Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



на изменения вращающего момента с той или иной степенью погрешности, не позволяющей произвести отсчет измеряемой величины. Это область неустойчивой работы, и располагается она между двумя первыми.

При измерениях напряжений в диапазоне ИНЧ в зависимости от частоты измеряемой величины, системы и динамических параметров прибора возможна работа в областях / и : в областях / при измерении среднего или действующего значения интегрального значения электрических величин, а в области 11 - при измерении амплитудных значений.

Измерения на частотах 0,1 Гц и ниже могут проводиться микроамперметрами магнитоэлектрической системы с отсчетом амплитуды положительной и+ и отрицательной и полуволн.

При наличии некоторой постоянной составляющей в измеряемом сигнале влияние ее может быть учтено в соответствии со следующим выражением:

Иизм = (и+ +"-)/2lA-

Измеряемые напряжения при этом определяются в среднеквадратических значениях.

Источником погрешности определения среднеквадратического значения напряжения при таком измерении помимо погрешности измерительного прибора может явиться несинусоидальность сигнала. Значение этой по-фешности может быть подсчитано по формуле

\.- = 2

где щ - напряжение г-й гармоники. Погрешность микроамперметра может составлять 0,2-0,5%.

Разработан метод измерения напряжений инфранизких частот с использованием термопреобразователей, обеспечивающий погрешность измерения не более 0,05 - 0,1% для напряжения 0,1 - 150 В в диапазоне ча-стсуг 0,001-50 Гц.

Практическое применение находит метод измерения амплитудного значения напряжения с помощью цифровых вольтметре» постоянного тока с поразрядным уравновешиванием. Цифровой вольтметр Щ1513, имеющий режим измерения максимального или минимального напряжения и обеспечивающий 50 изм./с в этом режиме, может использоваться для измерений амплитудных напряжений синусоидального напряжения инфранизкой частоты.

Период коррекции

Период сравнения

<

to и h tc

ТизМ

*,мс

Рис. 2.79. Временная диаграмма измерения напряжения ИНЧ цифровым вольтметром в режиме «макс -мин»

Пропесс измерения в приборах поразрядного уравновещивания разбит на два этапа, примерно равных по времени: период коррекции и период сравнения.

В течение периода коррекции производится запоминание измеряемого сигнала и. За время периода фавнения Ид фавнивается с напряжением компенсации и, вьфабаты-ваемым дискретным делителем.

В режиме «макс-мин» фиксируется минимальное или максимальное значение медленно изменяющегося напряжения. Результат одного измерения будет соответствовать значению напряжения в точке А (рис. Z79), когда происходит переключение контактов и запоминается мгновенное значение и. В режиме таких измерений на каждый период Т измеряемого напряжения приходится около Т/(20-10") отсчетов, при этом фиксируется только максимальный или минимальный отсчет.

Вольтметр в диапазоне инфранизких частот следит за изменением измеряемого напряжения, фиксируя максимальное значение положительной или отрицательной полуволны.

При периоде измеряемого напряжения, соизмеримом с быстродействием цифрового вольтметра, верные показания обеспечиваются при достаточно большом времени измерения. Например, на частоте 20 Гц погрешность измерения амплитуды синусоидального напряжения прибором Щ1513 не превышает 0,2% при времени измерения 10 с.

На более низких частотах погрешность измерения соответственно уменьшается, стремясь к допускаемой погрешности при измфениях постоянного напряжения

Измерения в интервале частот 0,1 - 20 Гц могут вьшолняться компенсационным методом.

Сущность метода поясняется на рис. 2.80. На вход поступает измеряемое напряжение, которое через резистор R, попадает в точку а. Здесь оно суммируется с сиг-




Рис. 2.80. Схема измерения напряжения ИНЧ компенсационным методом (а) и эпюры напряжений на экране осциллографа (б)

противоположные полярности. Указанная методика (при погрешности измерения цифрового вольтметра не более 0,1%) обеспечивает погрешность, не превьппающую 0,5%.

Современные средства вычислительной техники позволяют, используя в необходимых сочетаниях измерительные преобразователи, интегрирующие элементы, блоки памяти, логические схемы, действующие по заданной программе, создавать устройства для измерения интегральных значений тока или напряжения, мощности, фазы и других параметров в диапазоне ИНЧ. В этих устройствах реализуется тем или иным способом решение соотношений

\Ux\dt и

налом постоянного тока от источника компенсирующего напряжения ИКН, которое контролируется цифровым вольтметром постоянного тока ЦВ. Кремниевые диоды и J/j имеют выраженный излом вольт-амперной характеристики, в связи с чем напряжение результирующего сигнала в точке с не превьццает +(0,5-1) В, так как, начиная с этого значения, сказьшается шунтирующее действие пары диодов.

Таким образом, на экране электронного осциллографа ЭО создается «электронная лупа», позволяющая наблюдать при сравнении только вершины сигналов каждой полярности, используя при этом такую чувствительность осциллографа, при которой просматриваемая часть сигнала (вершина) занимает рабочий размер экрана.

Измерение амплитуды сигнала производится путем измерения компенсирующего напряжения до тех пор, пока вершина сигнала на экране осциллографа не совместится с линией нуля, смещаемой предварительно вверх или вниз от середины экрана в зависимости от полярности измеряемой полуволны напряжения (рис. 2.80). Измеряемое и компенсирующее напряжения должны иметь

iu(x)Ydt,

и среднеквадратическое значения напряжения; Uy - мгновенное значение напряжения.

