Για τη μέτρηση της τάσης χρησιμοποιούνται βολτόμετρα, χιλιοβολτόμετρα, μικροβολτόμετρα διαφόρων συστημάτων. Αυτές οι συσκευές συνδέονται παράλληλα με το φορτίο, επομένως η αντίστασή τους πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη (περίπου δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την αντίσταση οποιουδήποτε στοιχείου κυκλώματος).

Εικόνα 6 Εικόνα 7

Για επέκταση των ορίων μέτρησης του βολτόμετρου (σε k φορές) σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος με τάσεις έως 500V, χρησιμοποιούνται συνήθως πρόσθετες αντιστάσεις Rρε , συνδεδεμένο σε σειρά με ένα βολτόμετρο.

Από τη σχέση
ας ορίσουμε
,

Όπου U max είναι η υψηλότερη τιμή τάσης που μπορεί να μετρηθεί με ένα βολτόμετρο με πρόσθετη αντίσταση.

U int - η οριακή (ονομαστική) τιμή της κλίμακας του βολτόμετρου απουσία Rd.

Η τιμή της πραγματικά μετρούμενης τάσης U καθορίζεται από τη σχέση:

;
,

όπου είσαι εσύ - ένδειξη βολτόμετρου.

Σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, μετασχηματιστές τάσης χρησιμοποιούνται για την αλλαγή των ορίων μέτρησης του βολτόμετρου.

Μέτρηση ισχύος. Μέτρηση ισχύος σε κυκλώματα συνεχούς και μονοφασικού ρεύματος

Η ισχύς σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος που καταναλώνεται από αυτό το τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος είναι ίση με:

και μπορεί να μετρηθεί με αμπερόμετρο και βολτόμετρο.

Εκτός από την ταλαιπωρία της ταυτόχρονης ανάγνωσης δύο οργάνων, η μέτρηση ισχύος χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο πραγματοποιείται με αναπόφευκτο σφάλμα. Είναι πιο βολικό να μετράτε την ισχύ σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος με βατόμετρο.

Είναι αδύνατο να μετρήσετε την ενεργή ισχύ σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος με αμπερόμετρο και βολτόμετρο, επειδή η ισχύς ενός τέτοιου κυκλώματος εξαρτάται επίσης από το cosφ:

Επομένως, στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, η ενεργός ισχύς μετράται μόνο με ένα βατόμετρο.

Εικόνα 8

Η σταθερή περιέλιξη 1-1 (ρεύμα) συνδέεται σε σειρά και η κινητή περιέλιξη 2-2 (τύλιγμα τάσης) συνδέεται παράλληλα με το φορτίο.

Για να ενεργοποιήσετε σωστά το βατόμετρο, ένας από τους ακροδέκτες περιέλιξης ρεύματος και ένας από τους ακροδέκτες περιέλιξης τάσης σημειώνονται με έναν αστερίσκο (*). Αυτοί οι ακροδέκτες, που ονομάζονται ακροδέκτες γεννήτριας, πρέπει να ενεργοποιηθούν από την πλευρά του τροφοδοτικού συνδυάζοντάς τους μεταξύ τους. Σε αυτήν την περίπτωση, το βατόμετρο θα δείξει την ισχύ που προέρχεται από το δίκτυο (γεννήτρια) στον δέκτη ηλεκτρικής ενέργειας.

Μέτρηση ενεργού ισχύος σε τριφασικά κυκλώματα ρεύματος

Κατά τη μέτρηση της ισχύος του τριφασικού ρεύματος, χρησιμοποιούνται διάφορα κυκλώματα για τη σύνδεση βατόμετρου ανάλογα με:

συστήματα καλωδίωσης (τριών ή τεσσάρων συρμάτων).

φορτίο (ομοιόμορφο ή ανομοιόμορφο).

διαγράμματα σύνδεσης φορτίου (αστέρι ή δέλτα).

α) Μέτρηση ισχύος υπό συμμετρικό φορτίο. Σύστημα καλωδίωσης τριών ή τεσσάρων συρμάτων:

Εικόνα 9 Εικόνα 10

Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς ολόκληρου του κυκλώματος μπορεί να μετρηθεί με ένα βατόμετρο (Εικόνες 9,10), το οποίο θα δείχνει την ισχύ μιας φάσης P=3P f =3U f I f cosφ

β) με ασύμμετρο φορτίο, η ισχύς ενός τριφασικού καταναλωτή μπορεί να μετρηθεί με τρία wattmeters:

Εικόνα 11

Η συνολική ισχύς του καταναλωτή είναι ίση με:

γ) Μέτρηση ισχύος με τη μέθοδο των δύο wattmeter:

Εικόνα 12

Χρησιμοποιείται σε τριφασικά συστήματα ρεύματος 3 συρμάτων με συμμετρικά και ασύμμετρα φορτία και οποιαδήποτε μέθοδο σύνδεσης καταναλωτών. Σε αυτήν την περίπτωση, οι περιελίξεις ρεύματος των βατόμετρων συνδέονται με τις φάσεις Α και Β (για παράδειγμα), και οι παράλληλες περιελίξεις σε γραμμικές τάσεις U AC και U BC (ή A και C  U AB και U CA), (Εικ. 12).

Συνολική ισχύς P=P 1 +P 2.

Για τη μέτρηση της εναλλασσόμενης τάσης χρησιμοποιούνται αναλογικές ηλεκτρομηχανικές συσκευές (ηλεκτρομαγνητικές, ηλεκτροδυναμικές, σπάνια επαγωγικές), αναλογικές ηλεκτρονικές συσκευές (συμπεριλαμβανομένων συστημάτων ανορθωτή) και ψηφιακά όργανα μέτρησης. Αντισταθμιστές, παλμογράφοι, καταγραφείς και εικονικά όργανα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μετρήσεις.

Κατά τη μέτρηση της εναλλασσόμενης τάσης, θα πρέπει να γίνει διάκριση μεταξύ στιγμιαίων, πλάτους, μέσης και αποτελεσματικής τιμής της επιθυμητής τάσης.

Η ημιτονοειδής εναλλασσόμενη τάση μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή των παρακάτω σχέσεων:

Οπου u(t)- στιγμιαία τιμή τάσης, V; U m -τιμή πλάτους τάσης, V; (U - μέση τιμή τάσης, V T -περίοδος

(Τ = 1//) η επιθυμητή ημιτονοειδής τάση, s; U-πραγματική τιμή τάσης, V.

Η στιγμιαία τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να εμφανιστεί σε ηλεκτρονικό παλμογράφο ή με χρήση αναλογικού καταγραφέα (διαγραφής).

Οι μέσες τιμές, το πλάτος και οι ενεργές τιμές των εναλλασσόμενων τάσεων μετρώνται με δείκτη ή ψηφιακές συσκευές για άμεση αξιολόγηση ή αντισταθμιστές εναλλασσόμενης τάσης. Τα όργανα για τη μέτρηση των τιμών του μέσου όρου και του πλάτους χρησιμοποιούνται σχετικά σπάνια. Οι περισσότερες συσκευές είναι βαθμονομημένες σε τιμές πραγματικής τάσης. Για αυτούς τους λόγους, οι ποσοτικές τιμές των τάσεων που δίνονται στο σχολικό βιβλίο δίνονται, κατά κανόνα, σε πραγματικές τιμές (βλ. έκφραση (23.25)).

