Wstęp.
1.Metody pomiarowe
1.1 Metoda oceny bezpośredniej
1.2 Metoda porównawcza
2. Przyrządy pomiarowe (elektromechaniczne amperomierze i woltomierze)
2.1 Urządzenia magnetoelektryczne
2.2 Urządzenia elektromagnetyczne
2.3 Urządzenia elektrodynamiczne
2.4 Urządzenia ferrodynamiczne
2.5 Urządzenia elektrostatyczne
2.6 Urządzenia termoelektryczne
2.7 Urządzenia prostownicze
Wniosek.
Wstęp.
W dobie rewolucji naukowo-technicznej tempo rozwoju nauki i technologii w dużej mierze zdeterminowane jest poziomem naukowo-technicznym pomiaru. Z kolei poziom rozwoju technologia pomiarowa jest jednym z najważniejszych wskaźników postępu nauki i techniki. Dotyczy to zwłaszcza pomiarów elektrycznych i radiowych, gdyż badania z zakresu fizyki, radiotechniki, elektroniki, astronautyki, medycyny, biologii i innych dziedzin działalności człowieka opierają się na pomiarach wielkości elektromagnetycznych.
Główne kierunki jakościowej strony rozwoju elektrycznych i radiowych urządzeń pomiarowych to:
· zwiększenie dokładności pomiaru;
· automatyzacja procesów pomiarowych;
· zwiększenie szybkości i niezawodności przyrządów pomiarowych;
· zmniejszenie zużycia energii i gabarytów wszystkich urządzeń pomiarowych.
Pomiary elektroradiowe, podobnie jak inne pomiary, opierają się na metrologii.
Metrologia to nauka o pomiarach, metodach i środkach zapewnienia ich jedności oraz sposobach osiągnięcia wymaganej dokładności.
1.Metody pomiarowe
Przed pomiarem prądu (napięcia) należy mieć pojęcie o jego częstotliwości, kształcie, wartości oczekiwanej, wymaganej dokładności pomiaru oraz rezystancji obwodu, w którym dokonywany jest pomiar. Te wstępne informacje pozwolą Państwu wybrać najwłaściwszą metodę pomiaru i przyrząd pomiarowy.
Do pomiaru prądu i napięcia stosuje się metodę oceny bezpośredniej i metodę porównania.
1.1 Metoda oceny bezpośredniej
· rezystancja wewnętrzna amperomierza RA musi być znacznie mniejsza niż rezystancja obciążenia Rn;
· rezystancja wewnętrzna woltomierza RV musi być znacznie większa niż rezystancja obciążenia Rn;
Niespełnienie tych warunków prowadzi do systematycznego błędu metodologicznego, który będzie w przybliżeniu pokrywał się z wartościami współczynników RA/RNH i RN/RV. Warunek RV > RН jest szczególnie trudny do spełnienia przy pomiarze napięcia w obszarach (obciążeniach) o dużej rezystancji w tzw. obwody niskoprądowe. W tym celu stosuje się woltomierze elektroniczne o rezystancji wejściowej dochodzącej do setek megaomów.
Wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta błąd pomiaru prądu.
1.2 Metoda porównawcza
Metoda porównawcza zapewnia większą dokładność pomiaru. Realizuje się to za pomocą urządzeń – kompensatorów, charakteryzujących się tą właściwością, że w momencie pomiaru nie jest pobierana moc z mierzonego obwodu tj. impedancja wejściowa jest praktycznie nieskończona. Ta właściwość pozwala na zastosowanie kompensatorów do pomiaru pola elektromagnetycznego. Metoda porównawcza jest również stosowana w cyfrowych woltomierzach dyskretnych i analogowych woltomierzach kompensacyjnych, dzięki czemu błąd pomiaru wynosi dziesiąte, setne, a nawet tysięczne procenta.
2. Przyrządy pomiarowe (elektromechaniczne amperomierze i woltomierze)
Elektromechaniczne przyrządy pomiarowe odnoszą się do urządzeń do bezpośredniego przetwarzania, w których zmierzona wielkość elektryczna x jest bezpośrednio przekształcana na odczyty z urządzenia odczytującego. Zatem każde urządzenie elektromechaniczne składa się z następujących głównych części:
· nieruchomy, połączony z korpusem urządzenia;
· ruchome, mechaniczne lub połączone optycznie z czytnikiem.
Urządzenie odczytujące przeznaczone jest do obserwacji wartości mierzonej wielkości. Składa się ze skali i wskazówki umieszczonej z przodu urządzenia. Skala to zbiór znaków (kresek) ułożonych w określonej kolejności, a niektóre z nich posiadają numery referencyjne odpowiadające liczbie kolejnych wartości mierzonej wielkości. Skale mogą być jednolite i nierówne (kwadratowe, logarytmiczne itp.). Odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi kreskami nazywana jest podziałką skali. Różnica wartości mierzonej wielkości odpowiadająca dwóm sąsiednim znakom nazywana jest ceną podziału.
Wskaźniki dzielą się na strzałkowe i optyczne. Wskaźniki optyczne składają się ze źródła światła, lustra umieszczonego na ruchomej części oraz układu luster, które wydłużają drogę wiązki światła i kierują ją na półprzezroczystą skalę. Wskaźniki optyczne zapewniają większą czułość urządzenia i niższy błąd odczytu w porównaniu do wskaźników wskaźnikowych.
Część ruchoma urządzenia wyposażona jest w oś lub półosie, które zakończone są wprasowanymi w nie stalowymi rdzeniami. Te ostatnie spoczywają na łożyskach korundowych lub rubinowych (ryc. 2, a). Tarcie rdzenia na łożysku oporowym zmniejsza czułość i dokładność urządzenia, dlatego część ruchoma jest montowana na zastrzałach lub zawieszeniach (ryc. 2, b, c).
Elektromechaniczne urządzenie pomiarowe składa się z następujących elementów:
· jednostka wytwarzająca moment obrotowy;
· jednostka tworząca moment przeciwdziałający;
· uspokajający
Energia elektromagnetyczna Wem dociera z mierzonego obiektu do jednostki, która wytwarza moment obrotowy i powoduje obrót ruchomej części urządzenia. Moment obrotowy MV można wyrazić równaniem Langrange'a drugiego rodzaju:
(1)
Pod wpływem momentu obrotowego część ruchoma zawsze będzie się obracać, aż do zatrzymania. Wymagany jest moment przeciwdziałający Mn, skierowany w stronę momentu obrotowego. Moment przeciwdziałający można uzyskać w wyniku mechanicznego lub elektryczność. W pierwszym przypadku jest on tworzony za pomocą płaskich sprężyn spiralnych lub metalowych gwintów, przymocowanych na końcach do nieruchomych i ruchomych części urządzenia i skręcanych podczas obracania się ruchomej części. Mechaniczny moment przeciwdziałający jest wprost proporcjonalny do kąta obrotu a.
Pomiary DC a napięcia są wytwarzane za pomocą urządzeń układów magnetoelektrycznych, elektromagnetycznych, elektrodynamicznych; napięcie mierzone jest również za pomocą woltomierzy elektrostatycznych i elektronicznych. Dodatkowo w celu uzyskania dokładniejszych pomiarów stosowane są kompensatory prądu stałego.
Magnetoelektryczne mechanizmy pomiarowe to bezpośrednio mikro- i miliamperometry lub miliwoltomierze oraz w połączeniu z bocznikami i dodatkowymi rezystancjami - odpowiednio amperomierze i woltomierze.
Do pomiaru i wykrywania małych prądów (10 -11 - 10 -5 A) i napięć (poniżej 10 -4 V) stosuje się galwanometry - bardzo czułe mechanizmy pomiarowe, zwykle o układzie magnetoelektrycznym. W przeciwieństwie do przyrządów, których skale są wyskalowane w mierzonych wielkościach, galwanometry mają nienazwaną skalę, której wartość podziału jest wskazana w danych paszportowych urządzenia lub ustalana eksperymentalnie.
Pomiaru prądów i napięć stałych można dokonać za pomocą amperomierzy i woltomierzy układów elektromagnetycznych i elektrodynamicznych. Stosowane są głównie do pomiarów w obwodach AC.
Elektrostatyczne mechanizmy pomiarowe są woltomierzami elektrostatycznymi, ponieważ mogą bezpośrednio mierzyć napięcie. Zakres mierzonych przez nie napięć waha się od kilkudziesięciu woltów do setek kilowoltów. Do pomiaru napięć do 3 kV stosuje się mechanizmy pomiarowe o zmiennej aktywności powierzchni elektrody. Woltomierze produkowane są jako jedno- i wielogranicowe, przenośne (do 30 kV) i stacjonarne (do pomiaru wysokich napięć, powyżej 30 kV).
Klasa dokładności nowoczesnych woltomierzy elektrostatycznych sięga 0,1, a nawet 0,05 (S-71), jednak najczęściej produkowane są urządzenia klasy 1,5; 2 i 2,5. Aby zmniejszyć wpływ zewnętrznych pól elektrostatycznych, stosuje się ekranowanie elektrostatyczne. Granice pomiarowe są rozszerzane za pomocą rezystorowych dzielników napięcia.
Głównymi zaletami woltomierzy elektrostatycznych są: bardzo niski własny pobór mocy (wysoka rezystancja wejściowa 10 10 Ohm), możliwość pomiaru napięć stałych i przemiennych, możliwość bezpośredniego pomiaru wysokich napięć. Wady obejmują niską czułość i nierówną skalę.
Pomiar stałe napięcia od ułamków wolta do kilku kilowoltów można przeprowadzić za pomocą woltomierzy elektronicznych, które zawierają mechanizm pomiarowy i wzmacniacz lampowy lub tranzystorowy prądu stałego. Istnieje kilka typów woltomierzy elektronicznych prądu stałego, ale wszystkie charakteryzują się schematem blokowym pokazanym na rysunku 6.1.
6.1.
Ryż. 6.1.
Urządzenie wejściowe (dzielnik napięcia), do którego przykładane jest napięcie U X, pozwala na zmianę granic pomiarowych i zapewnia dużą rezystancję wejściową urządzenia.
Jako mechanizm pomiarowy stosuje się zwykle mikroamperomierz magnetoelektryczny o zakresie pomiarowym 50–500 μA.