Функциональная схема аналогового вычислителя, позволяющего измерять среднеквадратическое значение сигнала произвольной формы и(х), показана на рис. 2.81. Входное напряжение u(t), поступающее на вход аналогового умножителя М,, возводится в квадрат, интегрируется, усредняется по периоду и из результата извлекается квадратный корень. Измеряемый сигнал подается на оба входа аналогового умножителя М,, так что на выходе последнего появляется сигнал, пропорциональный квадрату входного напряжения. Операционный усилитель ОУ,, содержащий в контуре обратной связи конденсатор С, выполняет функции интегратора. Аналоговый умножитель включен в контур обратной связи операционного усилителя ОУ2, так что напряжение на выходе пропорционально квадратному корню из напряжения на входе этого усилителя.

a(t)

°-х.

--11--

-IF-

Мг -,

(t)d.t

Рис. 2.81. Функциональная схема вольтметра ИНЧ, основанного на методе аналогового

вычисления



Такой аналоговый вычислитель, работающий как высокочастотный детектор среднеквадратических значений, можно выполнить в виде интегральной микросхемы на одном кристалле. Постоянную интегрирования можно изменять, подключая внешние конденсаторы параллельно конденсатору С.

Этому методу измерения среднеквадратических значений аналогичен метод цифрового вычисления, при котором входной сигнал сначала преобразуется в цифровую форму, после чего его среднеквадратическое значение вычисляется цифровым способом.

2.8. ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Измерение импульсных напряжений является распространенным видом радиотехнических измерений. Очень часто при настройке и регулировке импульсной аппаратуры используются осциллографические методы измерений, которые позволяют не только измерять параметры импульсов, но и наблюдать одновременно их форму. Для измерения параметров периодических последовательностей импульсных напряжений используют осциллографы подгрупп С1, С7 и С9, а редко повторяющихся и одиночных импульсов - С8 (запоминающие осциллографы) и С9 (специальные осциллографы). Наличие в осциллографе калибратора с плавной регулировкой выходного напряжения позволяет использовать следующие методы измерений амплитудных параметров импульсных сигналов; калиброванной шкалы, сравнения и компенсационный.

Метод калиброванной шкалы является основным методом, применяемым наиболее часто. Он основан на измерении линейных размеров изображения исследуемого напряжения по шкале экрана ЭЛТ. Измеряемое напряжение

и - ИЛоткл»

где п - число делений по вертикали; откл - значение коэффициента отклонения по вертикали при максимальном усилении (при этом тракт вертикального отклонения откалиброван).

Метод сравнения основан на замещении значения измеряемого напряжения напряжением от калибратора напряжения. Отсчет измеряемого значения производится по шкале калибратора напряжения. Измерение напряжений методом сравнения более трудоемко по сравнению с методом измерения по калиброванной шкале, но обеспечивает большую точность. Данный метод рекомендуется для измерения малых значений изображений сигнала (одно-три деления).

Компенсационный метод измерения основан на компенсации исследуемого напряжения опорным (калиброванным) напряжением в дифференциальном усилителе. Электроннолучевая трубка является индикатором, по которому устанавливают момент компенсации измеряемого и компенсирующего напряжений. Метод обеспечивает высокую точность.

К недостаткам осциллографических методов измерения параметров импульсных напряжений следует отнести невысокую точность (5 - 10%), относительно длительный цикл измерения любого из амплитудных параметров импульса, избыточную сложность схем осциллографов, обусловленную их универсальностью. Следует отметить, что применение в последних разработках осциллографов автоматизации измерений амплитудных и временных параметров, в том числе и с помощью ЭВМ, позволило значительно увеличить точность измерений и довести ее при измерении амплитуды до 1 - 3%. Указанные выше недостатки осциллографических методов измерения амплитудных параметров импульсных сигналов обусловили достаточно широкое применение в СССР импульсных вольтметров, которые при более простой схемной реализации обеспечивают более высокую, чем осциллографы, точность и меньшее время измерений. Индикация результатов измерений у импульсных вольтметров осуществляется с помощью стрелочных приборов (В4-9А, В4-12, В4-14, И4-5) или на цифровом табло (В4-13, В4-17, В4-20). Вольтметры с цифровым отсчетом, например В4-20, удобны в работе, имеют более высокую, чем аналоговые вольтметры, точность и автоматизацию измерений, обеспечивают работу в составе ИИС. Все это достигается более сложной схемой по сравнению со схемами аналоговых вольтметров.

Следует отметить, что и импульсные вольтметры и осциллографические методы измерений импульсных напряжений имеют свои достоинства и недостатки. Поэтому метод измерения должен выбираться таким, чтобы наилучшим образом обеспечивалось решение требуемой измерительной задачи.

Все импульсные вольтметры можно разделить на два класса;

для измерения параметров повторяющихся импульсов;

для измерения параметров одиночных и редко повторяющихся импульсов.

Наибольшее распространение при измерении амплитуд повторяющихся импульсов получил метод преобразования импульсного напряжения в напряжение постоянного тока с последующим измерением его значения



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [34] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0186