Κατά τη μέτρηση μεταβλητών ποσοτήτων, το σχήμα των επιθυμητών τάσεων έχει μεγάλη σημασία, το οποίο μπορεί να είναι ημιτονοειδές, ορθογώνιο, τριγωνικό κ.λπ. Τα διαβατήρια των συσκευών υποδεικνύουν πάντα ποιες τάσεις έχει σχεδιαστεί να μετράει η συσκευή (π. τάσεις). Σε αυτήν την περίπτωση, υποδεικνύεται πάντα ποια παράμετρος τάσης AC μετράται (τιμή πλάτους, μέση τιμή ή πραγματική τιμή της μετρούμενης τάσης). Όπως έχει ήδη σημειωθεί, ως επί το πλείστον η βαθμονόμηση των συσκευών χρησιμοποιείται στις ενεργές τιμές των επιθυμητών εναλλασσόμενων τάσεων. Εξαιτίας αυτού, όλες οι μεταβλητές τάσεις που εξετάζονται παρακάτω δίνονται σε πραγματικές τιμές.

Για την επέκταση των ορίων μέτρησης των βολτομέτρων εναλλασσόμενης τάσης, χρησιμοποιούνται πρόσθετες αντιστάσεις, μετασχηματιστές οργάνων και πρόσθετες χωρητικότητες (με συσκευές ηλεκτροστατικού συστήματος).

Η χρήση πρόσθετων αντιστάσεων για την επέκταση των ορίων μέτρησης έχει ήδη συζητηθεί στην υποενότητα 23.2 σε σχέση με τα βολτόμετρα άμεσης τάσης και επομένως δεν εξετάζεται σε αυτήν την υποενότητα. Επίσης δεν λαμβάνονται υπόψη οι μετασχηματιστές μέτρησης τάσης και ρεύματος. Πληροφορίες για μετασχηματιστές δίνονται στη βιβλιογραφία.

Με μια πιο λεπτομερή εξέταση της χρήσης πρόσθετων χωρητικοτήτων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μία επιπλέον χωρητικότητα για την επέκταση των ορίων μέτρησης της ηλεκτροστατιστικής των βολτόμετρων (Εικ. 23.3, ΕΝΑ)ή μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο επιπλέον δοχεία (Εικ. 23.3, σι).

Για ένα κύκλωμα με μία επιπλέον χωρητικότητα (Εικ. 23.3, ΕΝΑ) μετρούμενη τάση Uκατανέμεται μεταξύ της χωρητικότητας του βολτόμετρου C yκαι η πρόσθετη χωρητικότητα C είναι αντιστρόφως ανάλογη με τις τιμές S y και S

Λαμβάνοντας υπ 'όψιν ότι U c = U- Uy,μπορεί να καταγραφεί

Ρύζι. 23.3. Σχέδιο επέκτασης ηλεκτροστατικών ορίων μέτρησης

βολτόμετρα:

ΕΝΑ- κύκλωμα με μία επιπλέον χωρητικότητα. σι- κύκλωμα με δύο επιπλέον δοχεία. U- μετρούμενη εναλλασσόμενη τάση (τιμή rms). C, C, C 2 - πρόσθετα δοχεία. Βιογραφικό-χωρητικότητα του χρησιμοποιούμενου ηλεκτροστατικού βολτόμετρου V; U γ- πτώση τάσης σε πρόσθετη χωρητικότητα C. U v -ένδειξη ηλεκτροστατικού βολτόμετρου

Επίλυση της εξίσωσης (23.27) για U,παίρνουμε:

Από την έκφραση (23.28) προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μετρούμενη τάση UΣε σύγκριση με τη μέγιστη επιτρεπόμενη τάση για έναν δεδομένο ηλεκτροστατικό μηχανισμό, τόσο μικρότερη θα πρέπει να είναι η χωρητικότητα ΜΕσε σύγκριση με τη χωρητικότητα Μαζί σου.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ο τύπος (23.28) ισχύει μόνο με ιδανική μόνωση των πυκνωτών που σχηματίζουν τους πυκνωτές ΜΕΚαι Βιογραφικό .Εάν το διηλεκτρικό που μονώνει τις πλάκες πυκνωτών μεταξύ τους έχει απώλειες, τότε προκύπτουν πρόσθετα σφάλματα. Επιπλέον, η χωρητικότητα του βολτόμετρου C yεξαρτάται από τη μετρούμενη τάση U,αφού από UΟι ενδείξεις του βολτόμετρου και, κατά συνέπεια, οι σχετικές θέσεις των κινούμενων και σταθερών πλακών που σχηματίζουν τον ηλεκτροστατικό μηχανισμό μέτρησης εξαρτώνται. Η τελευταία περίσταση οδηγεί στην εμφάνιση ενός άλλου πρόσθετου σφάλματος.

Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται εάν, αντί για μία πρόσθετη χωρητικότητα, χρησιμοποιούνται δύο επιπλέον πυκνωτές C (και C 2), που σχηματίζουν ένα διαιρέτη τάσης (βλ. Εικ. 23.3, σι).

Για ένα κύκλωμα με δύο επιπλέον πυκνωτές ισχύει η ακόλουθη σχέση:

Οπου U a -πτώση τάσης στον πυκνωτή C y

Λαμβάνοντας υπ 'όψιν ότι μπορεί να καταγραφεί

Επίλυση της εξίσωσης (23.30) για U,παίρνουμε:

Από την έκφραση (23.31) μπορούμε να συμπεράνουμε ότι εάν η χωρητικότητα του πυκνωτή C 2 στον οποίο είναι συνδεδεμένο το βολτόμετρο υπερβαίνει σημαντικά την χωρητικότητα του ίδιου του βολτόμετρου, τότε η κατανομή της τάσης είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την ένδειξη του βολτόμετρου. Επιπλέον, στο C 2 " C yαλλαγή στην αντίσταση μόνωσης των πυκνωτών C, και C 2 και συχνότητας

Πίνακας 23.3

Όρια και σφάλματα μέτρησης εναλλασσόμενων τάσεων

Η μετρούμενη τάση έχει επίσης μικρή επίδραση στις ενδείξεις του οργάνου. Δηλαδή, όταν χρησιμοποιούνται δύο επιπλέον δοχεία, τα πρόσθετα σφάλματα στα αποτελέσματα των μετρήσεων μειώνονται σημαντικά.

Τα όρια για τη μέτρηση εναλλασσόμενων τάσεων με συσκευές διαφορετικών τύπων και τα μικρότερα σφάλματα αυτών των συσκευών δίνονται στον πίνακα. 23.3.

Ως παραδείγματα, το Παράρτημα 5 (Πίνακας A.5.1) δείχνει τα τεχνικά χαρακτηριστικά των γενικών βολτόμετρων που επιτρέπουν τη μέτρηση, μεταξύ άλλων, εναλλασσόμενων τάσεων.