Wzmacniacze prądu stałego mają za zadanie zwiększać czułość urządzenia, zwiększając moc mierzonego sygnału do poziomu zapewniającego wymagane odchylenie wskazówki mechanizmu pomiarowego. Wzmacniacze mają wysoką impedancję wejściową i niską wyjściową. Zapewnia to dopasowanie rezystancji wejściowej woltomierza (10 - 20 MOhm) do małej rezystancji wewnętrznej mikroamperomierza. Najczęściej wzmacniacze wykonywane są w formie obwodów mostkowych ze sprzężeniem zwrotnym. Woltomierze elektroniczne z odczytem tarczy mają następujące funkcje
: duża rezystancja wejściowa, a co za tym idzie niski pobór mocy z mierzonego obiektu; wysoka czułość przy dużym zakresie pomiarowym; zdolność do wytrzymywania przeciążeń; stosunkowo mała prędkość pomiaru (ze względu na bezwładność magnetoelektrycznego mechanizmu pomiarowego); potrzeba zasilania (z sieci lub akumulatora); duże błędy (główny błąd zredukowany to 2–3%). Obecnie oczywiście większa dystrybucja
Wady obejmują złożoność urządzenia, mniejszą niezawodność i wysoki koszt.
Tam są różne zasady budowa woltomierzy cyfrowych prądu stałego:
- Ze względu na rodzaj elementów zastosowanych w obwodach dzieli się je na:
- elektromechaniczny;
- elektroniczny;
- łączny.
- Według metody konwersji analogowo-cyfrowej dzieli się je na urządzenia posiadające:
- kodowanie przestrzenne;
- konwersja pośrednia (na przedział czasu, częstotliwość, fazę itp.);
- zbalansowane napięcie odniesienia (najdokładniejsze).
Przesyłanie dobrych prac do bazy wiedzy jest łatwe. Skorzystaj z poniższego formularza
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.
Opublikowano na http://www.allbest.ru/
Federalna Agencja Edukacji
Państwowa instytucja edukacyjna
wyższe wykształcenie zawodowe
„Państwowy Uniwersytet Techniczny w Omsku”
Katedra Informatyki i Technik Pomiarowych
Streszczenie na temat:
„Metody pomiaru napięcia stałego”
Zakończony:
uczeń grupy IE-417
Wasiljewa E.Yu.
Sprawdzony:
nauczyciel
Sayfutdinov K.R.
Pomiar napięcia stałego
Urządzenia do oceny bezpośredniej. W przypadku metody oceny bezpośredniej woltomierz podłącza się równolegle do odcinka obwodu, w którym ma zostać zmierzony napięcie. Podczas pomiaru napięcia na obciążeniu R w obwodzie ze źródłem energii o sile elektromotorycznej E i rezystancji wewnętrznej Rist woltomierz włącza się równolegle z obciążeniem (rys. 1). Jeżeli rezystancja wewnętrzna woltomierza jest równa Rv, wówczas względny błąd pomiaru napięcia
gdzie i jest rzeczywistą wartością napięcia na obciążeniu R przed włączeniem woltomierza; ux - zmierzona wartość napięcia na obciążeniu R.
Ponieważ stosunek R/Rv jest odwrotnie proporcjonalny do stosunku poboru mocy woltomierza Pv do mocy obwodu P, to
Zatem im mniejsze Pv i Rist, tym mniejszy błąd.
Pomiarów napięcia w obwodach prądu stałego można dokonać dowolnymi miernikami napięcia prądu stałego (woltomierze magnetoelektryczne, elektrodynamiczne, elektromagnetyczne, elektrostatyczne, analogowe i cyfrowe). Wybór woltomierza zależy od mocy mierzonego obiektu i wymaganej dokładności. Zakres mierzonych napięć waha się od ułamków mikrowoltów do dziesiątek kilowoltów.
Rys. 1. Schemat zastępczy woltomierza układu magnetoelektrycznego (a) i obwód umożliwiający włączenie go do obwodu pomiaru napięcia (b)
Jeżeli wymaganą dokładność pomiaru i dopuszczalny pobór mocy mogą zapewnić urządzenia z grupy elektromechanicznej, wówczas należy preferować tę prostą metodę bezpośredniego odczytu. Przy pomiarze napięcia z większą dokładnością należy stosować przyrządy oparte na metodach porównawczych. Każda metoda pomiaru może wykorzystywać odczyty analogowe i cyfrowe.
Pomiar napięcia stałego metodą porównawczą
W przyrządach do pomiaru napięcia stałego szeroko stosowane są następujące metody porównawcze: kompensacja i różnica.
Metoda kompensacji polega na zrównoważeniu (kompensacji) mierzonego napięcia ze znanym spadkiem napięcia na rezystorze odniesienia (pomiarowym). Urządzenie wskaźnikowe rejestruje równość wielkości mierzonych i kompensacyjnych.
Metoda kompensacyjna charakteryzuje się dużą dokładnością, determinowaną dokładnością pomiaru i czułością wskaźnika. W oparciu o tę metodę powstają potencjometry, potencjometryczne i integropotencjometryczne woltomierze cyfrowe.
W przypadku metody różnicowej całkowite zrównoważenie nie występuje. Urządzenie mierzy różnicę między wielkością mierzoną a miarą i jest kalibrowane w jednostkach wielkości mierzonej. Mierzona wielkość jest określana na podstawie wartości miary i odczytów urządzenia. Metoda ta pozwala na uzyskanie wyników z dużą dokładnością nawet przy użyciu stosunkowo prymitywnych narzędzi pomiaru różnic. Jednak wdrożenie tej metody jest możliwe tylko wtedy, gdy miara zostanie odtworzona z dużą dokładnością, której wartość zostanie dobrana tak, aby była zbliżona do wartości mierzonej wielkości.
Niech wartość zmierzonego napięcia ux zostanie zapisana jako
gdzie uobr jest wartością napięcia odniesienia (pomiaru); - napięcie niekompensacyjne mierzone przez urządzenie pomiarowe; a jest błędem pomiaru różnicy ux - urev.
Ponieważ urev jest znacznie większy, względny błąd pomiaru ux jest znacznie mniejszy niż względny błąd pomiaru. Jeśli urev = 9,9 V, = 0,1 V, to (0,01%). Zatem, aby osiągnąć tak wysoką dokładność, można zastosować stosunkowo prymitywny instrument. Jednak przy tym pomiarze konieczne jest zastosowanie bardzo dokładnej miary u, której wartość wyznaczana jest z jeszcze mniejszym (niż 0,01%) błędem.
Potencjometry prądu stałego
woltomierz prądu stałego
Pomiar prądu i napięcia urządzenia analogowe ocena bezpośrednia przeprowadzana jest w najlepszy scenariusz z błędem 0,1%. Dokładniejsze pomiary można wykonać metodą kompensacyjną. Urządzenia oparte na metodzie kompensacji nazywane są potencjometrami lub kompensatorami. Stosowane są głównie obwody kompensacji napięcia lub kompensacji pola elektromagnetycznego (ryc. 2. a), prąd elektryczny(Rys. 2. 6) i most zrównoważony. Podczas pomiaru napięcia najczęściej stosuje się obwód kompensacji napięcia (ryc. 2.a).
Ryż. 2. Schematy blokowe kompensacji stałego napięcia (a) i prądu (b)
W tym obwodzie zmierzone napięcie uh jest równoważone przez znane napięcie kompensacyjne uk, które ma przeciwny znak. Spadek napięcia uk jest tworzony przez prąd Iр na zmiennym rezystorze odniesienia Rk. Rezystancja rezystora Rk zmienia się, aż uk osiągnie wartość ux. Moment kompensacji (równoważenia) wyznacza brak prądu w obwodzie wskaźnika I. Napięcie kompensacji u = IpRk można zmienić zmieniając rezystancję Rk przy stałej wartości prądu roboczego Iр.
Zaletą metody kompensacji jest to, że w momencie pełnej kompensacji prądu ze źródła mierzonego pola elektromagnetycznego w obwodzie kompensacyjnym. W tym przypadku mierzona jest wartość pola elektromagnetycznego, a nie napięcie na zaciskach źródła. Dodatkowo brak prądu w obwodzie wskaźnika zerowego eliminuje wpływ rezystancji przewodów łączących na wynik pomiaru. W tym przypadku rezystancja wyjściowa kompensatora jest równa nieskończoności, tj. przy pełnej kompensacji nie jest pobierana żadna moc z mierzonego obiektu.
Uproszczony schemat obwodu, który leży u podstaw prawie wszystkich potencjometrów prądu stałego, pokazano na ryc. 3. Zawiera trzy obwody: przykładowy obwód pola elektromagnetycznego, w którym znajduje się źródło przykładowego pola elektromagnetycznego Eobr. przykładowy rezystor Robr i wskaźnik I; obwód roboczy lub pomocniczy zawierający pomocnicze źródło zasilania Ev, rezystor regulacyjny Rp, zasobnik rezystancji kompensacyjnej Rk i rezystor odniesienia Robr; obwód pomiarowy składający się ze źródła mierzonego pola elektromagnetycznego Ex, wskaźnika I i zasobnika rezystancji kompensacyjnej Rk.
Ryż. 3. Uproszczony schemat obwodu potencjometru prądu stałego
Pracę rozpoczynamy od ustawienia prądu roboczego w obwodzie roboczym kompensatora za pomocą źródła pomocniczego. EUR. Wartość prądu roboczego Iр jest kontrolowana przez pole elektromagnetyczne standardowego elementu normalnego. Aby to zrobić, w pozycji 1 przełącznika P za pomocą reostatu Rp wartość Iр jest ustawiana w taki sposób, że spadek napięcia, który wytwarza na rezystorze Rrev, jest równy EMF normalnego elementu Erev. Podczas kompensacji pokażę brak prądu w obwodzie normalnego elementu:
gdzie jest wartością standardowego rezystora Rrev podczas kompensacji pola elektromagnetycznego Erev.
Aby zmierzyć Ex, przełącznik P ustawia się w pozycji 2 i regulując rezystor kompensacyjny Rk, prąd vepi I jest ponownie doprowadzany do zera, podczas gdy
gdzie jest wartością rezystora kompensacyjnego Rk podczas kompensacji pola elektromagnetycznego Ex.
