at måle lave spændinger (op til 100 mV), høj modstand
(med en modstand på mere end 1000 ohm) - til måling af spændinger op til 1 - 2,5 V.
Kompensationsmålingsmetoden er en af de mest nøjagtige. DC potentiometre er tilgængelige i nøjagtighedsklasser 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.
Ifølge metoden til at indføre kompensationsværdien er potentiometre opdelt i ikke-automatiske, halvautomatiske og automatiske. I ikke-automatiske kompensatorer kompenseres det meste af den målte spænding manuelt, og den resterende del kompenseres automatisk.
Differentiale voltmetre
Et differentialvoltmeter er et avanceret DC-potentiometer, der kombinerer et manuel eller automatisk balanceringspotentiometer og et direkte evalueringsmikrovoltmeter til at måle den ukompenserede del af den målte spænding. Det er kendetegnet ved høj nøjagtighed, opløsning og lavt forbrug fra den undersøgte spændingskilde Funktionelt diagram differensvoltmeter er vist i fig. 4.
Et ti-dages potentiometer, bestående af en model EMF-kilde Erev og en flertrins spændingsdeler Rk, er grundlaget for et differentialvoltmeter og tjener til at balancere indgangsspændingen. Forskellen mellem input- og kompensationsspændingen måles med et direkte evalueringsmikrovoltmeter. Således er et differentialvoltmeter et ufuldstændigt afbalanceret kompensationskredsløb, hvor spændingen bestemmes af aflæsningen af dekadepotentiometeret og af aflæsningen måleinstrument. Strømmen, der strømmer ind i kredsløbet, bestemmes af den ukompenserede forskel mellem de målte og referencespændinger og impedans kæder.
Ris. 4. Forenklet kredsløb af et differentialvoltmeter
Fig.5. Funktionsdiagram af et differentielt digitalt voltmeter med manuel styring
Differentialmålemetoden er implementeret i en række kommercielt producerede digitale voltmetre. Et funktionsdiagram over et af disse voltmetre er vist i fig. 5.
Enheden bruger en kombination af bit-for-bit-kodningsmetoden i det første trin og tidspulsmetoden i det andet trin af konvertering af den målte spænding.
Måledelen af anordningen omfatter en indgangsspændingsdeler D, en skalaforstærker MU, en kompensationsspændingskilde IKN og en spændings-tid-omformer NVD. Spænding-tid-konverteren konverterer forstærkerens indgangsspænding til et proportionalt tidsinterval tinf. Information om begyndelsen og slutningen af informationsimpulsen og polariteten af den konverterede spænding sendes til den digitale del af enheden via puls transformere Tr1, Tr2, der giver god isolering af de analoge og digitale dele af enheden med hensyn til spænding på grund af den høje isolationsmodstand mellem viklingerne. Den digitale del af enheden konverterer information til en form, der er praktisk til visning og optagelse med en optager.
Spændingsmåling udføres i to trin. Ved det første trin (position 1 af kontakten Cl1), skalaforstærkerens overførselskoefficient lig med én, og kompensationsspændingen er nul. Impulserne fra den stabile frekvensgenerator RNG fo gennem den styrede omskifter K12 og det logiske nøglekredsløb Kl3 i løbet af tiden tinf1 tilføres til indgangen af højordenstælleren Sch1 og indikeres tilsvarende af højordenslamperne. På det andet trin af målingen flyttes nøglen Kl1 til position 2. Samtidig, på kommando fra kontrol- og synkroniseringsenheden, øges transmissionskoefficienten for skaleringsforstærkeren, og den digitale kode for nummeret modtaget i de mest signifikante cifre omskrives fra Sch1 ind i hukommelseskredsløbet på den aritmetiske enhed AU1, som styrer IKN. Som følge heraf vises en kompensationsspænding svarende til koden for antallet af mest signifikante cifre ved udgangen af IKN.
Spændingsforskellen forstærket af forstærkeren konverteres til et tidsinterval tinf2. hvorunder impulser med stabil frekvens f2 ankommer til indgangen til lavordenstælleren Sch2.
Oplysninger om tegnet på ikke-kompensationssignalet fra NVD leveres til kommandogeneratoren på kontrol- og synkroniseringsenheden BUS, som bestemmer operationstypen: addition eller subtraktion af resultaterne af første og andet måletrin udført af det regneapparat AU1. Den numeriske værdi af resultatet af algebraisk summering af talkoderne for tællerne Sch1 og Sch2 og dets fortegn er angivet med en digital indikator.
Konverteringen af spænding til et tidsinterval udføres ved hjælp af metoden med servobalancering af den målte spænding med en lineært varierende kompensationsspænding.
Voltmeteret giver DC-spændingsmåling i området fra 5-10-6 til 1000 V i fire underområder: 5-10-6-1; 5-10-5-10; 5-10-4-100; 5-10-3 - 1000 V. Målefejlen, afhængig af underområdet, er 0,3-0,05 % af målegrænsen. Indgangsmodstand er 10 MΩ ved grænserne 1 og 1000 V, 1 MΩ ved grænsen på 100 V og 0,1 MΩ ved grænsen på 10 V. Voltmeteret giver automatisk information om polariteten af den målte spænding og har en udgang til skrivning information til DAC'en i binær decimalkode.
Højere nøjagtighed leveres af differentialvoltmetre med manuel afbalancering af den målte spænding. Enheden bruger en differentiel målemetode, der kombinerer en kompensationsspændingskilde med flere årtier med manuel balancering og et digitalt mikrovoltmeter, der måler den ukompenserede del af indgangsspændingen.
Voltmeteret består af en indgangsspændingsdeler, en seks årtiers VCI med manuel balancering og en sammenligningsenhed, som er et selvkompenserende digitalt mikrovoltmeter indeholdende en jævnstrømsforstærker, en spænding-tidsomformer og en digital udlæsningsenhed (DRO).
Den vigtigste komponent, der bestemmer nøjagtigheden af et differentialvoltmeter, er IKN. De fleste enkel mulighed Konstruktionen af en justerbar VCI er en referencespændingskilde fyldt med en skalakonverter. I dette tilfælde kan storskalakonvertering udføres ved hjælp af resistive, induktive eller pulsspændingsdelere.
I differentiale voltmeterkredsløb gives præference til pulsdeleren. De vigtigste fordele ved pulsdelere er:
Ris. 6. Skematisk kredsløbsdiagram af en impulsdeler af referencespændingen (a), spændingsdiagrammer (b) og tilsvarende kredsløb for deleren (c)
· fravær af præcisionsmodstande i deres kredsløb;
· høj nøjagtighed og stabilitet af udgangsspænding;
· ubetydelig indflydelse af klimatiske påvirkninger på delingsnøjagtighed.