Συμπερασματικά, πρέπει να σημειωθούν τα εξής.

Τα σφάλματα στη μέτρηση των ρευμάτων (άμεσης και εναλλασσόμενης) με συσκευές του ίδιου τύπου και υπό ίσες συνθήκες είναι πάντα μεγαλύτερα από τα σφάλματα στη μέτρηση τάσεων (άμεσες και εναλλασσόμενες). Τα σφάλματα στη μέτρηση εναλλασσόμενων ρευμάτων και τάσεων με συσκευές ίδιου τύπου και υπό ίσες συνθήκες είναι πάντα μεγαλύτερα από τα σφάλματα στη μέτρηση συνεχών ρευμάτων και τάσεων.

Περισσότερες λεπτομερείς πληροφορίες για τα θέματα που τέθηκαν μπορείτε να λάβετε από.

Γενικές πληροφορίες.Η ανάγκη μέτρησης της τάσης στην πράξη προκύπτει πολύ συχνά. Σε ηλεκτρικά και ραδιοκυκλώματα και συσκευές, η τάση συνεχούς και εναλλασσόμενου (ημιτονοειδούς και παλμικού) ρεύματος μετράται συχνότερα.

DC τάση (Εικ. 3.5, ΕΝΑ) εκφράζεται ως . Οι πηγές μιας τέτοιας τάσης είναι οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος και οι πηγές χημικής ενέργειας.

Ρύζι. 3.5. Διαγράμματα χρονισμού τάσης: συνεχές (a), εναλλασσόμενο ημιτονοειδές (b) και εναλλασσόμενο παλμικό (c) ρεύμα

Ημιτονοειδής τάση AC (Εικ. 3.5, σι) εκφράζεται και χαρακτηρίζεται από τιμές μέσης τετραγώνου και πλάτους ρίζας:

Οι πηγές μιας τέτοιας τάσης είναι οι γεννήτριες χαμηλής και υψηλής συχνότητας και το ηλεκτρικό δίκτυο.

Τάση παλμικού ρεύματος AC (Εικ. 3.5 V) χαρακτηρίζεται από πλάτος και μέσες τιμές τάσης (σταθερής συνιστώσας). Η πηγή μιας τέτοιας τάσης είναι γεννήτριες παλμών με σήματα διαφορετικών σχημάτων.

Η βασική μονάδα μέτρησης για την τάση είναι το βολτ (V).

Στην πρακτική των ηλεκτρικών μετρήσεων, χρησιμοποιούνται ευρέως υποπολλαπλές και πολλαπλές μονάδες:

Kilovolt (1 kV - V);

Millivolt (1mV - V);

Microvolt (1 µV - V).

Οι διεθνείς ονομασίες των μονάδων τάσης δίνονται στο Παράρτημα 1.

Στην ταξινόμηση καταλόγου, τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα χαρακτηρίζονται ως εξής: B1 - υποδειγματικό, B2 - συνεχές ρεύμα, VZ - εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ρεύμα, B4 - εναλλασσόμενο παλμικό ρεύμα, B5 - ευαίσθητο στη φάση, B6 - επιλεκτικό, B7 - καθολικό.

Στις κλίμακες αναλογικών ενδείξεων και στους μπροστινούς πίνακες (σε διακόπτες ορίου) εγχώριων και ξένων ηλεκτρονικών και ηλεκτρομηχανικών βολτόμετρων, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες ονομασίες: V - βολτόμετρα, kV - κιλοβολτόμετρα, mV - χιλιοβολτόμετρα, V - μικροβολτόμετρα.

Μέτρηση τάσης DC.Για τη μέτρηση της τάσης συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα και πολύμετρα, ηλεκτρονικά αναλογικά και ψηφιακά βολτόμετρα και ηλεκτρονικοί παλμογράφοι.

Ηλεκτρομηχανικά βολτόμετραΗ άμεση αξιολόγηση της μετρούμενης ποσότητας αποτελεί μια μεγάλη κατηγορία συσκευών αναλογικού τύπου και έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Δυνατότητα εργασίας χωρίς σύνδεση σε πηγή ρεύματος.

Μικρές συνολικές διαστάσεις.

Χαμηλότερη τιμή (σε σύγκριση με τα ηλεκτρονικά).

Απλότητα σχεδιασμού και ευκολία στη χρήση.

Τις περισσότερες φορές, κατά την εκτέλεση ηλεκτρικών μετρήσεων σε κυκλώματα υψηλού ρεύματος, χρησιμοποιούνται βολτόμετρα που βασίζονται σε ηλεκτρομαγνητικά και ηλεκτροδυναμικά συστήματα και σε κυκλώματα χαμηλού ρεύματος χρησιμοποιείται μαγνητοηλεκτρικό σύστημα. Δεδομένου ότι όλα τα παραπάνω συστήματα είναι τα ίδια μετρητές ρεύματος (αμπερόμετρα), για να δημιουργηθούν βολτόμετρα με βάση αυτά είναι απαραίτητο να αυξηθεί η εσωτερική αντίσταση της συσκευής, δηλ. συνδέστε μια πρόσθετη αντίσταση σε σειρά με τον μηχανισμό μέτρησης (Εικ. 3.6, ΕΝΑ).

Το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα στο υπό δοκιμή κύκλωμα (Εικ. 3.6, σι),και η σύνθετη αντίσταση εισόδου του πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη.

Για την επέκταση του εύρους μέτρησης του βολτόμετρου, χρησιμοποιείται επίσης μια πρόσθετη αντίσταση, η οποία συνδέεται με τη συσκευή σε σειρά (Εικ. 3.6, V).

Η τιμή αντίστασης της πρόσθετης αντίστασης καθορίζεται από τον τύπο:

Ρύζι. 3.6. Σχέδιο για τη δημιουργία ενός βολτόμετρου με βάση ένα αμπερόμετρο ( ΕΝΑ), συνδέοντας το βολτόμετρο με το φορτίο ( 6 ), συνδέοντας μια πρόσθετη αντίσταση σε ένα βολτόμετρο ( V)

Πού είναι ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές επεκτείνεται το όριο μέτρησης του βολτόμετρου:

πού είναι το αρχικό όριο μέτρησης;

— νέο όριο μέτρησης.

Οι πρόσθετες αντιστάσεις που τοποθετούνται μέσα στο σώμα της συσκευής ονομάζονται εσωτερικές, ενώ αυτές που συνδέονται με τη συσκευή από το εξωτερικό ονομάζονται εξωτερικές. Τα βολτόμετρα μπορεί να είναι πολλαπλών εύρους. Υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του ορίου μέτρησης και της εσωτερικής αντίστασης ενός βολτόμετρου πολλαπλών ορίων: όσο μεγαλύτερο είναι το όριο μέτρησης, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του βολτόμετρου.

Τα ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα έχουν τα ακόλουθα μειονεκτήματα:

Περιορισμένη περιοχή μέτρησης τάσης (ακόμη και σε βολτόμετρα πολλαπλών εύρους).

Χαμηλή αντίσταση εισόδου, επομένως, μεγάλη εσωτερική κατανάλωση ισχύος από το υπό μελέτη κύκλωμα.