Ponieważ w momencie równowagi w obwodzie wskaźnika nie ma prądu, możemy założyć, że rezystancja wejściowa Rin potencjometru (od strony mierzonego pola elektromagnetycznego) jest równa nieskończoności, czyli z kompensacją napięcia (EMF)
Świadczy to o jednej z głównych zalet metody pomiaru kompensacyjnego – braku poboru mocy z mierzonego obiektu. Z równania Ex= jasno wynika, że nieznane napięcie porównuje się z przykładową miarą - polem elektromagnetycznym normalnego elementu. Średnia wartość pola elektromagnetycznego normalnych elementów normalnych w temperaturze 20 „C jest znana z dokładnością do piątego miejsca po przecinku i wynosi Erev = 1,0186 V. Ponieważ nieznane pole elektromagnetyczne Ex jest powiązane z polem elektromagnetycznym normalnego elementu Erev przez dlatego też o dokładności wyniku pomiaru decyduje dokładność wykonania oraz ustawienie przykładowych rezystorów Rrev i kompensacyjnych Rk.
Dokładność ustalenia momentu wyważającego zależy od czułości wskaźnika zerowego.
W konsekwencji o dokładności obwodu kompensacyjnego decyduje dokładność nastawienia i utrzymania prądu roboczego Iр, dokładność wykonania i montażu przykładowych rezystorów Ro6p i kompensacyjnych Rk oraz czułość wskaźnika.
Jedną z głównych cech potencjometru jest jego czułość. Przez czułość S potencjometru rozumie się S = SiSk, gdzie Si jest czułością wskaźnika; Sk to czułość obwodu kompensacyjnego.
Czułość wskaźnika jest określana przez zastosowany miernik, dlatego aby określić S, należy znaleźć czułość obwodu kompensacyjnego Sk. Czułość obwodu kompensacyjnego określa się jako stosunek przyrostu prądu we wskaźniku, który występuje, gdy w obwodzie zrównoważonym pojawi się przyrost pola elektromagnetycznego, do tego przyrostu, tj. Sk =
Aktualny przyrost
gdzie Ri jest rezystancją wskaźnika; Rx - rezystancja źródła mierzonego pola elektromagnetycznego Ex. Dlatego czułość potencjometru
Czułość obwodu należy dobrać ściśle według podanego dopuszczalnego błędu pomiaru
Wyrażenie to pozwala określić wymaganą czułość wskaźnika zerowego. Jako rezystor kompensacyjny Rk stosowane są bardzo czułe urządzenia do bezpośredniego pomiaru, wzmacniacze autokompensacji i fotokompensacji. Rezystor modelowy Robr jest strukturalnie zasobnikiem rezystancji składającym się z dwóch części: rezystancji stałej i tzw. dekady temperaturowej. Dekada ta umożliwia regulację zgodnie z rzeczywistą wartością pola elektromagnetycznego Erev w danej temperaturze, co zapewnia dokładne ustawienie prądu roboczego Irev.
Ze względu na wartość rezystancji obwodu pomiarowego potencjometry dzielą się na nisko- i wysoko-rezystancyjne. Potencjometry niskoomowe (o rezystancji mniejszej niż 1000 omów) służą do pomiaru niskich napięć (do 100 mV), wysokooporowych
(o rezystancji większej niż 1000 omów) - do pomiaru napięć do 1 - 2,5 V.
Metoda pomiaru kompensacji jest jedną z najdokładniejszych. Potencjometry DC dostępne są w klasach dokładności 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.
Ze względu na sposób wprowadzania wartości kompensacyjnej potencjometry dzielą się na nieautomatyczne, półautomatyczne i automatyczne. W kompensatorach nieautomatycznych większość mierzonego napięcia jest kompensowana ręcznie, a pozostała część kompensowana jest automatycznie.
Woltomierze różnicowe
Woltomierz różnicowy to zaawansowany potencjometr prądu stałego, który łączy w sobie ręczny lub automatyczny potencjometr równoważący i mikrowoltomierz z bezpośrednią oceną w celu pomiaru nieskompensowanej części mierzonego napięcia. Charakteryzuje się dużą dokładnością, rozdzielczością oraz niskim poborem z badanego źródła napięcia Schemat funkcjonalny woltomierz różnicowy pokazany jest na rys. 4.
Potencjometr dziesięciodniowy, składający się z modelowego źródła pola elektromagnetycznego Erev i wielostopniowego dzielnika napięcia Rk, jest podstawą woltomierza różnicowego i służy do zrównoważenia napięcia wejściowego. Różnicę między napięciem wejściowym i kompensacyjnym mierzy się za pomocą mikrowoltomierza bezpośredniego. Zatem woltomierz różnicowy jest niecałkowicie zrównoważonym obwodem kompensacyjnym, w którym napięcie jest określane na podstawie odczytu potencjometru dekadowego i odczytu przyrząd pomiarowy. Prąd płynący do obwodu jest określony przez nieskompensowaną różnicę między napięciem zmierzonym i referencyjnym i impedancja więzy.
Ryż. 4. Uproszczony obwód woltomierza różnicowego
Ryc.5. Schemat funkcjonalny różnicowego woltomierza cyfrowego ze sterowaniem ręcznym
Różnicowa metoda pomiaru jest stosowana w wielu produkowanych na rynku woltomierzach cyfrowych. Schemat funkcjonalny jednego z tych woltomierzy pokazano na ryc. 5.
Urządzenie wykorzystuje kombinację metody kodowania bit po bicie w pierwszym etapie i metody impulsu czasowego w drugim etapie przetwarzania mierzonego napięcia.
Część pomiarową urządzenia stanowi dzielnik napięcia wejściowego D, wzmacniacz skali MU, źródło napięcia kompensacyjnego IKN oraz przetwornik napięcie-czas NVD. Przetwornik napięcie-czas przekształca napięcie wejściowe wzmacniacza na proporcjonalny przedział czasu tif. Informacja o początku i końcu impulsu informacyjnego oraz polaryzacji przetworzonego napięcia przekazywana jest do części cyfrowej urządzenia poprzez transformatory impulsowe Tr1, Tr2, zapewniające dobrą izolację napięciową części analogowej i cyfrowej urządzenia dzięki dużej rezystancji izolacji pomiędzy uzwojeniami. Cyfrowa część urządzenia przekształca informacje w formę wygodną do wyświetlenia i nagrania za pomocą rejestratora.
Pomiar napięcia odbywa się w dwóch etapach. W pierwszym etapie (pozycja 1 przełącznika Cl1) współczynnik przenoszenia wzmacniacza skali równy jeden, a napięcie kompensacyjne wynosi zero. Impulsy generatora stabilnej częstotliwości RNG fo poprzez sterowany przełącznik Kl2 i obwód klucza logicznego Kl3 w czasie tif1 podawane są na wejście licznika wyższego rzędu Sch1 i są odpowiednio sygnalizowane przez lampki wyższego rzędu. W drugim etapie pomiaru klucz Kl1 zostaje przesunięty w pozycję 2. Jednocześnie na polecenie jednostki sterującej i synchronizacyjnej zwiększany jest współczynnik transmisji wzmacniacza skalującego i kod cyfrowy liczby otrzymanej w najbardziej znaczące cyfry są przepisywane ze Sch1 do obwodu pamięci urządzenia arytmetycznego AU1, które steruje IKN. W rezultacie na wyjściu IKN pojawia się napięcie kompensacyjne odpowiadające kodowi liczby najbardziej znaczących cyfr.
Wzmocniona przez wzmacniacz różnica napięcia jest przekształcana na przedział czasu tif2. podczas którego impulsy o stabilnej częstotliwości f2 docierają na wejście licznika niskiego rzędu Sch2.
Informacja o znaku sygnału braku kompensacji z NVD jest podawana do generatora poleceń jednostki sterującej i synchronizacyjnej BUS, który określa rodzaj operacji: dodawanie lub odejmowanie wyników pierwszego i drugiego etapu pomiaru wykonywanego przez urządzenie arytmetyczne AU1. Wartość liczbową wyniku sumowania algebraicznego kodów liczbowych liczników Sch1 i Sch2 oraz jego znak wskazuje wskaźnik cyfrowy.
Przeliczenie napięcia na przedział czasu odbywa się metodą serworównoważenia mierzonego napięcia za pomocą liniowo zmieniającego się napięcia kompensacyjnego.
Woltomierz umożliwia pomiar napięcia stałego w zakresie od 5-10-6 do 1000 V w czterech podzakresach: 5-10-6-1; 5-10-5-10; 5-10-4-100; 5-10-3 - 1000 V. Błąd pomiaru w zależności od podzakresu wynosi 0,3-0,05% granicy pomiaru. Rezystancja wejściowa wynosi 10 MΩ na granicy 1 i 1000 V, 1 MΩ na granicy 100 V i 0,1 MΩ na granicy 10 V. Woltomierz automatycznie informuje o polaryzacji mierzonego napięcia oraz posiada wyjście do zapisu informacje do DAC w binarnym kodzie dziesiętnym.
Większą dokładność zapewniają woltomierze różnicowe z ręcznym równoważeniem mierzonego napięcia. Urządzenie wykorzystuje różnicową metodę pomiaru, która łączy wieloletnie źródło napięcia kompensacyjnego z ręcznym równoważeniem i cyfrowym mikrowoltomierzem, który mierzy nieskompensowaną część napięcia wejściowego.
Woltomierz składa się z dzielnika napięcia wejściowego, sześciodziesięcioletniego VCI z ręcznym równoważeniem i urządzenia porównawczego, czyli samokompensującego się cyfrowego mikrowoltomierza zawierającego wzmacniacz prądu stałego, przetwornik napięcie-czas i cyfrowe urządzenie odczytowe (DRO).
Najważniejszym elementem określającym dokładność woltomierza różnicowego jest IKN. Najbardziej prosta opcja Konstrukcja regulowanego VCI jest referencyjnym źródłem napięcia obciążonym przetwornikiem skali. W takim przypadku konwersję na dużą skalę można przeprowadzić za pomocą rezystancyjnych, indukcyjnych lub impulsowych dzielników napięcia.