I det enkleste tilfælde er en pulsdeler en gennemsnitsanordning, hvis indgang periodisk forsynes med en referencespænding urev. I fig. 6 viser a et skematisk elektrisk diagram af en impulsspændingsdeler med et KS-filter som gennemsnitsindretning. I løbet af tiden er KS-filterets indgang forbundet til urev, og i tiden t2 - til den fælles bus. Gennemsnitsværdien af filterudgangsspændingen (uout i fig. 6.6) er en funktion af spændingen urev og driftscyklusen for de impulser, der styres af tilstanden af nøglen K:
Dette udtryk svarer til ligheden, der relaterer udgangsspændingen af en konventionel resistiv deler (fig. 6, c), mens nøjagtigheden af impulsdelerens transmissionskoefficient afhænger af nøjagtigheden af forholdet og stabiliteten af tidsintervallerne t1 og t2 , som kan sikres med høj nøjagtighed ved at danne tidsintervaller ved at dividere frekvensen af masteroscillatoren, hvis absolutte nøjagtighed og langsigtede stabilitet af frekvensen ikke er vigtig.
Moderne differentialvoltmetre er enheder med en kompleks kredsløbsarkitektur, der inkorporerer elementer af analog og computerteknologi, der løser specifikke problemer automatisk regulering, informationskonvertering, computerteknologi osv. Den største nøjagtighed og følsomhed af differentiale voltmetre er leveret af den iterative-kompenserende målemetode, hvor den målte spænding kompenseres af spændingen fra den indbyggede kilde (digital-til-analog konverter med pulsbreddemodulation af referencespændingen).
Kombinationen af disse metoder giver dig mulighed for at automatisere måleprocesser, implementere autokalibrering (automatisk selvtest) og diagnostik.
Baseret på denne metode blev der lavet en ny generation af voltmeter, som adskiller sig væsentligt fra traditionelle enheder med lignende formål.
Enhedens design er baseret på princippet om funktionel og konstruktiv opdeling af enheden i funktionelle (analoge) og kontroldele (digitale) (fig. 7).
Den digitale del af voltmeteret inkluderer en indbygget mikrocomputer med et stift program, der sammen med frontpanelets kontroller og interface-kommunikationsenheder styrer driften af voltmeteret. Mikrocomputeren giver kontrol over den funktionelle (analoge) del af BF'en, frontpanelet og kommunikationsgrænsefladen med kanalen offentlig brug COP, samt matematisk behandling af målinger og processen med auto-kalibrering af enheden.
Sammensætningen og sammenkoblingen af hovedkomponenterne i den funktionelle blok er vist i fig. 8. Kredsløbet til automatisk valg af AVP-målegrænser sikrer normalisering af indgangssignalet, varierende over et bredt spændingsområde, efter niveau og polaritet. Kalibrering af AVP-kredsløbsdeleren udføres automatisk ved at tilslutte en auto-kalibreringskilde til dens spændingsindgang. En digital-til-analog konverter DAC med et spændingsreguleringsområde fra 0 til 11,999999 V genererer en kompenserende spænding i spændingsmålingstilstande og dens trin. DC-forstærkeren UPT med etøb fungerer med to transmissionskoefficienter indstillet af koblingsdeleren kupt = 1 (i spændingsmålingstilstand op til 10-7 V) og kupt = 100 (ved måling af spænding op til 10-7 V). Den integrerende analog-til-digital-konverter ADC har tre et halvt ciffer og er forbundet til udgangen på UPT'en, afhængigt af den indstillede følsomhed, direkte eller via en divider kAC (1:100). Forskellen mellem de kompenserende og målte spændinger leveres til ADC'ens indgang med transmissionskoefficienter på 0,01 (kupt = 1. katsp = 0,01); 1 (kupt=l, katsp=1) og 100 (kopt = 100, katsp=1). Grænsefladen mellem enhedens kontrol- og analoge dele og dannelsen af informationsudvekslingskanaler mellem dem udføres af den udøvende BSI-interfaceenhed.
Funktionen af den funktionelle blok i modusen for måling af spændinger og spændingsstigninger følger algoritmen i fig. 9.
Den målte spænding Ux leveres til UPT'ens inverterende indgang gennem ATP-kredsløbet (se fig. 8) af måling og polaritet, hvilket sikrer signaltransmission i en strengt defineret polaritet og ved et af transmissionsforholdene kп = 1:1; 1:10; 1:100.
På trin 1, efter valg af målegrænsen, med en minimumsfølsomhed af forstærkningsvejen, kp = 0,01 og en nulspændingsværdi ved DAC-udgangen, konverteres den målte spænding til en kode. Den resulterende kode indtastes i de tre mest signifikante bits (1-3) af digital-til-analog-konverteren, hvilket skaber en kompenserende spænding ved den ikke-inverterende indgang på UPT.
På trin 2 måles den resulterende forskel for at bestemme de efterfølgende cifre (3-5) i det numeriske udtryk for indgangssignalet.
I trin 3 kopieres resultatet af de to første målinger ind i DAC'en, og målingen af bit 5-7 af inputsignalet udføres ved maksimal følsomhed af forstærkningsvejen. I steady state måles ADC nuværende værdi spænding, som summeres med spændingen fra digital-til-analog-konverteren og vises i en enkelt aflæsning på enhedens digitale display. Dannelsen af en enkelt aflæsning baseret på måleresultaterne for de tre beskrevne trin er konventionelt vist i mnemoniske diagrammet til højre øverste hjørne i fig. 9. Når ADC-tælleren (kapacitet 2000 tegn) løber over, skifter voltmeteret til det forrige driftstrin, som det kan ses af driftsalgoritmediagrammet.
Afhængigt af den nødvendige opløsning kan enhedens drift begrænses til to måletrin (med mulighed for at angive fire eller fem højordenscifre) eller tre (med mulighed for at angive seks eller syv cifre af den målte spænding).
Ris. 7. Funktionsdiagram af en mikroprocessor-baseret voltmeter-kalibrator: BSI - executive interface unit; AVP - automatisk valg af målegrænser; BPC - strømforsyningsenhed til den digitale del; E-skærm; AK - automatisk kalibrering
En af hovedkomponenterne, der sikrer enhedens nøjagtighed, er DAC'en, som konverterer kontrolkoden til en konstant spænding ved hjælp af en kontinuerlig sekvens af breddemodulerede impulser med en fast amplitude og gentagelsesfrekvens, efterfulgt af valg af gennemsnitlig spændingsværdi af den specificerede sekvens af pulser ved hjælp af et gennemsnitsfilter!