Αυτά τα μειονεκτήματα των ηλεκτρομηχανικών βολτόμετρων καθορίζουν την προτιμώμενη χρήση ηλεκτρονικών βολτόμετρων για τη μέτρηση της τάσης στα ηλεκτρονικά.

Ηλεκτρονικά αναλογικά βολτόμετρα DCκατασκευασμένο σύμφωνα με το σχήμα που φαίνεται στο Σχ. 3.7. Η συσκευή εισόδου αποτελείται από έναν ακολουθητή εκπομπού (για να αυξηθεί η αντίσταση εισόδου) και ένας εξασθενητής - ένας διαιρέτης τάσης.

Τα πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών αναλογικών βολτόμετρων σε σύγκριση με τα αναλογικά είναι προφανή:

Ρύζι. 3.7. Μπλοκ διάγραμμα ενός ηλεκτρονικού αναλογικού βολτόμετρου DC

Ευρύ φάσμα μέτρησης τάσης.

Μεγάλη αντίσταση εισόδου, επομένως, χαμηλή εγγενής κατανάλωση ισχύος από το υπό μελέτη κύκλωμα.

Υψηλή ευαισθησία λόγω της παρουσίας ενισχυτή στην είσοδο της συσκευής.

Αδυναμία υπερφορτώσεων.

Ωστόσο, τα ηλεκτρονικά αναλογικά βολτόμετρα έχουν μια σειρά από μειονεκτήματα:

Διαθεσιμότητα πηγών ενέργειας, ως επί το πλείστον σταθεροποιημένη.

Το μειωμένο σχετικό σφάλμα είναι μεγαλύτερο από αυτό των ηλεκτρομηχανικών βολτόμετρων (2,5-6%).

Μεγάλο βάρος και διαστάσεις, υψηλότερη τιμή.

Επί του παρόντος, τα αναλογικά ηλεκτρονικά βολτόμετρα DC δεν χρησιμοποιούνται αρκετά ευρέως, καθώς οι παράμετροί τους είναι αισθητά κατώτερες από τα ψηφιακά βολτόμετρα.

Μέτρηση εναλλασσόμενης τάσης.

Για τη μέτρηση της τάσης AC, χρησιμοποιούνται ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα και πολύμετρα, ηλεκτρονικά αναλογικά και ψηφιακά βολτόμετρα και ηλεκτρονικοί παλμογράφοι.

Ας εξετάσουμε τα φθηνά και αρκετά ακριβή ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα. Συνιστάται να το κάνετε αυτό σε εύρη συχνοτήτων.

Σε βιομηχανικές συχνότητες 50, 100, 400 και 1000 Hz, χρησιμοποιούνται ευρέως βολτόμετρα ηλεκτρομαγνητικών, ηλεκτροδυναμικών, σιδηροδυναμικών, ανορθωτικών, ηλεκτροστατικών και θερμοηλεκτρικών συστημάτων.

Σε χαμηλές συχνότητες (μέχρι 15-20 kHz), χρησιμοποιούνται βολτόμετρα ανορθωτών, ηλεκτροστατικών και θερμοηλεκτρικών συστημάτων.

Σε υψηλές συχνότητες (έως μερικές - δεκάδες megahertz) χρησιμοποιούνται συσκευές ηλεκτροστατικών και θερμοηλεκτρικών συστημάτων.

Για ηλεκτρικές μετρήσεις, τα καθολικά όργανα - πολύμετρα - χρησιμοποιούνται ευρέως.

Πολύμετρα(ελεγκτές, αμπέρ-βολτ-ωμόμετρο, συνδυασμένες συσκευές) σας επιτρέπουν να μετρήσετε πολλές παραμέτρους: ισχύς συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος, τάση συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος, αντίσταση αντίστασης, χωρητικότητα πυκνωτή (όχι όλες οι συσκευές), ορισμένες στατικές παραμέτρους τρανζίστορ χαμηλής ισχύος (, , Και ).

Τα πολύμετρα είναι διαθέσιμα με αναλογική και ψηφιακή ένδειξη.

Η ευρεία χρήση των πολύμετρων εξηγείται από τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Πολυλειτουργικότητα, δηλ. Δυνατότητα χρήσης ως αμπερόμετρα, βολτόμετρα, ωμόμετρο, φαραδόμετρα, μετρητές παραμέτρων τρανζίστορ χαμηλής ισχύος:

Ευρύ φάσμα μετρούμενων παραμέτρων λόγω της παρουσίας πολλών ορίων μέτρησης για κάθε παράμετρο.

Δυνατότητα χρήσης ως φορητές συσκευές, καθώς δεν υπάρχει τροφοδοσία ρεύματος.

Μικρό βάρος και διαστάσεις.

Ευελιξία (η ικανότητα μέτρησης εναλλασσόμενων και συνεχών ρευμάτων και τάσεων),

Τα πολύμετρα έχουν επίσης μια σειρά από μειονεκτήματα:

Στενό εύρος συχνοτήτων εφαρμογής.

Μεγάλη κατανάλωση ενέργειας από το μελετημένο 1 κύκλωμα.

Μεγάλο μειωμένο σφάλμα για αναλογικά (1,5, 2,5 και 4) και ψηφιακά πολύμετρα.

Ασυνέπεια της εσωτερικής αντίστασης σε διαφορετικά όρια 4 μετρήσεων ρεύματος και τάσης.

Σύμφωνα με την ταξινόμηση του εγχώριου καταλόγου, τα πολύμετρα ονομάζονται Ts43 και στη συνέχεια ο αριθμός μοντέλου, για παράδειγμα, Ts4352.

Για τον προσδιορισμό της εσωτερικής αντίστασης ενός αναλογικού πολύμετρου στο περιλαμβανόμενο όριο μέτρησης, η συγκεκριμένη αντίσταση μπορεί να δοθεί στο διαβατήριο της συσκευής 1. Για παράδειγμα, στο διαβατήριο του ελεγκτή Ts4341, η ειδική αντίσταση = 16,7 kOhm/V, τα όρια μέτρησης για την τάση DC είναι 1,5 - 3 - 6 - 15 V.

Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση του πολύμετρου στο όριο των 6 V DC καθορίζεται από τον τύπο:

Το διαβατήριο της συσκευής μπορεί να περιέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για τον υπολογισμό της αντίστασης σύμφωνα με το νόμο του Ohm.

Εάν ο ελεγκτής χρησιμοποιείται ως βολτόμετρο, τότε η αντίσταση εισόδου του καθορίζεται από τον τύπο:

πού είναι το επιλεγμένο όριο μέτρησης.

Η τρέχουσα τιμή στο επιλεγμένο όριο (υποδεικνύεται στον πίσω πίνακα της συσκευής ή στο διαβατήριό της).

Εάν ο ελεγκτής χρησιμοποιείται ως αμπερόμετρο, τότε η αντίσταση εισόδου του καθορίζεται από τον τύπο:

Πού είναι το επιλεγμένο όριο μέτρησης;

— τιμή τάσης που εμφανίζεται στο πίσω μέρος της συσκευής ή στο φύλλο δεδομένων της.