W obwodach woltomierza różnicowego preferowany jest dzielnik impulsów. Główne zalety dzielników impulsów to:
Ryż. 6. Schemat ideowy dzielnika impulsowego napięcia odniesienia (a), schematy napięć (b) i obwodu zastępczego dzielnika (c)
· brak precyzyjnych rezystorów w ich obwodzie;
· wysoka dokładność i stabilność napięcia wyjściowego;
· nieznaczny wpływ czynników klimatycznych na dokładność podziału.
W najprostszym przypadku dzielnik impulsów jest urządzeniem uśredniającym, którego wejście jest okresowo zasilane napięciem odniesienia urev. Na ryc. 6, a przedstawia schematyczny schemat elektryczny impulsowego dzielnika napięcia z filtrem KS jako urządzeniem uśredniającym. W czasie t2 wejście filtra KS jest podłączone do urev, a w czasie t2 do wspólnej szyny. Średnia wartość napięcia wyjściowego filtra (uout na rys. 6.6) jest funkcją napięcia urev i współczynnika wypełnienia impulsów sterowanych stanem klucza K:
Wyrażenie to jest równoważne równości odnoszącej się do napięcia wyjściowego konwencjonalnego dzielnika rezystancyjnego (rys. 6, c), natomiast dokładność współczynnika transmisji dzielnika impulsów zależy od dokładności przekładni i stabilności przedziałów czasowych t1 i t2 , co można zapewnić z dużą dokładnością, tworząc przedziały czasowe poprzez podzielenie częstotliwości głównego oscylatora, przy czym dokładność bezwzględna i długoterminowa stabilność częstotliwości nie są istotne.
Nowoczesne woltomierze różnicowe to urządzenia o złożonej architekturze obwodów, zawierające elementy technologii analogowej i komputerowej, które rozwiązują określone problemy automatyczna regulacja, przetwarzanie informacji, technologia komputerowa itp. Największą dokładność i czułość woltomierzy różnicowych zapewnia metoda pomiaru iteracyjno-kompensacyjnego, w której zmierzone napięcie jest kompensowane przez napięcie wbudowanego źródła (przetwornika cyfrowo-analogowego z modulacją szerokości impulsu napięcia odniesienia).
Połączenie tych metod pozwala na automatyzację procesów pomiarowych, realizację autokalibracji (automatycznego autotestu) i diagnostyki.
W oparciu o tę metodę wykonano woltomierz nowej generacji, który znacznie różni się od tradycyjnych urządzeń o podobnym przeznaczeniu.
Konstrukcja urządzenia opiera się na zasadzie podziału funkcjonalnego i konstrukcyjnego urządzenia na część funkcjonalną (analogową) i sterującą (cyfrową) (ryc. 7).
Część cyfrowa woltomierza zawiera wbudowany mikrokomputer ze sztywnym programem, który wraz ze sterownikami na panelu przednim i urządzeniami komunikacyjnymi interfejsu steruje pracą woltomierza. Mikrokomputer zapewnia sterowanie częścią funkcjonalną (analogową) BF, panelem przednim oraz interfejsem komunikacyjnym z kanałem użytku publicznego COP, a także matematyczną obróbkę pomiarów i proces autokalibracji urządzenia.
Skład i wzajemne połączenie głównych elementów bloku funkcjonalnego pokazano na ryc. 8. Układ automatycznego doboru granic pomiaru AVP zapewnia normalizację sygnału wejściowego zmieniającego się w szerokim zakresie napięcia, poziomu i polaryzacji. Kalibracja dzielnika obwodu AVP odbywa się automatycznie poprzez podłączenie źródła autokalibracji do jego wejścia napięciowego. Przetwornik cyfrowo-analogowy DAC o zakresie regulacji napięcia od 0 do 11,999999 V generuje napięcie kompensacyjne w trybach pomiaru napięcia i jego przyrostach. Wzmacniacz prądu stałego UPT z różnicowym układem porównawczym pracuje z dwoma współczynnikami transmisji ustawionymi przez dzielnik sprzęgający kupt = 1 (w trybie pomiaru napięcia do 10-7 V) i kupt = 100 (przy pomiarze napięcia do 10-7 V). Całkujący przetwornik analogowo-cyfrowy ADC ma trzy i pół cyfry i jest podłączony do wyjścia UPT, w zależności od ustawionej czułości, bezpośrednio lub poprzez dzielnik kAC (1:100). Różnica między napięciem kompensacyjnym i zmierzonym jest podawana na wejście przetwornika ADC ze współczynnikami transmisji 0,01 (kupt = 1. katsp = 0,01); 1 (kupt=l, katsp=1) i 100 (kopt=100, katsp=1). Interfejs pomiędzy częścią sterującą i analogową urządzenia oraz tworzenie kanałów wymiany informacji między nimi odbywa się za pomocą wykonawczej jednostki interfejsu BSI.
Działanie bloku funkcjonalnego w trybie pomiaru napięć i przyrostów napięcia odbywa się według algorytmu przedstawionego na rys. 9.
Zmierzone napięcie Ux podawane jest na wejście odwracające UPT poprzez układ ATP (patrz rys. 8) pomiaru i polaryzacji, który zapewnia transmisję sygnału w ściśle określonej polaryzacji i przy jednej z przekładni kο = 1:1; 1:10; 1:100.
W etapie 1, po wybraniu granicy pomiaru, przy minimalnej czułości toru wzmacniającego kp = 0,01 i zerowej wartości napięcia na wyjściu przetwornika DAC, zmierzone napięcie zostaje przetworzone na kod. Powstały kod jest wprowadzany do trzech najbardziej znaczących bitów (1-3) przetwornika cyfrowo-analogowego, który wytwarza napięcie kompensacyjne na nieodwracającym wejściu UPT.
W etapie 2 mierzona jest uzyskana różnica w celu wyznaczenia kolejnych cyfr (3-5) liczbowego wyrażenia sygnału wejściowego.
W etapie 3 wynik dwóch pierwszych pomiarów kopiowany jest do przetwornika DAC i pomiar bitów 5-7 sygnału wejściowego odbywa się przy maksymalnej czułości toru wzmacniającego. W stanie ustalonym mierzony jest ADC aktualna wartość napięcie, które jest sumowane z napięciem przetwornika cyfrowo-analogowego i wyświetlane jest w pojedynczym odczycie na cyfrowym wyświetlaczu urządzenia. Tworzenie pojedynczego odczytu na podstawie wyników pomiarów trzech opisanych etapów jest konwencjonalnie pokazane na schemacie mnemonicznym po prawej stronie górny róg na ryc. 9. Po przekroczeniu licznika ADC (pojemność 2000 znaków) woltomierz przechodzi do poprzedniego etapu pracy, co widać na schemacie algorytmu działania.
W zależności od wymaganej rozdzielczości pracę urządzenia można ograniczyć do dwóch stopni pomiarowych (z możliwością wskazania czterech lub pięciu cyfr wyższego rzędu) lub trzech (z możliwością wskazania sześciu lub siedmiu cyfr mierzonego napięcia).
Ryż. 7. Schemat funkcjonalny mikroprocesorowego kalibratora woltomierza: BSI - jednostka interfejsu wykonawczego; AVP - automatyczny wybór granic pomiarowych; BPC - zasilacz części cyfrowej; E-ekran; AK - automatyczna kalibracja
Jednym z głównych elementów zapewniających dokładność urządzenia jest przetwornik cyfrowo-analogowy, który przetwarza kod sterujący na stałe napięcie za pomocą ciągłej sekwencji impulsów o modulowanej szerokości, o stałej amplitudzie i częstotliwości powtarzania, a następnie wybiera średnia wartość napięcia określonej sekwencji impulsów przy użyciu filtra uśredniającego!
Analiza działania przetwornika DAC z modulacją szerokości impulsu pozwala zidentyfikować w jego strukturze następujące elementy (rys. 10): źródło napięcia odniesienia ION; konwerter kod-czas PKV, zapewniający precyzyjną konwersję kodu na czas trwania impulsów o modulowanej szerokości i stałej częstotliwości; impulsowy dzielnik napięcia IDN, który za pomocą przełącznika (kluczy) zapewnia tworzenie impulsów o określonej amplitudzie i zadanym przez PCV współczynniku wypełnienia; filtr.
Ryż. 8. Schemat funkcjonalny bloku analogowego urządzenia: IKN – źródło napięcia kalibrowanego; IDN - impulsowy dzielnik napięcia; PKV - konwerter kod-czas; PNK - konwerter napięcie-kod
Impulsowy dzielnik napięcia reguluje napięcie oddzielnie w ciągu trzech starszych dekad (1-3), zapewniając podstawowe właściwości metrologiczne urządzenia, oraz w ciągu młodszych dekad (4-6). Sumowanie napięć starszych i młodszych dekad odbywa się za pomocą dzielnika utworzonego przez rezystancje rezystorów R siatki sumującej (12 rezystorów po 2,21 MOhm każdy) i rezystora R1 = 90,9 MOhm, do którego zmniejszono o połowę dostarczane jest napięcie impulsowe IDN niższych dekad. Napięcie z przetwornika DAC korekcji zera i napięcie korekcyjne są również dostarczane do punktu sumowania. Przetwornik DAC z korekcją zera został również zaprojektowany w celu kompensacji przesunięcia zera UPT podczas automatycznej kalibracji. Korekta jest konieczna, aby skompensować błąd dynamiczny klawiszy. Przełączniki Kl przełączające napięcie odniesienia wykonane są na komplementarnych tranzystorach MOS i sterowane są z układu cyfrowego (nie pokazanego na rys. 10). Tworzenie sygnałów o modulowanej szerokości sterującej odbywa się za pomocą PKV.
Przetwornik kod-czas PKV zbudowany jest w oparciu o obwód z licznikiem zegarowym trzech dekad i komparatorami kodów. Licznik zegara ma współczynnik podziału N = 1200. W stanie licznika 000 generowany jest impuls do wstępnego ustawienia przerzutników RS (Tg1, Tg2 do stanu 1. Impulsy generowane przez komparatory i powrót przerzutnika RS przerzuty dekady starszej i młodszej do stanu 0 (początkowego) są generowane w momencie zbieżności kodu licznika i kodów sterujących odpowiednio górnej i dolnej cyfry, aby utworzyć sygnał dwunastofazowy z sygnału jednofazowego , używany jest 24-bitowy rejestr przesuwny, który jest taktowany sekwencją impulsów reprezentujących sumę sygnału zerującego licznika cyfr niższego rzędu (druga i trzecia dekada) oraz sygnału koincydencji tych dekad.