En analyse af driften af en DAC med pulsbreddemodulation giver os mulighed for at identificere følgende komponenter i dens struktur (fig. 10): referencespændingskilde ION; kode-tidskonverter PKV, der giver højpræcisionskonvertering af kode til varigheden af breddemodulerede impulser med en fast frekvens; pulsspændingsdeler IDN, som ved hjælp af en omskifter (nøgler) giver dannelsen af impulser med en amplitude bestemt og en arbejdscyklus indstillet af PCV'en; filter.
Ris. 8. Funktionelt diagram af enhedens analoge blok: IKN - kilde til kalibreret spænding; IDN - pulsspændingsdeler; PKV - kode-tidskonverter; PNK - spændingskodekonverter
En pulsspændingsdeler regulerer spændingen separat inden for de tre ældre årtier (1-3), hvilket giver enhedens grundlæggende metrologiske karakteristika, og inden for de yngre årtier (4-6). Summen af spændingerne fra de ældre og yngre årtier udføres ved hjælp af en divider dannet af modstandene fra modstandene R i summeringsgitteret (12 modstande på 2,21 MOhm hver), og modstanden R1 = 90,9 MOhm, hvortil de halveres pulsspænding IDN af de nedre årtier leveres. Spændingen fra nulkorrektions-DAC'en og korrektionsspændingen tilføres også til summeringspunktet. Nulkorrektion DAC'en er også designet til at kompensere for nulforskydningen af UPT'en under autokalibrering. Korrektionen er nødvendig for at kompensere for tasternes dynamiske fejl. Omskiftere Kl, der skifter referencespændingen, er lavet på komplementære MOS-transistorer og styres fra et digitalt kredsløb (ikke vist i fig. 10). Dannelsen af styrebreddemodulerede signaler udføres af PKV.
PKV-kodetidskonverteren er bygget i henhold til et kredsløb med en tæller med tre årtier og kodekomparatorer. Urtælleren har en divisionskoefficient N = 1200. I tællertilstanden 000 genereres en impuls til startindstillingen af RS flip-flops (Tg1, Tg2 til tilstand 1. Impulser genereret af komparatorerne og returnerer RS flip-flops) flops af senior- og juniorårtier til tilstand 0 (initial) genereres i det øjeblik, hvor tællerkoden og kontrolkoderne for henholdsvis høje og lave cifre er sammenfaldende for at danne et tolvfaset signal ud fra et enkeltfaset signal , anvendes et 24-bit skiftregister, som clockes af en sekvens af impulser, der repræsenterer summen af tællernulstillingssignalet for cifrene af lav orden (det andet og tredje årti) og koincidenssignalet for disse årtier.
En betydelig mængde strømme af måle- og kontrolinformation mellem de to dele af enheden krævede organisering af specielle kommunikationskanaler og oprettelse af passende grænsefladeenheder til at betjene disse kanaler og en executive grænsefladeenhed (se fig. 8).
Hovedopgaverne for executive interface-enheden er at modtage kontrolinformation fra styreenheden, sende ADC-information til styreenheden og generere trunkkommunikationssignaler inde i den analoge del (BP). Forbindelsen mellem BF'en og den digitale del realiseres gennem tre kommunikationskanaler: en kanal transmitterer kontrolinformation til funktionsblokken (informationsinputkanal), en anden kanal transmitterer ADC-information til styreenheden (informationsudgangskanal); I/O-synkronisering udføres via den tredje kanal - synkroniseringskanalen - af signaler, der sendes fra styreenheden.
Ris. 9, Algoritme for drift af enheden i spændingsmåling og spændingsforøgelsestilstand
Ris. 10. Funktionsdiagram af DAC'en
Fig. 11 Funktionsblok styrekommandofordeler
Ris. 12. Blokdiagram kontrolenhed
Transmissionen af information i kanalerne udføres gennem pulstransformatorer for at sikre galvanisk isolation.
I fig. Figur 11 viser et forenklet diagram over fordelingen af styrekommandoer for en funktionsblok. Alle modtageregistre, der udfører direkte styring, er forbundet med informationsindgange parallelt med databussen. Information skrives til registeret, hvis adresse er indstillet på adressebussen (i binær kode) i det øjeblik aktiveringsimpulsen vises på bussen (skrivetilladelse).
Den analog-til-digital-konverter, der anvendes i enheden, implementerer princippet om dobbelt integration. ADC'en startes af en ekstern kommando genereret i styreenheden.
CU kontrolenheden (fig. 12) er designet til at implementere forholdet mellem funktionsblokken og operatøren (direkte eller gennem COP). Styreenhedens struktur og funktionsprincip bestemmes af opgaverne med at implementere beskrevet ovenfor, opgaverne med automatisk kalibrering, informationsbehandling og grænseflade. Funktionerne udført af kontrolenheden kan opdeles i to typer: funktioner til at udveksle information med ydre miljø(af operatøren eller COP) og den analoge enheds kontrolfunktioner under måleprocessen. Grundlaget for CU-driften er en indbygget mikrocomputer baseret på en mikroprocessor. Generelt består CU'en af en mikrocomputer, der indeholder en central behandlingsenhed (CPU), skrivebeskyttet hukommelse (ROM) og hukommelse med tilfældig adgang (RAM). ROM'en gemmer det komplette driftsprogram, programmeret på tidspunktet for frigivelse af enheden og uændret gennem hele levetiden. RAM bruges til at lagre viste data, resultater af mellemliggende beregninger og andre variabler, der kun er gemt under driften af enheden. Den anden del af kontrolenheden er kommunikationsenheder eller grænseflader, der forbinder mikrocomputeren med forskellige enheder af enheden. Oplysninger om de nødvendige tidsintervaller til autokalibrering af enheden, om temperaturen inde i enhedens analoge blok præsenteres af kontrolenhedens synkroniseringsenhed.
CPC-grænsefladerne udfører funktionen til at forbinde enheden med CPC'en. På den ene side er den forbundet til styreenhedens systembus, på den anden side til en kontakt, der indstiller enhedens driftstilstand kl. fjernbetjening. COP-grænsefladen implementerer mekanisk, elektrisk og delvis logisk kompatibilitet med den offentlige kanal. Indikatorgrænsefladeblokken styrer enhedens frontpanel: indikatorkortet og knapkortet. Her anvendes avancerede metoder til interaktion mellem en mikrocomputer og frontpanelet - multipleksindikation og scanning af knapmatrixen for at detektere den trykket knap.
