Измерение напряжений

К.т.н., доцент Алешечкин Андрей Михайлович

Метрология и радиоизмерения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Сибирский федеральный университет

Кафедра «Радиотехника»

В1-установки или приборы для проверки вольтметров
В2-вольтметры постоянного тока;
В3-вольтметры переменного тока;
В4-вольтметры импульсного тока;
В5-вольтметры фазочувствительные (векторометры);
В6-вольтметры селективные;
В7-вольтметры универсальные;
В8-измерители отношения напряжений и (или) разности напряжений.
В9-преобразователи напряжений.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Частоте
Форме
Ожидаемом значении
Требуемой точности измерения (если это невозможно, то обязательно надо составить модель сигнала)

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

При разнополярных несимметричных кривых напряжения различают положительное и отрицательное пиковое назначение (рис. 5.1.);
О пиковом значении напряжения случайного сигнала можно говорить только в вероятностном смысле.

ЗНАЧЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Рис. 5.1. Иллюстрации к понятию амплитуды переменного напряжения

ЗНАЧЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Такой преобразователь должен содержать элемент, запоминающий пиковое значение напряжения. Обычно, это интегрирующий конденсатор С, заряжаемый через диод D до пикового значения.
Пиковый преобразователь является самым высокочастотным
(точнее самым широкополосным) преобразователем переменного входного напряжения в постоянное. Он имеет как открытый, так и закрытый входы.

Для обеих схем должно выполняться условие
τз = RiC << τр = RC

Кроме того, необходимо, чтобы постоянная времени заряда τз была меньше самого высокочастотного периода измеряемого напряжения, а постоянная времени разряда τр значительно больше самого низкочастотного периода измеряемого напряжения.

За несколько полупериодов конденсатор зарядится почти до амплитудного значения напряжения, так как τз << τр. По мере повышения напряжения на обкладках конденсатора С разность потенциалов между анодом и катодом диода (Uа = Ux − Uc) уменьшается − преобразователь представляет собой схему с автоматическим смещением.

В начальный момент напряжение к диоду приложено почти целиком, поскольку С >> Сд (обычно от сотен пФ до десятков нФ).
За несколько полупериодов конденсатор зарядится почти до амплитудного значения напряжения, так как τз << τр.

В установившемся режиме напряжение на катоде диода Uc ≈ Um, но из-за небольшого разряда конденсатора это напряжение немного уменьшается, и через диод проходят импульсы тока малой амплитуды, пополняя заряд конденсатора. Ток через диод течёт лишь в течение части периода, который характеризуется углом отсечки Θ

Напряжение на выходе измеряется стрелочным вольтметром. Оно тем ближе к амплитудному значению, чем меньше угол отсечки Θ

Uс = UmSin(90°− Θ) = UmCos Θ.

При наличии постоянной составляющей U0 во входном напряжении (Uх = U0 + U′m Sin ωt), напряжение, измеряемое вольтметром, зависит не только от амплитуды переменной, но и от постоянной составляющей.

Конденсатор С заряжается до напряжения, определяемого суммарным воздействием постоянной и переменной составляющих напряжения, которое подводится к преобразователю, то есть до пикового значения Um = U′m + U0.

В пиковом преобразователе с закрытым входом (считаем, что к нему подведено измеряемое напряжение uх = U0 + U′m Sin ωt) в течение нескольких полупериодов конденсатор заряжается через диод D почти до суммы напряжений U0 + U′m. Так как сопротивление резистора R велико (следовательно, велико и значение постоянной времени разряда), то напряжение Uс меняется весьма незначительно и, следовательно, его можно считать, с некоторым приближением, постоянным. Поэтому можно рассматривать конденсатор С как источник постоянного напряжения, в котором Uc ≈ U0 + U′m

3.Средневыпрямленное значение − это среднее значение абсолютных мгновенных значений напряжения

Если Т = 1, то Uср. в равно площади под кривой напряжения

Рис. 5.2. Иллюстрация к понятию средневыпрямленного значения
переменного напряжения