Znaczący wolumen przepływów informacji pomiarowej i sterującej pomiędzy obiema częściami urządzenia wymagał zorganizowania specjalnych kanałów komunikacyjnych i stworzenia odpowiednich urządzeń interfejsowych do obsługi tych kanałów oraz jednostki interfejsu wykonawczego (patrz rys. 8).
Do głównych zadań jednostki interfejsu wykonawczego należy odbieranie informacji sterujących z jednostki sterującej, przesyłanie informacji ADC do jednostki sterującej oraz generowanie sygnałów komunikacji magistralnej wewnątrz części analogowej (BP). Połączenie pomiędzy BF a częścią cyfrową realizowane jest poprzez trzy kanały komunikacyjne: jeden kanał przesyła informacje sterujące do bloku funkcjonalnego (kanał wejściowy informacji), drugi kanał przesyła informacje ADC do jednostki sterującej (kanał wyjściowy informacji); Synchronizacja wejść/wyjść odbywa się poprzez trzeci kanał – kanał synchronizacji – poprzez sygnały przesyłane z centrali sterującej.
Ryż. 9, Algorytm działania urządzenia w trybie pomiaru napięcia i podwyższania napięcia
Ryż. 10. Schemat funkcjonalny przetwornika DAC
Rys. 11 Blok funkcyjny rozdzielacza poleceń sterujących
Ryż. 12. Schemat blokowy jednostka sterująca
Transmisja informacji w kanałach odbywa się poprzez transformatory impulsowe zapewniające izolację galwaniczną.
Na ryc. Rysunek 11 przedstawia uproszczony schemat rozkładu poleceń sterujących dla bloku funkcjonalnego. Wszystkie rejestry odbiorcze realizujące bezpośrednie sterowanie są połączone wejściami informacyjnymi równolegle z szyną danych. Informacja zostaje zapisana do rejestru, którego adres jest ustawiony na szynie adresowej (w kodzie binarnym) w momencie pojawienia się na magistrali impulsu zezwalającego (zezwolenia na zapis).
Zastosowany w urządzeniu przetwornik analogowo-cyfrowy realizuje zasadę podwójnego całkowania. ADC jest uruchamiany zewnętrznym poleceniem wygenerowanym w jednostce sterującej.
Jednostka sterująca CU (rys. 12) przeznaczona jest do realizacji relacji pomiędzy blokiem funkcjonalnym a operatorem (bezpośrednio lub poprzez COP). Strukturę i zasadę działania jednostki sterującej wyznaczają zadania realizacji omówionych powyżej algorytmów pracy przyrządu, zadania automatycznej kalibracji, przetwarzania informacji i interfejsu. Funkcje realizowane przez jednostkę sterującą można podzielić na dwa typy: funkcje wymiany informacji z środowisko zewnętrzne(przez operatora lub COP) i funkcje sterujące jednostki analogowej podczas procesu pomiarowego. Podstawą działania CU jest wbudowany mikrokomputer oparty na mikroprocesorze. Ogólnie rzecz biorąc, jednostka CU składa się z mikrokomputera zawierającego jednostkę centralną (CPU), pamięć tylko do odczytu (ROM) i pamięć o dostępie swobodnym (RAM). W pamięci ROM przechowywany jest kompletny program operacyjny, zaprogramowany w momencie wypuszczenia urządzenia i niezmieniony przez cały okres użytkowania; pamięć RAM służy do przechowywania wyświetlanych danych, wyników obliczeń pośrednich i innych zmiennych przechowywanych tylko podczas pracy urządzenia. Drugą częścią jednostki sterującej są urządzenia komunikacyjne lub interfejsy łączące mikrokomputer z różnymi jednostkami urządzenia. Informacje o odstępach czasowych potrzebnych do autokalibracji urządzenia, o temperaturze wewnątrz bloku analogowego urządzenia podawane są przez jednostkę synchronizującą centralę sterującą.
Interfejsy CPC pełnią funkcję połączenia urządzenia z CPC. Z jednej strony podłączony jest do magistrali systemowej centrali, z drugiej do przełącznika ustawiającego tryb pracy urządzenia na zdalne sterowanie. Interfejs COP zapewnia mechaniczną, elektryczną i częściowo logiczną kompatybilność z kanałem publicznym. Blok interfejsu wskaźnika steruje panelem przednim urządzenia: tablicą wskaźników i tablicą przycisków. Wykorzystuje się tu zaawansowane metody interakcji mikrokomputera z panelem przednim – multipleksowe wskazanie i skanowanie matrycy przycisków w celu wykrycia wciśniętego przycisku.
Blok interfejsu sterujący BSU realizuje specjalne (szeregowe) połączenie pomiędzy mikrokomputerem a blokiem funkcjonalnym.
Wszystkie płyty CU są połączone jednym systemem magistrali. Wszelka wymiana informacji wewnątrz centrali sterującej oraz z częścią funkcjonalną odbywa się poprzez magistralę systemową jednostki sterującej modułu nadrzędnego - centralny procesor CPU, czyli jednym z urządzeń biorących udział w wymianie jest zawsze CPU, a drugie jest ustalane program pracy. Na przykład, jeśli informacja z bloku analogowego ma zostać zapisana w pamięci RAM, zostanie odebrana przez procesor, a następnie przesłana z procesora do pamięci RAM. Schemat oprogramowanie Działanie urządzenia (rys. 13) wraz ze schematem blokowym jednostki sterującej (rys. 12) pozwala prześledzić pracę urządzenia jako całości.
Ryż. 13. Algorytm działania centrali sterującej
Po włączeniu urządzenia do sieci następuje „oczyszczenie zasilania”: procesor utrzymywany jest w pierwotnym stanie do momentu, aż napięcia zasilaczy osiągną wartości nominalne, po czym rozpoczyna się program autotestu – autotest i podprogram wykonujący ustawienia początkowe. Program autotestu sprawdza wszystkie podzespoły centrali oraz funkcjonalność kanału komunikacyjnego z jednostką analogową. W przypadku awarii któregokolwiek węzła na tablicy wskaźników wyświetlany jest symbol mnemoniczny „NOT SLAVE - XX”, gdzie XX oznacza liczba dziesiętna od 00 do 99, odpowiadające rodzajowi usterki. W przypadku awarii wyświetlacz zostaje podświetlony Wskaźnik LED"Odmowa".
CPU może wymieniać informacje z urządzeniami zewnętrznymi na dwa sposoby: programowalny i oparty na przerwaniach.
W pierwszym przypadku informacje wymieniane są z urządzeniem zewnętrznym zgodnie z bieżącym programem, a procesor musi okresowo kontaktować się z urządzeniem zewnętrznym, aby sprawdzić, czy ma nowe informacje. W drugim sposobie wymiany praca procesora w ramach bieżącego programu zostaje przerwana w przypadku odebrania sygnału z urządzenia zewnętrznego wskazującego, że jest on gotowy do wymiany informacji, i następuje przejście do podprogramu konserwacyjnego tego urządzenia. Po zakończeniu konserwacji procesor kontynuuje wykonywanie przerwanego programu.
Mikrokomputer posiada system przerwań o ośmiopoziomowym priorytecie, który pozwala na obsługę ośmiu urządzeń zewnętrznych, z żądaniami od ponad wysoki poziom priorytet może przerwać procedury obsługujące żądania o niższym poziomie priorytetu, ale nie odwrotnie.
Opublikowano na Allbest.ru
...Podobne dokumenty
Bezpośrednie i pośrednie pomiary napięcia i prądu. Zastosowanie prawa Ohma. Zależność wyników pomiarów bezpośrednich i pośrednich od wartości kąta obrotu regulatora. Wyznaczanie błędu bezwzględnego pośredniego pomiaru prądu stałego.
praca laboratoryjna, dodano 25.01.2015
Historia linie wysokiego napięcia przenoszenie mocy Zasada działania transformatora polega na urządzeniu do zmiany wartości napięcia. Podstawowe metody przetwarzania dużych mocy z prądu stałego na prąd przemienny. Połączenia sieci elektrycznej prądu przemiennego.
raport z praktyki, dodano 19.11.2015
Zasilanie silnika przy regulacji prędkości obrotowej poprzez zmianę wartości napięcia z osobnego regulowanego źródła prądu stałego. Zastosowanie przekształtników tyrystorowych w napędach elektrycznych prądu stałego. Schemat blokowy przetwornicy tyrystorowej.
praca na kursie, dodano 01.02.2015
Wyznaczanie błędów bezwzględnych, względnych i zredukowanych. Kompensatory prądu stałego, ich przeznaczenie i zasada działania. Pomiar mocy watomierzami z wykorzystaniem przekładników pomiarowych prądu i napięcia w obwodach jednofazowych i trójfazowych.
test, dodano 01.08.2011
Opracowanie obwodu wzmacniacza prądu stałego i obliczenie źródeł zasilania: stabilizatora napięcia i prostownika. Definicja filtra niskie częstotliwości. Obliczanie błędu temperaturowego i niedokładności pomiaru na skutek niestabilności napięcia zasilania.
praca na kursie, dodano 28.03.2012
Obliczanie rezystancji bocznika zewnętrznego do pomiaru prądu sieciowego za pomocą amperomierza magnetoelektrycznego. Wyznaczanie prądu w antenie nadajnika za pomocą przekładnika prądowego wysoka częstotliwość. Woltomierze do pomiaru napięcia z błędem względnym.
test, dodano 12.05.2013
Zasada działania i konstrukcja generatorów prądu stałego. Siła elektromotoryczna i moment elektromagnetyczny Generator prądu stałego. Metody wzbudzania generatorów prądu stałego. Cechy i właściwości silników różne typy podniecenie.
streszczenie, dodano 11.12.2009
Zasada działania i konstrukcja generatora prądu stałego. Rodzaje uzwojeń twornika. Metody wzbudzania generatorów prądu stałego. Odwracalność maszyn prądu stałego. Silnik o wzbudzeniu równoległym, niezależnym, szeregowym i mieszanym.
streszczenie, dodano 17.12.2009
Badanie nierozgałęzionych i rozgałęzionych obwodów elektrycznych prądu stałego. Obliczanie nieliniowych obwodów prądu stałego. Badanie działania linii przesyłowej prądu stałego. Obwód prądu przemiennego z połączenie szeregowe opór.
podręcznik szkoleniowy, dodano 22.12.2009
Zastosowanie metody napięć międzywęzłowych w analizie układów wielotorowych schemat elektryczny, mający dwa potencjalne węzły. Nieliniowy obwody elektryczne DC. Obwody z równoległym, szeregowo-równoległym połączeniem elementów rezystancyjnych.