Interfaceblokken, der styrer BSU'en, udfører en speciel (seriel) forbindelse mellem mikrocomputeren og funktionsblokken.
Alle CU-kort er forbundet med et enkelt bussystem. Enhver udveksling af information i styreenheden og med funktionsdelen foregår via systembussen til mastermodulets styreenhed - central processor CPU, dvs. en af enhederne, der deltager i udvekslingen, er altid CPU'en, og den anden bestemmes arbejdsprogram. Så hvis for eksempel information fra en analog blok skal skrives til RAM, vil den blive modtaget af CPU'en og derefter overført fra CPU'en til RAM. Ordning software Driften af enheden (fig. 13) sammen med blokdiagrammet for kontrolenheden (fig. 12) gør det muligt at spore enhedens drift som helhed.
Ris. 13. Algoritme for drift af kontrolenheden
Når enheden tændes på netværket, udføres en "strømoprydning": CPU'en holdes i sin oprindelige tilstand, indtil strømforsyningernes spændinger når de nominelle værdier, hvorefter autotestprogrammet begynder - selvtest og en subrutine, der udfører de indledende indstillinger. Autotestprogrammet kontrollerer alle komponenter i styreenheden og funktionaliteten af kommunikationskanalen med den analoge enhed. I tilfælde af fejl på en knude, vises mnemonisk symbol "NOT SLAVE - XX" på indikatorkortet, hvor XX er decimaltal fra 00 til 99, svarende til typen af fejl. I tilfælde af funktionsfejl lyser displayet LED indikator"Afslag".
Der er to måder for CPU'en at udveksle information med eksterne enheder: programmerbar og afbrydelsesbaseret.
I det første tilfælde udveksles information med en ekstern enhed i henhold til det aktuelle program, og CPU'en skal periodisk kontakte den eksterne enhed for at afgøre, om den har ny information. I den anden udvekslingsmetode afbrydes processorens arbejde under det aktuelle program, hvis der modtages et signal fra en ekstern enhed, der indikerer, at den er klar til at udveksle information, og den skifter til vedligeholdelsesunderrutinen af denne enhed. Efter at have afsluttet vedligeholdelsen, fortsætter processoren med at udføre det afbrudte program.
Mikrocomputeren har et otte-niveau prioritet afbrydelsessystem, som gør det muligt at servicere otte eksterne enheder med anmodninger fra mere end højt niveau prioritet kan afbryde rutiner, der betjener anmodninger med et lavere prioritetsniveau, men ikke omvendt.
Udgivet på Allbest.ru
...Lignende dokumenter
Direkte og indirekte målinger af spænding og strøm. Anvendelse af Ohms lov. Afhængighed af resultaterne af direkte og indirekte målinger af værdien af regulatorens rotationsvinkel. Bestemmelse af den absolutte fejl ved indirekte måling af jævnstrøm.
laboratoriearbejde, tilføjet 25.01.2015
Historie højspændingsledninger kraftoverførsel Driftsprincippet for en transformer er en enhed til at ændre spændingsværdien. Grundlæggende metoder til konvertering af store kræfter fra jævnstrøm til vekselstrøm. AC elektriske netværksforbindelser.
praksisrapport, tilføjet 19.11.2015
Forsyning af motoren ved regulering af hastigheden ved at ændre spændingsværdien fra en separat justerbar DC-kilde. Anvendelse af tyristorkonvertere i DC elektriske drev. Blokdiagram af en tyristorkonverter.
kursus arbejde, tilføjet 02/01/2015
Bestemmelse af absolutte, relative og reducerede fejl. DC-kompensatorer, deres formål og driftsprincip. Effektmåling med wattmålere ved hjælp af strøm- og spændingsmåletransformatorer i enfaset og trefaset kredsløb.
test, tilføjet 01/08/2011
Udvikling af et DC-forstærkerkredsløb og beregning af strømkilder: spændingsstabilisator og ensretter. Filterdefinition lave frekvenser. Beregning af temperaturfejl og måleunøjagtigheder på grund af ustabilitet i forsyningsspændingen.
kursusarbejde, tilføjet 28/03/2012
Beregning af modstanden af en ekstern shunt til måling af strømstrøm med et magnetoelektrisk amperemeter. Bestemmelse af strømmen i senderantennen ved hjælp af en strømtransformator høj frekvens. Voltmetre til måling af spænding med relativ fejl.
test, tilføjet 05/12/2013
Driftsprincip og design af DC-generatorer. Elektromotorisk kraft og elektromagnetisk drejningsmoment DC generator. Metoder til spændende DC-generatorer. Funktioner og egenskaber ved motorer forskellige typer spænding.
abstract, tilføjet 11/12/2009
Driftsprincip og design af en DC-generator. Typer af armaturviklinger. Metoder til spændende DC-generatorer. Reversibilitet af DC-maskiner. Motor af parallel, uafhængig, serie og blandet excitation.
abstract, tilføjet 17-12-2009
Undersøgelse af uforgrenede og forgrenede DC elektriske kredsløb. Beregning af ikke-lineære DC-kredsløb. Undersøgelse af driften af en jævnstrømstransmissionsledning. AC kredsløb med seriel forbindelse modstand.
træningsmanual, tilføjet 22/12/2009
Anvendelse af den internodale spændingsmetode i analyse af multikredsløb elektrisk diagram, der har to potentielle knudepunkter. Ikke-lineær elektriske kredsløb DC. Kredsløb med parallel, serie-parallel forbindelse af resistive elementer.
Målinger af jævnstrøm og spænding udføres hovedsageligt ved hjælp af magnetoelektriske amperetre og voltmetre med målegrænser på 0,1 μA... 6 kA og 0,3 mV... 1,5 kV. Det er også muligt at bruge analoge elektromagnetiske, elektrodynamiske, ferrodynamiske, elektrostatiske, digitale enheder, DC potentiometre (kompensatorer). For at bestemme små mængder elektricitet fra hurtigt strømmende strømimpulser er ballistiske galvanometre vant til store mængder el - coulometre.
Valget af måler bestemmes af måleobjektets effekt og den nødvendige nøjagtighed. Når enheden er forbundet til målekredsløbet, ændrer den sine parametre. For at reducere størrelsen af den metodiske fejl ved måling af spænding skal modstanden af det anvendte voltmeter være så stor som muligt, og ved måling af strøm skal modstanden på amperemeteret være så lille som muligt, derefter strømforbruget fra måleobjektet vil være lille.