Για παράδειγμα, το διαβατήριο του ελεγκτή Ts4341 δείχνει πτώση τάσης στη συσκευή ίση με 0,3 V στην περιοχή 0,06 - 0,6 - 6 - 60 - 600 mA DC και πτώση τάσης 1,3 V στην περιοχή: 0. 3 - 3 - 30 - 300 mA AC. Η σύνθετη αντίσταση εισόδου του πολύμετρου στο όριο AC 3 mA θα είναι

Ηλεκτρονικά αναλογικά βολτόμετρα ACείναι κατασκευασμένα σύμφωνα με ένα από τα μπλοκ διαγράμματα (Εικ. 3.8), τα οποία διαφέρουν ως προς τη σειρά διάταξης των κύριων μπλοκ - του ενισχυτή και του μετατροπέα (ανιχνευτή) τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος σε τάση συνεχούς ρεύματος. Οι ιδιότητες αυτών των βολτόμετρων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το επιλεγμένο κύκλωμα.

Ρύζι. 3.8.Μπλοκ διαγράμματα ηλεκτρονικών αναλογικών βολτόμετρων εναλλασσόμενου ρεύματος τύπου U-D ( ΕΝΑ) και πληκτρολογήστε D-U (σι)

Τα βολτόμετρα της πρώτης ομάδας - του τύπου ενισχυτή-ανιχνευτή (A-D) - έχουν υψηλή ευαισθησία, η οποία σχετίζεται με την παρουσία ενός πρόσθετου ενισχυτή. Επομένως, όλα τα μικρο- και χιλιοβολτόμετρα κατασκευάζονται σύμφωνα με το κύκλωμα V-D. Ωστόσο, το εύρος συχνοτήτων τέτοιων βολτόμετρων δεν είναι ευρύ (έως αρκετά megahertz), καθώς η δημιουργία ενός ευρυζωνικού ενισχυτή AC συνδέεται με ορισμένες δυσκολίες. Τα βολτόμετρα τύπου U-D ταξινομούνται ως μη καθολικά (υποομάδα VZ), δηλ. μπορεί να μετρήσει μόνο την τάση AC.

Τα βολτόμετρα της δεύτερης ομάδας - του τύπου ανιχνευτή-ενισχυτή (D-A) - έχουν ευρύ φάσμα συχνοτήτων (έως αρκετά gigahertz) και χαμηλή ευαισθησία. Τα βολτόμετρα αυτού του τύπου είναι καθολικά (υποομάδα Β7), δηλ. μετρήστε την τάση όχι μόνο του εναλλασσόμενου ρεύματος, αλλά και του συνεχούς ρεύματος. μπορεί να μετρήσει την τάση σε σημαντικό επίπεδο, καθώς δεν είναι δύσκολο να παρέχει υψηλό κέρδος χρησιμοποιώντας CNT.

Και στους δύο τύπους βολτόμετρων, μια σημαντική λειτουργία εκτελείται από μετατροπείς εναλλασσόμενου ρεύματος σε τάση - ανιχνευτές συνεχούς ρεύματος, οι οποίοι, με βάση τη λειτουργία μετατροπής της τάσης εισόδου σε τάση εξόδου, μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις τύπους: πλάτος, rms και ανορθωμένες τιμές rms. .

Οι ιδιότητες της συσκευής εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του ανιχνευτή. Οι βολτομετρητές με ανιχνευτή τιμής πλάτους είναι οι υψηλότερες συχνότητες. Τα βολτόμετρα με ανιχνευτή τιμής RMS σάς επιτρέπουν να μετράτε την τάση AC οποιουδήποτε σχήματος. Τα βολτόμετρα με ανιχνευτή μέσης ανορθωμένης τιμής είναι κατάλληλα για τη μέτρηση της τάσης μόνο ενός αρμονικού σήματος και είναι τα απλούστερα, πιο αξιόπιστα και φθηνά.

Ανιχνευτής τιμής πλάτουςείναι μια συσκευή της οποίας η τάση εξόδου αντιστοιχεί στην τιμή πλάτους του μετρούμενου σήματος, η οποία εξασφαλίζεται με την αποθήκευση της τάσης στον πυκνωτή.

Προκειμένου το κύκλωμα πραγματικού φορτίου οποιουδήποτε ανιχνευτή να φιλτράρει αποτελεσματικά το χρήσιμο σήμα και να καταστέλλει ανεπιθύμητες αρμονικές υψηλής συχνότητας, πρέπει να πληρούται η ακόλουθη προϋπόθεση:

Ή , (3.12)

πού είναι η χωρητικότητα του φίλτρου εξόδου;

— αντίσταση φορτίου ανιχνευτή.

Η δεύτερη προϋπόθεση για την καλή λειτουργία του ανιχνευτή:

Το σχήμα 3.9 δείχνει το μπλοκ διάγραμμα και τα διαγράμματα χρονισμού της τάσης εξόδου του ανιχνευτή τιμής πλάτους με μια δίοδο συνδεδεμένη παράλληλα και την είσοδο κλειστή. Ένας ανιχνευτής με κλειστή είσοδο έχει έναν πυκνωτή συνδεδεμένο σε σειρά, ο οποίος δεν επιτρέπει στο εξάρτημα DC να περάσει. Ας εξετάσουμε τη λειτουργία ενός τέτοιου ανιχνευτή όταν εφαρμόζεται ημιτονοειδής τάση στην είσοδό του.

Ρύζι. 3.9. Μπλοκ διάγραμμα ανιχνευτή τιμής πλάτους με δίοδο συνδεδεμένη παράλληλα και κλειστή είσοδο (ΕΝΑ)και διαγράμματα χρονισμού τάσης (σι)Όταν φθάνει ένα θετικό μισό κύμα ημιτονοειδούς κύματος, ο πυκνωτής ΜΕφορτίζεται μέσω μιας διόδου VD, η οποία έχει χαμηλή αντίσταση όταν είναι ανοιχτή.

Η σταθερά χρόνου φόρτισης του πυκνωτή είναι μικρή και ο πυκνωτής φορτίζει γρήγορα στη μέγιστη τιμή του . Όταν αλλάζει η πολικότητα του σήματος εισόδου, η δίοδος κλείνει και ο πυκνωτής εκφορτίζεται αργά μέσω της αντίστασης φορτίου, η οποία επιλέγεται μεγάλη - 50-100 MOhm.

Έτσι, η σταθερά εκφόρτισης αποδεικνύεται ότι είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την περίοδο του ημιτονοειδούς σήματος. Ως αποτέλεσμα, ο πυκνωτής παραμένει φορτισμένος σε μια τάση κοντά στο .

Η αλλαγή της τάσης στην αντίσταση φορτίου καθορίζεται από τη διαφορά στα πλάτη της τάσης εισόδου και της τάσης στον πυκνωτή. Ως αποτέλεσμα, η τάση εξόδου θα πάλλεται με διπλάσιο πλάτος της μετρούμενης τάσης (βλ. σι).

Αυτό επιβεβαιώνεται από τους ακόλουθους μαθηματικούς υπολογισμούς:

στο , , στο , στο .