Pomiary prądu stałego i napięcia wykonujemy głównie za pomocą amperomierzy i woltomierzy magnetoelektrycznych z granicami pomiarowymi 0,1 μA... 6 kA i 0,3 mV... 1,5 kV. Możliwe jest również zastosowanie analogowych urządzeń elektromagnetycznych, elektrodynamicznych, ferrodynamicznych, elektrostatycznych, cyfrowych, potencjometrów prądu stałego (kompensatorów). Do określenia niewielkich ilości energii elektrycznej z szybko płynących impulsów prądu stosuje się galwanometry balistyczne duże ilości elektryczność - kulometry.
O wyborze miernika decyduje moc mierzonego obiektu oraz wymagana dokładność. Po podłączeniu urządzenia do obwodu pomiarowego następuje zmiana jego parametrów. Aby zmniejszyć wielkość błędu metodologicznego przy pomiarze napięcia, rezystancja użytego woltomierza powinna być jak największa, a przy pomiarze prądu rezystancja amperomierza powinna być jak najmniejsza, wówczas pobór mocy z mierzonego obiektu będzie mały.
Mechanizm pomiarowy amperomierzy magnetoelektrycznych i woltomierzy nie różni się zasadniczo i w zależności od przeznaczenia urządzenia zmienia się jego obwód pomiarowy. W amperomierzach mechanizm pomiarowy jest podłączony bezpośrednio lub za pomocą bocznika do obwodu szeregowo z obciążeniem. W woltomierzach dodatkowy rezystor jest połączony szeregowo z mechanizmem pomiarowym, a urządzenie jest podłączone do tych punktów obwodu, pomiędzy którymi należy zmierzyć napięcie. O charakterze obwodu pomiarowego decyduje także dopuszczalny błąd temperaturowy i granica pomiarowa urządzenia. Aby skompensować błędy temperatury, konieczne jest zastosowanie specjalnych obwodów kompensacji temperatury.
Pomiar małych prądów i napięć. Bezpośredni pomiar tych elementów wielkości fizyczne wykonywane przy użyciu galwanometrów układu magnetoelektrycznego (od 0,1 nA i od 1 nV), pikoamperomierzy cyfrowych (od 1 nA), mikrowoltomierzy (od 10 μV), nanowoltomierzy (od 10 nV), kompensatorów (od 1 μV).
Pomiar pośredni odbywa się za pomocą kompensatorów (do 10 nA); o wartość ładunku kondensatora (do 1 nA); za pomocą elektrometru (do 10 nA).
Pomiar małych ilości energii elektrycznej. Do tych celów wykorzystuje się galwanometr balistyczny (BG). Jest to rodzaj galwanometru magnetoelektrycznego i jest przeznaczony do pomiaru małych ilości energii elektrycznej w krótkich impulsach prądu. Różnią się od konwencjonalnych galwanometrów magnetoelektrycznych tym, że sztucznie zwiększa się moment bezwładności części ruchomej w wyniku wzrostu jej masy, a co za tym idzie, znacznie dłuższy okres drgań własnych, wynoszący 15...30 s.
Pomiar dużych ilości energii elektrycznej. Do pomiaru ilości energii elektrycznej przepływającej w długim okresie czasu (kilka godzin) stosuje się kulometry. Czas trwania mierzonych impulsów wynosi 0,05...0,2 s; amplituda - 2... 200 mA; kształt impulsu jest prostokątny. Urządzenie ma magnetoelektryczny MI, którego cechą charakterystyczną jest brak przeciwdziałającego momentu obrotowego. Prąd doprowadzany jest do uzwojenia ramy za pomocą spirali pozbawionych momentu obrotowego. Uzwojenie ramy wykonane jest z drut miedziany, nawinięty na gruby rama aluminiowa, w którym podczas ruchu ramy indukowany jest prąd wytwarzający moment hamujący. Pod wpływem momentu obrotowego i momentów hamujących rama obraca się ze stałą prędkością proporcjonalną do prądu przez cały czas trwania impulsu prądowego.
Pomiar pola elektromagnetycznego. Do tych celów stosuje się kompensator prądu stałego. Istnieją kompensatory elektromechaniczne, galwanometryczne i elektrometryczne, które różnią się czułością i rezystancją wejściową.
Mierzyć Źródła pola elektromagnetycznego przy dużej rezystancji wewnętrznej lub napięciu w obwodach o dużej rezystancji wskazane jest zastosowanie metody pomiaru różnicowego (rezystancja wejściowa woltomierzy magnetoelektrycznych lub elektronicznych może być niewystarczająca).
Pomiar dużych prądów stałych. W przypadku prądów większych niż 10 kA nie zaleca się już stosowania boczników. Bardzo w prosty sposób pomiar w tym przypadku jest połączenie równoległe boczniki i zastosowanie przetworników magnetycznych. W celu dokładniejszych pomiarów (około 0,01%) dużych prądów stosuje się przetworniki miedziane w postaci pręta o określonej średnicy, który posiada urządzenie do wkładania w przerwę szyny przewodzącej prąd.
Pomiar wysokiego napięcia. Napięcia do 1,5 kV mierzone są za pomocą woltomierzy magnetoelektrycznych z dodatkowymi rezystorami. Przy wyższych napięciach (do 300 kV) zaleca się podłączenie woltomierzy elektrostatycznych lub woltomierzy konwencjonalnych poprzez przekładniki napięciowe pomiarowe.
Koniec pracy -
Ten temat należy do działu:
METODY I NARZĘDZIA POMIARÓW ELEKTRYCZNYCH
WARTOŚĆ Pomiar prądu stałego i napięcia O wyborze miernika decyduje moc obiektu... Pytania bezpieczeństwa...Jakich systemów można używać do pomiaru prądu stałego i napięcia...
Jeśli potrzebujesz dodatkowy materiał na ten temat lub nie znalazłeś tego, czego szukałeś, polecamy skorzystać z wyszukiwarki w naszej bazie dzieł:
Co zrobimy z otrzymanym materiałem:
Jeśli ten materiał był dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:
Informacje ogólne.
Prądy i napięcia to najczęstsze wielkości elektryczne, które należy mierzyć. Wyjaśnia to szeroką gamę produkowanych przez przemysł przyrządów do pomiaru prądu i napięcia. O wyborze przyrządu pomiarowego może decydować kombinacja czynników: oczekiwana wielkość mierzonej wartości, rodzaj prądu (stały lub przemienny), częstotliwość, wymagana dokładność pomiaru, warunki eksperymentalne (laboratorium, warsztat, teren itp.). ),
Ryż. 15-1. Obwód do pomiaru prądu za pomocą amperomierza
Ryż. 15-2. Obwód do pomiaru napięcia za pomocą woltomierza
wpływ warunki zewnętrzne(temperatury, pole magnetyczne, wibracje itp.) itp.
Wartości napięcia określa się z reguły na podstawie bezpośrednich pomiarów; prądy - oprócz pomiarów bezpośrednich szeroko stosowane są pomiary pośrednie, w których mierzony jest spadek napięcia na rezystorze o znanej rezystancji podłączonym do obwodu mierzonego prądu. Wartość prądu wyznacza się za pomocą prawa Ohma: . W tym przypadku o błędzie wyniku pomiaru decyduje błąd pomiaru napięcia oraz błąd spowodowany różnicą pomiędzy nominalną wartością rezystancji a rzeczywistą wartością rezystancji. Błąd można znaleźć zgodnie z zasadami przetwarzania wyników obserwacji pomiary pośrednie (patrz § 14-2).
Pomiarom prądów i napięć zawsze towarzyszy błąd wynikający z rezystancji użytego przyrządu pomiarowego. Włączenie przyrządu pomiarowego do badanego obwodu zaburza tryb tego obwodu. I tak na przykład podłączenie amperomierza z rezystancją do obwodu pokazanego na ryc. 15-1, doprowadzi do tego, że zamiast prądu, który płynął w tym obwodzie przed włączeniem amperomierza, po włączeniu amperomierza będzie płynął prąd, tym większy będzie błąd większy opór amperomierz. Podobny błąd występuje przy pomiarze napięć. Na przykład w obwodzie pokazanym na ryc. 15-2, po włączeniu woltomierza, który ma rezystancję do pomiaru napięcia między punktami, tryb obwodu również zostaje naruszony, ponieważ zamiast napięcia, które było w obwodzie przed włączeniem woltomierza, po włączeniu napięcia
Im niższa rezystancja woltomierza, tym większy błąd.
Pośrednim wskaźnikiem rezystancji przyrządów pomiarowych jest moc pobierana przez przyrząd z obwodu, w którym
dokonuje się pomiaru. Kiedy prąd przepływa przez amperomierz o rezystancji, moc pobierana przez amperomierz. Moc pobierana przez woltomierz jest określana przez wyrażenie gdzie jest napięciem mierzonym przez woltomierz; -opór wewnętrzny woltomierz. W konsekwencji błąd wynikający z odkształcenia trybu obwodu podczas pomiaru prądów i napięć jest tym mniejszy, im mniej energii pobiera przyrząd pomiarowy z obwodu, w którym dokonywany jest pomiar. Spośród przyrządów pomiarowych służących do pomiaru prądów i napięć najmniejszy pobór mocy z obwodu pomiarowego mają kompensatory (potencjometry), urządzenia elektroniczne i cyfrowe. Spośród urządzeń elektromechanicznych najmniej prądu zużywają urządzenia magnetoelektryczne i elektrostatyczne. Bardzo mała moc pobierana z obwodu pomiarowego przez kompensatory pozwala na pomiar nie tylko napięć, ale także pola elektromagnetycznego.