Målemekanismen for magnetoelektriske amperetre og voltmetre er ikke fundamentalt forskellige, og afhængigt af formålet med enheden ændres dens målekredsløb. I amperemeter er målemekanismen forbundet direkte eller ved hjælp af en shunt til kredsløbet i serie med belastningen. I voltmetre er en ekstra modstand forbundet i serie med målemekanismen, og enheden er forbundet til de punkter i kredsløbet, mellem hvilke det er nødvendigt at måle spændingen. Målekredsløbets beskaffenhed bestemmes også af den tilladte temperaturfejl og enhedens målegrænse. For at kompensere for temperaturfejl er det nødvendigt at bruge specielle temperaturkompensationskredsløb.
Måling af små strømme og spændinger. Direkte måling af disse fysiske mængder udføres ved hjælp af galvanometre af det magnetoelektriske system (fra 0,1 nA og fra 1 nV), digitale picoampere (fra 1 nA), mikrovoltmetre (fra 10 μV), nanovoltmetre (fra 10 nV), kompensatorer (fra 1 μV).
Indirekte måling udføres ved hjælp af kompensatorer (op til 10 nA); ved værdien af kondensatorladningen (op til 1 nA); ved hjælp af et elektrometer (op til 10 nA).
Måling af små mængder elektricitet. Til disse formål anvendes et ballistisk galvanometer (BG). Det er en type magnetoelektrisk galvanometer og er designet til at måle små mængder elektricitet i korte strømimpulser. Deres forskel fra konventionelle magnetoelektriske galvanometre ligger i det kunstigt øgede inertimoment af den bevægelige del på grund af en stigning i dens vægt og følgelig en betydelig længere periode med naturlige svingninger, svarende til 15...30 s.
Måling af store mængder elektricitet. For at måle mængden af elektricitet, der flyder over en lang periode (adskillige timer), bruges coulometre. Varigheden af de målte impulser er 0,05... 0,2 s; amplitude - 2...200 mA; pulsformen er rektangulær. Enheden har en magnetoelektrisk MI, hvis ejendommelighed er fraværet af et modvirkende drejningsmoment. Strøm tilføres rammeviklingen ved hjælp af momentfri spiraler. Rammeviklingen er lavet af kobbertråd, såret på en tyk aluminiumsramme, hvor der, når rammen bevæger sig, induceres en strøm, hvilket skaber et bremsemoment. Under påvirkning af moment og bremsemomenter roterer rammen med en konstant hastighed proportional med strømmen i hele den tid, strømimpulsen varer.
EMF måling. Til disse formål anvendes en DC-kompensator. Der er elektromekaniske, galvanometriske og elektrometriske kompensatorer, som adskiller sig i følsomhed og inputmodstand.
At måle EMF kilder med høj intern modstand eller spænding i højmodstandskredsløb, tilrådes det at bruge en differentiel målemetode (indgangsmodstanden for magnetoelektriske eller elektroniske voltmetre kan være utilstrækkelig).
Måling af store jævnstrømme. For strømme større end 10 kA er det ikke længere tilrådeligt at bruge shunts. Mest på en enkel måde måling i dette tilfælde er parallel forbindelse shunts og brug af magnetiske transducere. For mere nøjagtige målinger (ca. 0,01%) af store strømme anvendes kobbertransducere i form af en stang med en vis diameter, som har en anordning til indsættelse i et strømførende samleskinnebrud.
Højspændingsmåling. Spændinger op til 1,5 kV måles ved hjælp af magnetoelektriske voltmetre med ekstra modstande. Ved højere spændinger (op til 300 kV) er det tilrådeligt at tilslutte elektrostatiske voltmetre eller konventionelle voltmetre gennem målespændingstransformatorer.
Slut på arbejde -
Dette emne hører til sektionen:
METODER OG VÆRKTØJ TIL ELEKTRISK MÅLING
VÆRDI Måling af jævnstrøm og spænding Valget af måler bestemmes af objektets effekt... Sikkerhedsspørgsmål... Hvilke systemer kan bruges til at måle jævnstrøm og spænding...
Hvis du har brug for yderligere materiale om dette emne, eller du ikke fandt det, du ledte efter, anbefaler vi at bruge søgningen i vores database over værker:
Hvad vil vi gøre med det modtagne materiale:
Hvis dette materiale var nyttigt for dig, kan du gemme det på din side på sociale netværk:
Generel information.
Strømme og spændinger er de mest almindelige elektriske størrelser, der skal måles. Dette forklarer det brede udvalg af strøm- og spændingsmålingsinstrumenter produceret af industrien. Valget af et måleinstrument kan bestemmes af en kombination af faktorer: den forventede størrelse af den målte værdi, typen af strøm (direkte eller veksel), frekvens, påkrævet målenøjagtighed, eksperimentelle forhold (laboratorium, værksted, felt mv. ),
Ris. 15-1. Kreds til strømmåling med et amperemeter
Ris. 15-2. Kreds til måling af spænding med et voltmeter
indflydelse ydre forhold(temperaturer, magnetisk felt, vibrationer osv.) osv.
Spændingsværdier bestemmes som regel ved direkte målinger; strømme - udover direkte målinger er der i vid udstrækning anvendt indirekte målinger, hvor spændingsfaldet over en modstand med en kendt modstand tilsluttet den målte strømkreds måles Strømværdien findes ved hjælp af Ohms lov:. I dette tilfælde er fejlen i måleresultatet bestemt af fejlen i spændingsmålingen og fejlen forårsaget af forskellen mellem den nominelle modstandsværdi og den sande modstandsværdi. Fejlen kan findes i henhold til reglerne for behandling af observationsresultater indirekte målinger (se § 14-2).
Målinger af strømme og spændinger er altid ledsaget af en fejl på grund af modstanden i det anvendte måleinstrument. Inkluderingen af et måleinstrument i det undersøgte kredsløb forvrænger dette kredsløbs tilstand. Så for eksempel at forbinde et amperemeter med modstand til kredsløbet vist i fig. 15-1, vil føre til, at i stedet for strømmen, der gik i dette kredsløb, før man tændte for amperemeteret, vil strømmen flyde, jo større mere modstand amperemeter. En lignende fejl opstår ved måling af spændinger. For eksempel, i kredsløbet vist i fig. 15-2, når du tænder for et voltmeter, der har en modstand til at måle spændingen mellem punkter, bliver kredsløbstilstanden også overtrådt, da i stedet for den spænding, der var i kredsløbet, før du tændte for voltmeteret, efter at have tændt for spændingen
Jo lavere modstanden på voltmeteret er, jo større er fejlen.