Για να απομονωθεί η σταθερή συνιστώσα του σήματος, η έξοδος του ανιχνευτή συνδέεται με ένα χωρητικό φίλτρο, το οποίο καταστέλλει όλες τις άλλες αρμονικές ρεύματος.

Με βάση τα προαναφερθέντα, το συμπέρασμα ακολουθεί: όσο μικρότερη είναι η περίοδος του υπό μελέτη σήματος (όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητά του), τόσο ακριβέστερα ικανοποιείται η ισότητα , που εξηγεί τις ιδιότητες υψηλής συχνότητας του ανιχνευτή. Όταν χρησιμοποιείτε βολτόμετρα με ανιχνευτή τιμής πλάτους, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι αυτές οι συσκευές βαθμονομούνται συχνότερα στις τιμές ρίζας μέσου τετραγώνου του ημιτονοειδούς σήματος, δηλαδή, οι ενδείξεις του δείκτη της συσκευής είναι ίσες με το πηλίκο της τιμής πλάτους διαιρούμενη με τον παράγοντα πλάτους του ημιτονοειδούς:

πού είναι ο παράγοντας πλάτους.

Ανιχνευτής RMS(Εικ. 3.10) μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση σε τάση συνεχούς ρεύματος, ανάλογη με το τετράγωνο της μέσης τετραγωνικής τιμής της ρίζας της μετρούμενης τάσης. Επομένως, η μέτρηση της τάσης rms περιλαμβάνει την εκτέλεση τριών λειτουργιών: τετραγωνισμό της στιγμιαίας τιμής του σήματος, υπολογισμός του μέσου όρου της τιμής του και λήψη της ρίζας του αποτελέσματος μέσης τιμής (η τελευταία λειτουργία εξασφαλίζεται με τη βαθμονόμηση της κλίμακας του βολτόμετρου). Ο τετραγωνισμός της τιμής του στιγμιαίου σήματος πραγματοποιείται συνήθως από μια κυψέλη διόδου χρησιμοποιώντας το τετραγωνικό τμήμα του χαρακτηριστικού της.

Ρύζι. 3.10. Ανιχνευτής RMS: ΕΝΑ -κυψέλη διόδου? σι— CVC της διόδου

Στην κυψέλη διόδου VD, R1(βλ. Εικ. 3.10, ΕΝΑ)εφαρμόζεται σταθερή τάση στη δίοδο VD με τέτοιο τρόπο ώστε να παραμένει κλειστή όσο η μετρούμενη τάση () κατά μήκος της αντίστασης R2δεν θα υπερβαίνει την τιμή .

Το αρχικό τμήμα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης της διόδου είναι μικρό (βλ. Εικ. 3.10, σι),Επομένως, το τετραγωνικό τμήμα επιμηκύνεται τεχνητά με τη μέθοδο της τμηματικής γραμμικής προσέγγισης χρησιμοποιώντας πολλά κύτταρα διόδου.

Κατά το σχεδιασμό βολτόμετρων RMS, προκύπτουν δυσκολίες στην παροχή ευρείας περιοχής συχνοτήτων. Παρόλα αυτά, τέτοια βολτόμετρα είναι τα πιο δημοφιλή, καθώς μπορούν να μετρήσουν την τάση οποιουδήποτε πολύπλοκου σχήματος.

Διορθώθηκε ανιχνευτής μέσου όρουμετατρέπει την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος σε τάση συνεχούς ρεύματος ανάλογη με τη μέση τιμή της διορθωμένης τάσης. Το ρεύμα εξόδου μιας συσκευής μέτρησης με έναν τέτοιο ανιχνευτή είναι παρόμοιο με το ρεύμα εξόδου του συστήματος ανορθωτή.

Οι τάσεις AC που λειτουργούν σε ηλεκτρονικές συσκευές μπορούν να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου σύμφωνα με διάφορους νόμους. Για παράδειγμα, η τάση στην έξοδο του κύριου ταλαντωτή ενός συνδεδεμένου ραδιοπομπού ποικίλλει σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο, στην έξοδο μιας γεννήτριας σάρωσης παλμογράφου οι παλμοί έχουν σχήμα πριονωτή και οι παλμοί συγχρονισμού ενός πλήρους τηλεοπτικού σήματος είναι ορθογώνιοι .

Στην πράξη, είναι απαραίτητο να πραγματοποιούνται μετρήσεις σε διάφορα τμήματα κυκλωμάτων, οι τάσεις στις οποίες μπορεί να διαφέρουν ως προς την τιμή και το σχήμα. Η μέτρηση της μη ημιτονοειδής τάσης έχει τα δικά της χαρακτηριστικά που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την αποφυγή σφαλμάτων.

Είναι πολύ σημαντικό να επιλέξετε τον σωστό τύπο συσκευής και τη μέθοδο μετατροπής των ενδείξεων του βολτόμετρου στην τιμή της απαιτούμενης παραμέτρου της μετρούμενης τάσης. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ξεκάθαρα πώς αξιολογούνται και συγκρίνονται οι τάσεις AC και πώς το σχήμα της τάσης επηρεάζει τις τιμές των συντελεστών που σχετίζονται με μεμονωμένες παραμέτρους τάσης.

Το κριτήριο για την εκτίμηση μιας τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος οποιασδήποτε μορφής είναι η σύνδεση με την αντίστοιχη τάση συνεχούς ρεύματος για την ίδια θερμική επίδραση (τιμή rms U), ορίζεται από την έκφραση

πού είναι η περίοδος επανάληψης του σήματος;

- μια συνάρτηση που περιγράφει το νόμο της μεταβολής της στιγμιαίας τιμής τάσης. Δεν είναι πάντα δυνατό ο χειριστής να έχει στη διάθεσή του ένα βολτόμετρο, με το οποίο μπορεί να μετρήσει την επιθυμητή παράμετρο τάσης. Σε αυτήν την περίπτωση, η απαιτούμενη παράμετρος τάσης μετράται έμμεσα χρησιμοποιώντας ένα υπάρχον βολτόμετρο, χρησιμοποιώντας συντελεστές κορυφής και σχήματος. Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα υπολογισμού των απαραίτητων παραμέτρων μιας ημιτονοειδούς τάσης.

Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το πλάτος () και τις μέσες διορθωμένες () τιμές της ημιτονοειδούς τάσης με ένα βολτόμετρο, βαθμονομημένες στις τιμές ρίζας μέσου τετραγώνου της ημιτονοειδούς τάσης, εάν η συσκευή έδειξε .

Εκτελούμε τον υπολογισμό ως εξής. Δεδομένου ότι το βολτόμετρο είναι βαθμονομημένο σε τιμές rms , τότε στο Παράρτημα 3 για αυτήν τη συσκευή, η ένδειξη των 10 V αντιστοιχεί σε μια άμεση ένδειξη στην κλίμακα rms, δηλ.

Η εναλλασσόμενη τάση χαρακτηρίζεται από τις μέσες τιμές, το πλάτος) (μέγιστο) και τις μέσες τετραγωνικές τιμές ρίζας.