Zakres mierzonych prądów i napięć jest bardzo szeroki. Na przykład kiedy badania biologiczne, badania kosmosu, pomiary w próżni, konieczne jest mierzenie prądów stałych, które stanowią ułamki femtoamperów, a w potężnych elektrownie, w przedsiębiorstwach metalurgii metali nieżelaznych i przemysłu chemicznego - prądy sięgające setek kiloamperów. Aby mierzyć prądy i napięcia w tak szerokim zakresie wartości, przemysł krajowy produkuje różne przyrządy pomiarowe, które zapewniają możliwość pomiaru w określonych podzakresach. Przyrządy do pomiaru prądów i napięć są z reguły wielolimitowe. Aby poszerzyć zakres pomiarów prądu, stosuje się boczniki i przekładniki pomiarowe prądu stałego – w obwodach prądu stałego, a przekładniki pomiarowe prądu przemiennego – w obwodach prądu przemiennego. Aby rozszerzyć granice pomiaru napięcia, stosuje się dzielniki napięcia, dodatkowe rezystory i przekładniki do pomiaru napięcia.
Cały zakres mierzonych prądów i napięć można podzielić na trzy podzakresy: niski, średni i duże wartości. Najlepsze dostępne przyrządy pomiarowe to podzakres wartości średnich (w przybliżeniu: dla prądów - od jednostek miliamperów do dziesiątek amperów; dla napięć - od jednostek miliwoltów do setek woltów). To właśnie dla tego podzakresu stworzono przyrządy pomiarowe charakteryzujące się najmniejszym błędem pomiaru prądów i napięć. Nie jest to przypadkowe, gdyż dodatkowe trudności pojawiają się przy pomiarze małych i dużych prądów i napięć.
Ryż. 15-3. Schemat wpływu własnych połączeń rezystancyjnych i pojemnościowych
Ryż. 15-4. Wykres wpływu rezystancji izolacji na współczynnik podziału dzielnika napięcia
Zewnętrzne zmienne pole magnetyczne może również wprowadzać znaczne zniekształcenia na skutek pola elektromagnetycznego indukowanego w przewodach i innych elementach obwodu łączącego źródło małej wielkości mierzonej z przyrządem pomiarowym.
Całkowite wyeliminowanie wpływu odnotowanych czynników nie jest możliwe. Dlatego pomiary małych prądów i napięć przeprowadzane są z większym błędem.
Pomiar dużych prądów i napięć ma swoją własną charakterystykę i trudności. Na przykład podczas pomiaru dużych prądów stałych za pomocą boczników, duża ilość mocy jest rozpraszana na bocznikach, co prowadzi do znacznego nagrzania boczników i pojawienia się dodatkowych błędów. Aby zmniejszyć straty mocy i wyeliminować przegrzanie, konieczne jest zwiększenie rozmiaru boczników lub zastosowanie specjalnych dodatkowych środków w celu sztucznego chłodzenia. Rezultatem są boczniki, które są nieporęczne i drogie. Podczas pomiaru dużych prądów bardzo ważne jest monitorowanie jakości połączeń stykowych, przez które przepływa prąd. Słaba jakość połączenie kontaktowe może nie tylko zniekształcić tryb obwodu, a w konsekwencji wynik pomiaru, ale także doprowadzić do przepalenia styku z powodu duża moc, rozproszone przez rezystancję styku. Przy pomiarach dużych prądów dodatkowe błędy mogą wynikać z oddziaływania na przyrządy pomiarowe silnego pola magnetycznego, wytwarzanego wokół szyn zbiorczych przez przepływający prąd.
Podczas pomiaru wysokich napięć rosną wymagania jakościowe materiały izolacyjne, stosowane w przyrządach pomiarowych, zarówno w celu ograniczenia błędów wynikających z prądów upływowych przez izolację, jak i w celu zapewnienia bezpieczeństwa personelu obsługującego. Przykładowo, jeśli do rozszerzenia zakresu pomiarowego stosuje się dzielnik napięcia, to wraz ze wzrostem mierzonego napięcia należy zwiększać rezystancję dzielnika. Przy pomiarze dużych napięć rezystancja dzielnika może być porównywalna z rezystancją izolacji, co będzie prowadzić do błędu podziału napięcia, a w konsekwencji do błędu pomiaru. Z ryc. 15-4, ilustrujący wpływ izolacji na współczynnik podziału, wynika, że zamiast nominalnego współczynnika podziału, rzeczywisty współczynnik podziału będzie wyznaczany za pomocą wyrażenia, w którym znak oznacza połączenie równoległe. Trudność w uwzględnieniu rzeczywistego współczynnika podziału polega na tym, że rezystancja izolacji może się różnić w zależności od warunków środowisko(kurz, wilgoć itp.).
Wynika z tego, że przy pomiarach dużych prądów i napięć, oprócz zwykłych błędów, powstają błędy wynikające ze specyfiki tych pomiarów.
Charakterystyczną zmianę błędu pomiaru w zależności od wielkości mierzonej wartości zilustrowano (Rys. 15-5) jakościowo (dla przejrzystości zmienna
Ryż. 15-5. Zmiana błędu pomiaru prądu stałego w zależności od wielkości wartości mierzonej
Ryż. 15-6. Zmiana błędu pomiaru prądu przemiennego (dziesiątki miliamperów) w zależności od częstotliwości
skala wzdłuż osi) na przykładzie działających przyrządów pomiarowych prądu stałego produkowanych przez przemysł.
Podczas pomiaru prądów i napięć przemiennych wielka wartość ma częstotliwość mierzonej wielkości. Zakres częstotliwości mierzonych prądów i napięć jest bardzo szeroki: od ułamków herca (częstotliwości podczerwone) do setek megaherców i więcej.
prądy i napięcia, co wynika z powyższych powodów. Podczas pomiarów przy częstotliwościach poniżej 20 Hz pojawiają się trudności ze względu na niewystarczającą bezwładność ruchomej części urządzeń elektromechanicznych. Podczas pomiaru wielkości zmiennych w czasie moment obrotowy działający na ruchomą część urządzenia również zmienia się w czasie. Gdy częstotliwość momentu obrotowego maleje, bezwładność części ruchomej jest niewystarczająca, aby uzyskać stałe odchylenie wskazówki. Cecha ta jest silnie widoczna w zakresie częstotliwości podczerwonych. Pokonanie tej trudności poprzez zwiększenie bezwładności ruchomej części mechanizmu pomiarowego jest niepraktyczne, ponieważ zmniejszy to czułość przyrządu pomiarowego. Dlatego do pomiaru prądów i napięć o częstotliwościach podczerwonych jest wymagany specjalne urządzenia uśrednianie (całkowanie) mierzonych wartości. Wśród przyrządów pomiarowych produkowanych na rynku należy wymienić urządzenia termoelektryczne, na przykład amperomierz typu mierzącego prądy przemienne o częstotliwości 1 Hz. W przypadku tych urządzeń funkcję całkowania pełni przetwornik termoelektryczny.
Na ryc. 15-6 jakościowo (dla przejrzystości zastosowano zmienną skalę wzdłuż osi) ilustruje charakterystyczną zmianę błędu pomiaru w zależności od częstotliwości na przykładzie przyrządów roboczych do pomiaru prądów przemiennych (dziesiątki miliamperów) wytwarzanych przez przemysł.
Pomiary prądów i napięć stałych.
Najwyższą dokładność pomiarów prądów i napięć stałych określa dokładność podstawowych wzorców stanu jednostki prądu elektrycznego (GOST 8.022-75) i jednostki siły elektromotorycznej (GOST 8.027-81). Państwowe wzorce pierwotne zapewniają reprodukcję odpowiedniej jednostki z odchyleniem standardowym wyniku pomiaru nieprzekraczającym 4-10-6 dla prądu stałego i pola elektromagnetycznego, z niewykluczonym błędem systematycznym nieprzekraczającym odpowiednio przyrządów roboczych do pomiaru prądów i napięć stałych, kompensatory zapewniają najmniejszy błąd pomiaru prądu stałego. Przykładowo typ kompensatora (potencjometr) ma klasę dokładności 0,0005 i pozwala mierzyć stałe pole elektromagnetyczne i napięcia w zakresie do 2,1211111 V. Prądy stałe mierzone są za pomocą kompensatorów pośrednio za pomocą cewek opór elektryczny. Stosując cewki oporowe typu o klasie dokładności 0,002 i kompensator tego typu, można mierzyć prądy z błędem nie większym. Kompensatory służą do dokładnych pomiarów stałych
Tabela 15-1 (patrz skan)
prądów, pól elektromagnetycznych i napięć oraz do sprawdzania mniej precyzyjnych przyrządów pomiarowych.
Najpopularniejszymi sposobami pomiaru prądu i napięcia stałego są amperomierze (mikro-, mili-, kiloamperomierze) i woltomierze (mikro-, mili-, kilowoltometry), a także przyrządy uniwersalne i kombinowane (na przykład mikrowolto-nanoamperomierze, nanowoltometry itp.). Powszechnie stosowane sposoby pomiaru prądów i napięć stałych przedstawiono w tabeli. 15-1 i 15-2.
Elektrometry i przyrządy fotogalwanometryczne służą do pomiaru bardzo małych prądów i napięć stałych. Jako przykład można podać cyfrowe mikrowoltomierze-elektrometry uniwersalne typu o zakresie pomiaru prądu stałego od do oraz typu o zakresie pomiaru prądu od i do. Przykład
Tabela 15-2 (patrz skan)
Urządzenia fotogalwanometryczne to rodzaj nanowoltomierza, który ma najmniejszy zakres pomiaru prądów stałych nA i napięć stałych. Przy pomiarach małych i średnich wartości prądów i napięć stałych najbardziej rozpowszechnione są urządzenia cyfrowe i magnetoelektryczne. Duże prądy stałe mierzy się z reguły kiloamperomierzami magnetoelektrycznymi za pomocą boczników zewnętrznych, a bardzo duże prądy mierzy się za pomocą przekładników prądu stałego. Do pomiaru dużych napięć prądu stałego stosuje się kilowoltomierze magnetoelektryczne i elektrostatyczne. Można wykonywać pomiary prądów i napięć stałych
wykonać z innymi urządzeniami (patrz tabele 15-1 i 15-2). Należy pamiętać, że amperomierze i woltomierze elektrodynamiczne są rzadko używane do technicznych pomiarów prądów i napięć w obwodach prądu stałego. Coraz częściej stosowane są (wraz z przyrządami cyfrowymi i magnetoelektrycznymi o wysokich klasach dokładności) jako wzorcowe przyrządy do wzorcowania przyrządów pomiarowych o niższej klasie dokładności. W tabeli 15-1 i 15-2 nie wskazują urządzeń termoelektrycznych, gdyż ich zastosowanie w obwodach prądu stałego jest niepraktyczne ze względu na stosunkowo dużą moc, jaką pobierają z obwodu pomiarowego.