En indirekte indikator for modstanden af måleinstrumenter er den effekt, som instrumentet bruger fra det kredsløb, hvori
måling foretages. Når strøm løber gennem et amperemeter med en modstand, bestemmes den effekt, der forbruges af amperemeteret, Den effekt, der forbruges af voltmeteret, af udtrykket hvor er spændingen målt af voltmeteret; - indre modstand voltmeter. Følgelig er fejlen fra forvrængning af kredsløbstilstanden ved måling af strømme og spændinger mindre, jo mindre strøm forbruges af måleinstrumentet fra kredsløbet, hvor målingen foretages. Af de måleinstrumenter, der bruges til at måle strømme og spændinger, har kompensatorer (potentiometre), elektroniske og digitale enheder det laveste strømforbrug fra målekredsløbet. Blandt elektromekaniske enheder bruger magnetoelektriske og elektrostatiske enheder mindst strøm. Den meget lave strøm, der forbruges fra målekredsløbet af kompensatorer, giver dem mulighed for at måle ikke kun spændinger, men også EMF.
Udvalget af målte strømme og spændinger er meget bredt. For eksempel hvornår biologisk forskning, rumforskning, målinger i et vakuum, er det nødvendigt at måle jævnstrømme, der udgør fraktioner af femtoampere, og i kraftige kraftværker, hos ikke-jernholdige metallurgi- og kemiske industrivirksomheder - strømme når hundredvis af kiloampere. For at måle strømme og spændinger i en så bred vifte af værdier, producerer den indenlandske industri forskellige måleinstrumenter, der giver mulighed for at måle i visse underområder. Instrumenter til måling af strømme og spændinger er som regel multi-limit. For at udvide grænserne for strømmålinger anvendes shunts og DC-måletransformatorer - i DC-kredsløb og AC-måletransformatorer - i AC-kredsløb. For at udvide spændingsmålingsgrænserne anvendes spændingsdelere, ekstra modstande og spændingsmåletransformatorer.
Hele rækken af målte strømme og spændinger kan opdeles i tre underområder: lav, medium og store værdier. De bedste tilgængelige måleinstrumenter er underområdet af gennemsnitsværdier (cirka: for strømme - fra enheder på milliampere til titusinder af ampere; for spændinger - fra enheder på millivolt til hundredvis af volt). Det er til dette underområde, at der er skabt måleinstrumenter med den mindste fejl i målestrømme og spændinger. Dette er ikke tilfældigt, da der opstår yderligere vanskeligheder ved måling af små og store strømme og spændinger.
Ris. 15-3. Diagram over indflydelsen af egne resistive og kapacitive forbindelser
Ris. 15-4. Diagram over isolationsmodstandens indflydelse på spændingsdelerens divisionsforhold
Et eksternt vekslende magnetfelt kan også introducere betydelige forvrængninger på grund af EMF induceret i ledninger og andre elementer i kredsløbet, der forbinder kilden til en lille målt mængde med måleinstrumentet.
Det er ikke muligt helt at eliminere indflydelsen af de bemærkede faktorer. Derfor udføres målinger af små strømme og spændinger med større fejl.
Måling af store strømme og spændinger har sine egne karakteristika og vanskeligheder. For eksempel, når der måles store jævnstrømme ved hjælp af shunts, spredes en stor mængde strøm på shuntene, hvilket fører til betydelig opvarmning af shuntene og forekomsten af yderligere fejl. For at reducere strømtab og eliminere overophedning er det nødvendigt at øge størrelsen af shuntene eller anvende særlige yderligere foranstaltninger til kunstig køling. Resultatet er shunts, der er omfangsrige og dyre. Ved måling af store strømme er det meget vigtigt at overvåge kvaliteten af de kontaktforbindelser, som strømmen løber igennem. Dårlig kvalitet kontaktforbindelse kan ikke kun forvrænge kredsløbstilstanden og følgelig måleresultatet, men også føre til udbrænding af kontakten pga. høj effekt, spredes af kontaktmodstand. Ved måling af store strømme kan der opstå yderligere fejl som følge af påvirkningen på måleinstrumenterne af et stærkt magnetfelt, der skabes omkring samleskinnerne af den strømmende strøm.
Ved måling af høje spændinger øges kvalitetskravene isoleringsmaterialer, brugt i måleinstrumenter, både for at reducere fejl, der opstår fra lækstrømme gennem isolering, og for at sikre driftspersonalets sikkerhed. For eksempel, hvis der bruges en spændingsdeler til at udvide måleområdet, så skal modstanden i divideren øges, når den målte spænding stiger. Ved måling af store spændinger kan delemodstanden være sammenlignelig med isolationsmodstanden, hvilket vil føre til en fejl i spændingsdelingen og dermed til målefejl. Fra Fig. 15-4, der illustrerer effekten af isolering på divisionskoefficienten, følger det, at i stedet for den nominelle divisionskoefficient vil den reelle divisionskoefficient blive bestemt af udtrykket, hvor tegnet betyder parallel forbindelse. Vanskeligheden ved at tage højde for den faktiske delefaktor er, at isolationsmodstanden kan variere afhængigt af tilstanden miljø(støv, fugt osv.).
Det følger heraf, at ved måling af store strømme og spændinger, ud over de sædvanlige fejl, opstår der fejl på grund af detaljerne i disse målinger.
Den karakteristiske ændring i målefejl afhængig af størrelsen af den målte værdi er illustreret (fig. 15-5) kvalitativt (for overskuelighedens skyld en variabel
Ris. 15-5. Ændring i DC-målefejl afhængig af størrelsen af den målte værdi
Ris. 15-6. Ændring i vekselstrømsmålingsfejl (tiere af milliampere) afhængig af frekvens
skala langs akserne) ved at bruge eksemplet med arbejdende jævnstrømsmåleinstrumenter produceret af industrien.