Μέση αξία(σταθερό συστατικό) για περίοδο εναλλασσόμενης τάσης:

Μέγιστη αξίαείναι η μεγαλύτερη στιγμιαία τιμή εναλλασσόμενης τάσης κατά τη διάρκεια της περιόδου σήματος:

Μέση διορθωμένη τιμή -αυτή είναι η μέση τάση στην έξοδο ενός ανορθωτή πλήρους κύματος που έχει εναλλασσόμενη τάση στην είσοδο :

Η αναλογία του μέσου τετραγώνου της ρίζας, της μέσης και της μέγιστης τιμής της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος εξαρτάται από το σχήμα της και γενικά καθορίζεται από δύο συντελεστές:

(συντελεστής πλάτους), (3.18)

(παράγοντας μορφής). (3.19)

Οι τιμές αυτών των συντελεστών για τάσεις διαφορετικών σχημάτων και οι αναλογίες τους δίνονται στον Πίνακα. 3.1

Πίνακας 3.1

Τιμές και για τάσεις διαφορετικών σχημάτων

Σημείωση, - κύκλος καθηκόντων: .

Σε έναν αριθμό συσκευών, η τάση δεν αξιολογείται σε απόλυτες μονάδες (V, mV, μV), αλλά σε μια σχετική λογαριθμική μονάδα - ντεσιμπέλ (dB, ή dB). Για να απλοποιηθεί η μετάβαση από τις απόλυτες μονάδες στις σχετικές μονάδες και, αντιστρόφως, τα περισσότερα αναλογικά βολτόμετρα (αυτόνομα και ενσωματωμένα σε άλλες συσκευές: γεννήτριες, πολύμετρα, μετρητές μη γραμμικής παραμόρφωσης) έχουν μια κλίμακα ντεσιμπέλ μαζί με τη συνηθισμένη. Αυτή η κλίμακα διακρίνεται από μια σαφώς καθορισμένη μη γραμμικότητα, η οποία, εάν είναι απαραίτητο, σας επιτρέπει να αποκτήσετε το αποτέλεσμα αμέσως σε ντεσιμπέλ, χωρίς κατάλληλους υπολογισμούς και τη χρήση πινάκων μετατροπής. Τις περισσότερες φορές, για τέτοιες συσκευές, η κλίμακα μηδέν ντεσιμπέλ αντιστοιχεί σε τάση εισόδου 0,775 V.

Τάση μεγαλύτερη από το συμβατικό μηδενικό επίπεδο χαρακτηρίζεται από θετικά ντεσιμπέλ, λιγότερο από αυτό το επίπεδο - αρνητικό. Στον οριακό διακόπτη, κάθε υποεύρος μέτρησης διαφέρει σε επίπεδο από το γειτονικό κατά 10 dB, το οποίο αντιστοιχεί σε συντελεστή τάσης 3,16. Οι μετρήσεις που λαμβάνονται στην κλίμακα ντεσιμπέλ προστίθενται αλγεβρικά στις ενδείξεις στον οριακό διακόπτη μέτρησης και δεν πολλαπλασιάζονται, όπως στην περίπτωση των μετρήσεων απόλυτης τάσης.

Για παράδειγμα, ο οριακός διακόπτης έχει ρυθμιστεί σε "- 10 dB", ενώ το βέλος ένδειξης είναι ρυθμισμένο σε "- 0,5 dB". Το συνολικό επίπεδο θα είναι: ---- 10 + (- 0,5) = - 10,5 dB, Και η βάση για τη μετατροπή της τάσης από απόλυτες τιμές σε σχετικές τιμές είναι ο τύπος

Όπου = 0,775V.

Δεδομένου ότι το bel είναι μια μεγάλη μονάδα, στην πράξη χρησιμοποιείται ένα κλασματικό (δέκατο) μέρος του bel - ντεσιμπέλ.

Παλμικά και ψηφιακά βολτόμετρα.Κατά τη μέτρηση τάσεων παλμού με μικρό πλάτος, χρησιμοποιείται προκαταρκτική ενίσχυση παλμού. Το μπλοκ διάγραμμα ενός αναλογικού βολτόμετρου παλμών (Εικ. 3.11) αποτελείται από έναν απομακρυσμένο αισθητήρα με έναν ακόλουθο εκπομπού, έναν εξασθενητή, έναν προενισχυτή ευρείας ζώνης, έναν ανιχνευτή τιμής πλάτους, έναν ενισχυτή συνεχούς ρεύματος (DCA) και έναν ηλεκτρομηχανικό δείκτη. Τα βολτόμετρα που εφαρμόζονται σύμφωνα με αυτό το σχήμα μετρούν απευθείας τάσεις 1 mV - 3 V με σφάλμα ± (4 - 10)%, διάρκεια παλμού 1 - 200 μs και κύκλο λειτουργίας 100 ... 2500.

Ρύζι. 3.11.τΜπλοκ διάγραμμα παλμικού βολτόμετρου

Για τη μέτρηση μικρών τάσεων σε ένα ευρύ φάσμα διάρκειων (από νανοδευτερόλεπτα έως χιλιοστά του δευτερολέπτου), χρησιμοποιούνται βολτόμετρα που λειτουργούν με βάση τη μέθοδο αυτόματης αντιστάθμισης.

Τα ηλεκτρονικά ψηφιακά βολτόμετρα έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των αναλογικών:

Υψηλή ταχύτητα μέτρησης.

Εξάλειψη της πιθανότητας υποκειμενικού λάθους χειριστή.

Μικρό μειωμένο σφάλμα.

Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων, τα ψηφιακά ηλεκτρονικά βολτόμετρα χρησιμοποιούνται ευρέως για σκοπούς μέτρησης. Το σχήμα 3.12 δείχνει ένα απλοποιημένο μπλοκ διάγραμμα ενός ψηφιακού βολτόμετρου.

Ρύζι. 3.12. Απλοποιημένο μπλοκ διάγραμμα ψηφιακού βολτόμετρου

Συσκευή εισόδουέχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί μεγάλη αντίσταση εισόδου, να επιλέγει όρια μέτρησης, να μειώνει τις παρεμβολές και να προσδιορίζει αυτόματα την πολικότητα της μετρούμενης τάσης DC. Στα βολτόμετρα εναλλασσόμενου ρεύματος, η συσκευή εισόδου περιλαμβάνει επίσης έναν μετατροπέα τάσης AC-σε-DC.

Από την έξοδο της συσκευής εισόδου, τροφοδοτείται η μετρούμενη τάση μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό(ADC), στο οποίο η τάση μετατρέπεται σε ψηφιακό (διακριτό) σήμα με τη μορφή ηλεκτρικού κώδικα ή παλμών, ο αριθμός των οποίων είναι ανάλογος της μετρούμενης τάσης. Το αποτέλεσμα εμφανίζεται στον πίνακα αποτελεσμάτων ψηφιακή ένδειξη.Η λειτουργία όλων των μπλοκ ελέγχεται συσκευή ελέγχου.

Τα ψηφιακά βολτόμετρα, ανάλογα με τον τύπο του ADC, χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες: κωδικός παλμού, χρονικός παλμός, συχνότητα παλμού, χωρική κωδικοποίηση.