Pomiary prądów i napięć przemiennych.
Pomiary prądów przemiennych i napięć opierają się na specjalnym standardzie stanowym, który odtwarza natężenie prądu w zakresie częstotliwości Hz (GOST 8.183-76) oraz specjalnym standardzie stanowym, który odtwarza napięcie 0,1-10 V w zakresie częstotliwości Hz (GOST 8.184- 76). Dokładność tych standardów zależy od wielkości i częstotliwości odtwarzanych wartości. Przeciętny odchylenie standardowe wynik pomiaru dla wzorca prądu przemiennego z niewykluczonym błędem systematycznym. Dla wzorca napięcia przemiennego błędy te są odpowiednio równe.
Przyrządami roboczymi do pomiaru prądów i napięć przemiennych są amperomierze (mikro-, mili-, kiloamperomierze), woltomierze (mikro-, mili-, kilowoltometry), kompensatory prądu przemiennego, przyrządy uniwersalne i kombinowane, a także przyrządy rejestrujące i oscyloskopy elektroniczne.
Cechą pomiarów prądów i napięć przemiennych jest to, że zmieniają się one w czasie. W przypadek ogólny wielkość zmienną w czasie można w całości przedstawić w postaci wartości chwilowych w dowolnym momencie. Wielkości zmienne w czasie można również scharakteryzować za pomocą ich indywidualnych parametrów (na przykład amplitudy) lub parametrów całkowych, które są wykorzystywane jako wartość skuteczna
średnia wartość skorygowana
Tabela 15-3 (patrz skan)
i przeciętne
gdzie jest wielkością zmienną w czasie. Zatem podczas pomiaru prądów przemiennych i napięć można zmierzyć ich wartości skuteczne, amplitudowe, średnie, średnie i chwilowe. W rzeczywistości pomiary elektryczne Najczęściej konieczny jest pomiar sinusoidalnych prądów przemiennych i napięć, które zazwyczaj charakteryzują się wartością skuteczną. Dlatego zdecydowana większość przyrządów pomiarowych prądu przemiennego i napięcia jest kalibrowana w wartościach skutecznych dla sinusoidalnego kształtu krzywej prądu lub napięcia.
Wykonuje się pomiary wartości skutecznych prądów przemiennych i napięć różnymi sposobami pomiary,
Tabela 15-4 (patrz skan)
przyrządy pomiarowe zapewniają urządzenia prostownicze. Mają stosunkowo szeroki zakres i podczas pomiaru napięcia zmienne. Urządzenia te są zwykle wykonane w wielu zakresach. Należy również wziąć pod uwagę, że gdy prostownik jest wyłączony, urządzenia te służą jako urządzenia magnetoelektryczne do pomiaru prądów i napięć stałych. Ze względu na taką wszechstronność i małe wymiary urządzenia prostownicze są szeroko stosowane w praktyce laboratoryjnej i przemysłowej.
Prądy przemienne powyżej kiloampera i napięcia przemienne powyżej kilowolta mierzy się za pomocą zewnętrznych przekładników pomiarowych prądu lub napięcia z urządzeniami elektromagnetycznymi, prostowniczymi i elektrodynamicznymi. Pomiary wysokiego napięcia prądu przemiennego (do bezpośrednie połączenie przyrządy pomiarowe umożliwiają kilowoltomierze elektrostatyczne, na przykład kilowoltomierze
Termoelektryczne i urządzenia elektroniczne oraz przy pomiarze napięć przemiennych - urządzenia elektroniczne i elektrostatyczne. Woltomierze termoelektryczne mają ograniczone zastosowanie ze względu na dużą moc pobieraną z obwodu pomiarowego, dlatego przedstawiono je w tabeli. 15-4 nie są podane. Urządzenia elektrodynamiczne i elektromagnetyczne działają w najwęższym zakresie częstotliwości. Górna granica ich zakresu częstotliwości zwykle nie przekracza 4 jednostek kiloherców. Należy pamiętać, że liczby podane w tabeli. 15-3 i 15-4 charakteryzują maksymalne możliwości różnych urządzeń. Nie da się w tym przypadku jednoznacznie powiązać liczb charakteryzujących górne granice zakresu pomiarowego z liczbami charakteryzującymi zakres częstotliwości. Zależność pomiędzy zakresem mierzonych wielkości a zakresem częstotliwości dla różne środki pomiary są różne. Można jednak wskazać ogólną prawidłowość: wraz ze wzrostem wartości mierzonej wielkości z reguły maleje górna granica zakresu częstotliwości. Jednocześnie obserwuje się inną prawidłowość zaobserwowaną wcześniej: wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta błąd pomiaru. Na przykład miliamperomierz termoelektryczny o klasie dokładności 1,0 przy granicy pomiaru 100 mA ma górną częstotliwość graniczną 50 MHz, a przy granicy 300 mA - 25 MHz. To samo urządzenie pozwala na pomiary prądu do 100 mA przy częstotliwości do 100 MHz oraz prądu do 300 mA przy częstotliwości do 50 MHz z błędem nie większym niż
Podczas pomiaru wartości skutecznych prądów przemiennych i napięć, których kształt krzywej różni się od
sinusoidalny, pojawia się dodatkowy błąd. Błąd ten jest minimalny w przypadku przyrządów pomiarowych pracujących w szerokim paśmie częstotliwości, pod warunkiem, że sygnał wyjściowy tych przyrządów jest określony przez wartość skuteczną wielkości wejściowej. Najmniej wrażliwe na zmiany kształtu krzywej prądów i napięć przemiennych są urządzenia termoelektryczne, elektrostatyczne i elektroniczne.
Najdokładniejsze pomiary wartości skutecznych prądów i napięć sinusoidalnych można przeprowadzić za pomocą przyrządów elektrodynamicznych, przyrządów cyfrowych i kompensatorów prądu przemiennego. Jednak błąd pomiaru prądów i napięć przemiennych jest większy niż w przypadku stałych. Na przykład kompensator prądu przemiennego w zakresie częstotliwości od 40 do 60 Hz mierzy pole elektromagnetyczne i napięcie z minimalnym dopuszczalnym błędem podstawowym. Tę samą dokładność w szerszym zakresie częstotliwości zapewniają amperomierze elektrodynamiczne, miliamperomierza i woltomierze.
Zwróćmy uwagę na niektóre cechy pomiaru prądów i napięć w obwodach trójfazowych. Ogólnie rzecz biorąc, w asymetrycznych obwodach trójfazowych jest to liczba niezbędne fundusze pomiary prądów i napięć odpowiadają liczbie mierzonych wielkości, jeżeli każda mierzona wielkość jest mierzona przez własny przyrząd. Wykonując pomiary w symetrycznych obwodach trójfazowych, wystarczy zmierzyć prąd lub napięcie tylko w jednej linii (fazie), ponieważ w tym przypadku wszystkie prądy i napięcia liniowe (fazowe) są sobie równe. Zależność między prądami i napięciami liniowymi i fazowymi zależy od obwodu podłączenia obciążenia. Wiadomo, że dla symetrycznych obwody trójfazowe połączenie to wyznaczają zależności: przy łączeniu obciążenia z gwiazdą i przy łączeniu obciążenia z trójkątem. W asymetrycznych obwodach trójfazowych, przy pomiarze prądów i napięć za pomocą przekładników, można zaoszczędzić na liczbie zastosowanych przekładników. Na przykład na ryc. 15-7, a przedstawia schemat pomiaru trzech prądów liniowych przy użyciu dwóch przekładników prądowych pomiarowych, a na ryc. - podobny schemat pomiary napięcia liniowe. Obwody te opierają się na znanych zależnościach dla obwodów trójfazowych: przeznaczone do pomiaru wartości skutecznych prądów w fazach. Do pomiarów średnich prądów i napięć prostowanych, których kształt różni się od sinusoidalnego, konieczne jest zastosowanie przyrządów pomiarowych o przekroju. sygnał wyjściowy określony przez średnią skorygowaną wartość wartości wejściowej. Produkty te obejmują prostowniki oraz niektóre urządzenia elektroniczne i cyfrowe. Podczas kalibracji tych urządzeń w wartościach skutecznych sinusoidy zmierzoną średnią wartość skorygowaną oblicza się, dzieląc odczyty przyrządu przez współczynnik 1,11. Im szerszy jest ich zakres częstotliwości, tym mniejszy błąd wynikający ze zmiany kształtu prądu i krzywa napięcia dla tych urządzeń. Do pomiaru wartości amplitudy prądów i napięć, których kształt krzywej różni się od sinusoidalnego, konieczne jest zastosowanie przyrządów pomiarowych, których sygnał wyjściowy jest określony przez wartość amplitudy wielkości wejściowej. Urządzenia te obejmują niektóre urządzenia elektroniczne. Podczas kalibracji tych przyrządów w wartościach skutecznych sinusoidy zmierzoną wartość amplitudy oblicza się, mnożąc odczyty przyrządu przez współczynnik 2. Do pomiaru amplitud pulsacyjnych prądów i napięć stosuje się pulsacyjne urządzenia elektroniczne.
Wartość średnia prądu lub napięcia przemiennego charakteryzuje składową stałą zawartą w mierzonym prądzie lub napięciu. Urządzenia magnetoelektryczne są zwykle używane do pomiaru średnich wartości prądów i napięć przemiennych.
Chwilowe wartości prądów przemiennych i napięć mierzone są za pomocą przyrządów rejestrujących i oscyloskopów elektronicznych, których główne cechy podano w § 6-6 i 9-1. Należy pamiętać, że inne wartości prądów i napięć (średnie, średnio prostowane, skuteczne, amplituda) można wyznaczyć na podstawie wartości chwilowych.