Ved måling af vekselstrømme og spændinger stor værdi har frekvensen af den målte mængde. Frekvensområdet for målte strømme og spændinger er meget bredt: fra fraktioner af en hertz (infra-lave frekvenser) til hundredvis af megahertz og mere.
strømme og spændinger, hvilket forklares af ovenstående årsager. Ved måling ved frekvenser under 20 Hz opstår der vanskeligheder på grund af den utilstrækkelige inerti af den bevægelige del af elektromekaniske anordninger. Ved måling af tidsvarierende mængder ændres momentet, der virker på den bevægelige del af apparatet, også med tiden. Når frekvensen af drejningsmomentet falder, er inertien af den bevægelige del utilstrækkelig til at opnå en stabil afbøjning af viseren. Denne funktion er stærkt manifesteret ved infra-lave frekvenser. At overvinde denne vanskelighed ved at øge inertien af den bevægelige del af målemekanismen er upraktisk, da dette vil reducere følsomheden af måleinstrumentet. Derfor er det påkrævet til måling af strømme og spændinger af infra-lave frekvenser specielle enheder gennemsnit (integration) af målte værdier. Blandt de kommercielt fremstillede måleinstrumenter bør termoelektriske apparater bemærkes, for eksempel et amperemeter af den type, der måler vekselstrømme med en frekvens på 1 Hz. For disse enheder udføres integrationsfunktionen af en termoelektrisk konverter.
I fig. 15-6 kvalitativt (for overskuelighedens skyld anvendes en variabel skala langs akserne) illustrerer den karakteristiske ændring i målefejl afhængigt af frekvensen ved at bruge eksemplet med arbejdsinstrumenter til måling af vekselstrømme (sinetals milliampere) produceret af industrien.
Målinger af jævnstrøm og spændinger.
Den højeste nøjagtighed af målinger af jævnstrøm og spændinger bestemmes af nøjagtigheden af de statslige primære standarder for enheden af jævnstrøm (GOST 8.022-75) og enheden for elektromotorisk kraft (GOST 8.027-81). Statlige primære standarder sikrer gengivelsen af den tilsvarende enhed med en standardafvigelse af måleresultatet, der ikke overstiger 4-10-6 for jævnstrøm og for EMF, med en ikke-udelukket systematisk fejl, der ikke overstiger henholdsvis af arbejdsinstrumenterne til måling jævnstrøm og spændinger, kompensatorer giver den mindste målefejl DC. For eksempel har en kompensator (potentiometer) type en nøjagtighedsklasse på 0,0005 og giver dig mulighed for at måle konstant EMF og spændinger i området fra op til 2,1211111 V. Jævnstrømme måles ved hjælp af kompensatorer indirekte ved hjælp af spoler elektrisk modstand. Ved brug af elektriske modstandsspoler af typen med en nøjagtighedsklasse på 0,002 og en kompensator af typen, er det muligt at måle strømme med en fejl på ikke mere Kompensatorer bruges til nøjagtige målinger af konstant
Tabel 15-1 (se scanning)
strøm, EMF og spændinger og til kontrol af mindre præcise måleinstrumenter.
De mest almindelige metoder til at måle jævnstrøm og spændinger er amperemeter (mikro-, milli-, kiloamperemeter) og voltmetre (mikro-, milli-, kilovoltmeter) samt universelle og kombinerede instrumenter (f.eks. osv.). Udbredte metoder til måling af jævnstrøm og spændinger er vist i tabel. 15-1 og 15-2.
Elektrometre og fotogalvanometriske instrumenter bruges til at måle meget små jævnstrømme og spændinger. Som et eksempel kan vi specificere digitale universelle mikrovoltmetre-elektrometre af typen med et jævnstrømsmåleområde fra til og typen med et strømmåleområde fra og til. Eksempel
Tabel 15-2 (se scanning)
fotogalvanometriske enheder er en type nanovoltammeter, der har det mindste udvalg af måling af jævnstrøm nA og konstante spændinger. Store jævnstrømme måles som regel med magnetoelektriske kiloamperemeter ved hjælp af eksterne shunts, og meget høje strømme måles ved hjælp af jævnstrømstransformatorer. Til måling af store jævnspændinger anvendes magnetoelektriske og elektrostatiske kilovoltmetre. Målinger af jævnstrøm og spændinger kan være
udføre med andre enheder (se tabel 15-1 og 15-2). Man skal huske på, at elektrodynamiske amperemetre og voltmetre sjældent bruges til tekniske målinger af strømme og spændinger i DC-kredsløb. De bruges oftere (sammen med digitale og magnetoelektriske instrumenter af høj nøjagtighedsklasser) som eksempler på instrumenter til kalibrering af måleinstrumenter af en lavere nøjagtighedsklasse. I tabel 15-1 og 15-2 angiver ikke termoelektriske enheder, da deres anvendelse i jævnstrømskredsløb er upraktisk på grund af den relativt store strøm, de forbruger fra målekredsløbet.
Målinger af vekselstrømme og spændinger.
Målinger af vekselstrømme og spændinger er baseret på en statslig specialstandard, der gengiver strømstyrke i frekvensområdet Hz (GOST 8.183-76), og en statslig specialstandard, der gengiver spænding 0,1-10 V i frekvensområdet Hz (GOST 8.184- 76). Nøjagtigheden af disse standarder afhænger af størrelsen og hyppigheden af de værdier, der gengives. Gennemsnit standardafvigelse måleresultat for en vekselstrømsstandard med en ikke-udelukket systematisk fejl For en vekselspændingsstandard er disse fejl ens hhv.
Arbejdsinstrumenter til måling af vekselstrømme og spændinger er amperemeter (mikro-, milli-, kiloamperemeter), voltmetre (mikro-, milli-, kilovoltmeter), vekselstrømskompensatorer, universelle og kombinerede instrumenter samt optageinstrumenter og elektroniske oscilloskoper.
Et træk ved målinger af vekselstrømme og spændinger er, at de ændrer sig over tid. I almindelig sag en tidsvarierende mængde kan være fuldstændig repræsenteret af øjeblikkelige værdier på ethvert tidspunkt. Tidsvariable størrelser kan også karakteriseres ved deres individuelle parametre (f.eks. amplitude) eller integrale parametre, som bruges som den effektive værdi
gennemsnitlig korrigeret værdi
Tabel 15-3 (se scanning)
og gennemsnitlig
hvor er en tidsvarierende mængde. Ved måling af vekselstrømme og spændinger kan deres effektive, amplitude, gennemsnitskorrigerede, gennemsnitlige og øjeblikkelige værdier således måles. I praksis elektriske målinger Oftest er det nødvendigt at måle sinusformede vekselstrømme og spændinger, som normalt er karakteriseret ved en effektiv værdi. Derfor er langt de fleste måleinstrumenter til vekselstrømme og spændinger kalibreret i effektive værdier for strøm- eller spændingskurvens sinusform.
Målinger af effektive værdier af vekselstrømme og spændinger udføres på forskellige måder målinger,
Tabel 15-4 (se scanning)
måleinstrumenter leveres af ensretteranordninger. De har et relativt bredt sortiment og ved måling vekselspændinger. Disse enheder er normalt lavet multi-range. Det skal også tages i betragtning, at når ensretteren er slukket, bruges disse enheder som magnetoelektriske enheder til måling af jævnstrøm og spændinger. På grund af en sådan alsidighed og små dimensioner er ensretteranordninger meget udbredt i laboratorie- og industriel praksis.
Vekselstrømme over en kiloampere og vekselspændinger over en kilovolt måles ved hjælp af eksterne målestrøm- eller spændingstransformere med elektromagnetiske, ensretter og elektrodynamiske enheder. Høj AC-spændingsmålinger (op til direkte forbindelse måleinstrumenter tillader elektrostatiske kilovoltmetre, for eksempel kilovoltmeter type
Termoelektrisk og elektroniske enheder, og ved måling af vekselspændinger - elektroniske og elektrostatiske enheder. Termoelektriske voltmetre har begrænset brug på grund af den høje strøm, de forbruger fra målekredsløbet, derfor i tabel. 15-4 gives de ikke. Elektrodynamiske og elektromagnetiske enheder fungerer i det smalleste frekvensområde. Den øvre grænse for deres frekvensområde overstiger normalt ikke 4 enheder kilohertz. Det skal huskes, at tallene i tabel. 15-3 og 15-4 karakteriserer de maksimale muligheder for forskellige enheder. I dette tilfælde er det umuligt entydigt at forbinde de tal, der karakteriserer de øvre grænser for måleområdet, med de tal, der karakteriserer frekvensområdet. Sammenhæng mellem området af målte størrelser og frekvensområdet for forskellige midler målene er forskellige. Der kan dog påpeges et generelt mønster: Når værdien af den målte mængde stiger, falder den øvre grænse for frekvensområdet som regel. Samtidig observeres et andet mønster, der er noteret tidligere: med stigende frekvens øges målefejlen. For eksempel har et termoelektrisk milliammeter med nøjagtighedsklasse 1.0 ved en målegrænse på 100 mA en øvre grænsefrekvens på 50 MHz og ved en grænse på 300 mA - 25 MHz. Den samme enhed giver mulighed for målinger af strøm op til 100 mA ved en frekvens på op til 100 MHz og strøm op til 300 mA ved en frekvens på op til 50 MHz med en fejl på højst
Ved måling af de effektive værdier af vekselstrømme og spændinger, hvis kurveform adskiller sig fra
sinusformet, opstår der en yderligere fejl. Denne fejl er minimal for måleinstrumenter, der arbejder over et bredt frekvensbånd, forudsat at disse instrumenters udgangssignal bestemmes af den effektive værdi af inputmængden. De mindst følsomme over for ændringer i formen af kurven af vekselstrømme og spændinger er termoelektriske, elektrostatiske og elektroniske enheder.
De mest nøjagtige målinger af de effektive værdier af sinusformede strømme og spændinger kan udføres ved hjælp af elektrodynamiske instrumenter, digitale instrumenter og vekselstrømskompensatorer. Imidlertid er målefejlen for vekselstrømme og spændinger større end for konstante. For eksempel måler en AC-kompensator i frekvensområdet fra 40 til 60 Hz EMF og spænding med en minimum tilladelig grundfejl. Den samme nøjagtighed i et bredere frekvensområde tilvejebringes af elektrodynamiske amperemetre og milliammetere og voltmetre.
Lad os bemærke nogle funktioner ved måling af strømme og spændinger i trefasede kredsløb. Generelt er antallet i asymmetriske trefasede kredsløb nødvendige midler målinger af strømme og spændinger svarer til antallet af målte størrelser, hvis hver målt størrelse måles med sit eget instrument. Når du foretager målinger i symmetriske trefasede kredsløb, er det tilstrækkeligt at måle strømmen eller spændingen i kun en linje (fase), da alle lineære (fase) strømme og spændinger i dette tilfælde er lig med hinanden. Forholdet mellem lineære og fasestrømme og spændinger afhænger af belastningsforbindelseskredsløbet. Det er kendt, at for symmetrisk trefasede kredsløb denne forbindelse bestemmes af relationerne: når man forbinder lasten med en stjerne og når man forbinder lasten med en trekant. I asymmetriske trefasede kredsløb kan man ved måling af strømme og spændinger ved hjælp af instrumenttransformatorer spare på antallet af anvendte instrumenttransformere. For eksempel i fig. 15-7 viser a et diagram til måling af tre liniestrømme ved brug af to målestrømtransformatorer, og i fig. - lignende ordning målinger linjespændinger. Disse kredsløb er baseret på kendte forhold for trefasede kredsløb: designet til at måle effektive strømværdier i faser Til målinger af gennemsnitlige ensrettede strømme og spændinger, hvis form adskiller sig fra sinusformet, er det nødvendigt at bruge måleinstrumenter med en. udgangssignal bestemt af den gennemsnitlige ensrettede værdi af inputværdien. Disse produkter omfatter ensrettere og nogle elektroniske og digitale enheder. Når du kalibrerer disse enheder i de effektive værdier af en sinusoid, findes den målte gennemsnitlige ensrettede værdi ved at dividere instrumentets aflæsninger med en faktor på 1,11 Jo bredere deres frekvensområde, jo mindre er fejlen fra at ændre formen på strømmen og spændingskurve for disse enheder. For at måle amplitudeværdierne af strømme og spændinger, hvis form af kurven adskiller sig fra sinusformet, er det nødvendigt at bruge måleinstrumenter, hvis udgangssignal bestemmes af amplitudeværdien af inputmængden. Disse enheder omfatter nogle elektroniske enheder. Når man kalibrerer disse instrumenter i de effektive værdier af en sinusoid, findes den målte amplitudeværdi ved at gange instrumentets aflæsninger med en faktor på 2. For at måle amplituderne af pulserende strømme og spændinger bruges pulserede elektroniske enheder.
Gennemsnitsværdien af vekselstrøm eller spænding karakteriserer den direkte komponent, der er indeholdt i den målte strøm eller spænding. Magnetoelektriske enheder bruges normalt til at måle gennemsnitsværdier af vekselstrømme og spændinger.
Øjeblikkelige værdier af vekselstrømme og spændinger måles af registreringsinstrumenter og elektroniske oscilloskoper, hvis hovedkarakteristika er angivet i § 6-6 og 9-1. Det skal huskes, at andre værdier af strømme og spændinger (gennemsnit, gennemsnitligt rettet, effektiv, amplitude) kan bestemmes ud fra øjeblikkelige værdier.