Επί του παρόντος χρησιμοποιείται ευρέως ψηφιακά βολτόμετρα χρόνου-παλμού , οι μετατροπείς των οποίων πραγματοποιούν ενδιάμεση μετατροπή της μετρούμενης τάσης σε ένα αναλογικό χρονικό διάστημα γεμάτο με παλμούς με γνωστή συχνότητα επανάληψης. Ως αποτέλεσμα αυτού του μετασχηματισμού, το διακριτό σήμα πληροφοριών μέτρησης στην είσοδο του ADC έχει τη μορφή ενός πακέτου παλμών μέτρησης, ο αριθμός των οποίων είναι ανάλογος της μετρούμενης τάσης.

Το σφάλμα των βολτόμετρων χρονικού παλμού καθορίζεται από το σφάλμα δειγματοληψίας του μετρούμενου σήματος, την αστάθεια της συχνότητας μέτρησης του παλμού, την παρουσία κατωφλίου ευαισθησίας του κυκλώματος σύγκρισης και τη μη γραμμικότητα της μετατρεπόμενης τάσης στην είσοδο της σύγκρισης κύκλωμα.

Υπάρχουν πολλές επιλογές για λύσεις σχεδίασης κυκλωμάτων κατά την κατασκευή βολτόμετρων χρονικού παλμού. Ας εξετάσουμε την αρχή λειτουργίας ενός παλμικού βολτόμετρου με γεννήτρια γραμμικά μεταβαλλόμενης τάσης (GLIN).

Το σχήμα 3.13 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός ψηφιακού βολτόμετρου παλμού χρόνου με GLIN και διαγράμματα χρονισμού που εξηγούν τη λειτουργία του.

Το διακριτό σήμα πληροφοριών μέτρησης στην έξοδο του μετατροπέα έχει τη μορφή ενός πακέτου παλμών μέτρησης, ο αριθμός των οποίων είναι ανάλογος με την τιμή της τάσης εισόδου . Από την έξοδο του GLIN, μια τάση γραμμικά αυξανόμενη χρονικά παρέχεται στις εισόδους 1 των συσκευών σύγκρισης. Η είσοδος 2 της συσκευής σύγκρισης II είναι συνδεδεμένη στο περίβλημα.

Τη στιγμή της ισότητας εμφανίζεται ένας παλμός στην είσοδο της συσκευής σύγκρισης II και στην έξοδό της, ο οποίος τροφοδοτείται στη μοναδική είσοδο της σκανδάλης (Τ), προκαλώντας την εμφάνιση ενός σήματος στην έξοδό της. Η σκανδάλη επιστρέφει στην αρχική της θέση με έναν παλμό που προέρχεται από την έξοδο της συσκευής σύγκρισης II. Αυτό το σήμα εμφανίζεται τη στιγμή της ισότητας της γραμμικά αυξανόμενης τάσης και της μετρούμενης. Το σήμα που παράγεται έτσι με διάρκεια (όπου — συντελεστής μετατροπής) παρέχεται στην είσοδο 1 του λογικού κυκλώματος πολλαπλασιασμού AND και η είσοδος 2 λαμβάνει ένα σήμα από τη γεννήτρια παλμών μέτρησης (CPG). Οι παλμοί ακολουθούν με συχνότητα. Ένα παλμικό σήμα εμφανίζεται όταν υπάρχουν παλμοί και στις δύο εισόδους, δηλ. Οι παλμοί μέτρησης περνούν όταν υπάρχει σήμα στην έξοδο της σκανδάλης.

Ρύζι. 3.13. Δομικό σχήμα (ΕΝΑ)και χρονοδιαγράμματα (σι)ψηφιακό βολτόμετρο χρόνου-παλμού με GLIN

Ο μετρητής παλμών μετράει τον αριθμό των περασμένων παλμών (λαμβάνοντας υπόψη τον συντελεστή μετατροπής). Το αποτέλεσμα της μέτρησης εμφανίζεται στην πλακέτα ψηφιακής ένδειξης (DI). Ο δεδομένος τύπος δεν λαμβάνει υπόψη το σφάλμα διακριτικότητας λόγω της ασυμφωνίας μεταξύ της εμφάνισης των παλμών μέτρησης και της αρχής και του τέλους του διαστήματος

Επιπλέον, ένα μεγάλο σφάλμα εισάγεται από τον παράγοντα μη γραμμικότητας του συντελεστή μετατροπής . Ως αποτέλεσμα, τα ψηφιακά βολτόμετρα χρόνου-παλμού με GLIN είναι τα λιγότερο ακριβή μεταξύ των ψηφιακών βολτόμετρων.

Ψηφιακά βολτόμετρα διπλής ενσωμάτωσηςδιαφέρουν από τα βολτόμετρα χρόνου-παλμού ως προς την αρχή λειτουργίας. Σε αυτά, κατά τη διάρκεια του κύκλου μέτρησης, σχηματίζονται δύο χρονικά διαστήματα - και . Στο πρώτο διάστημα διασφαλίζεται η ενσωμάτωση της μετρούμενης τάσης , στο δεύτερο - η τάση αναφοράς. Ο χρόνος κύκλου μέτρησης είναι προκαθορισμένος ως πολλαπλάσιο της περιόδου του θορύβου που ενεργεί στην είσοδο, γεγονός που οδηγεί σε βελτιωμένη ατρωσία θορύβου του βολτόμετρου.

Το σχήμα 3.14 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός ψηφιακού βολτόμετρου με διπλή ολοκλήρωση και διαγράμματα χρονισμού που εξηγούν τη λειτουργία του.

Ρύζι. 3.14. Δομικό σχήμα (ΕΝΑ)και διαγράμματα χρονισμού (6) ψηφιακό βολτόμετρο διπλής ολοκλήρωσης

Στο (τη στιγμή που ξεκινά η μέτρηση), η συσκευή ελέγχου παράγει έναν βαθμονομημένο παλμό με διάρκεια

, (3.21) μετακινεί το διακόπτη στη θέση 2 και η πηγή τάσης αναφοράς (VS) παρέχεται στον ολοκληρωτή, η αρνητική τάση αναφοράς γίνεται ίση με το μηδέν, η συσκευή σύγκρισης παράγει ένα σήμα που αποστέλλεται στη σκανδάλη και την επιστρέφει στην αρχική της. κατάσταση. Στην έξοδο της σκανδάλης, ο παραγόμενος παλμός τάσης

; ; (3.25)

Από τις ληφθείσες σχέσεις προκύπτει ότι το σφάλμα στο αποτέλεσμα της μέτρησης εξαρτάται μόνο από το επίπεδο της τάσης αναφοράς και όχι από πολλές παραμέτρους (όπως σε ένα βολτόμετρο κωδικού παλμού), αλλά υπάρχει επίσης ένα σφάλμα διακριτικότητας εδώ.

Τα πλεονεκτήματα ενός βολτόμετρου με διπλή ενσωμάτωση είναι η υψηλή θόρυβος και η υψηλότερη κατηγορία ακρίβειας (0,005-0,02%) σε σύγκριση με τα βολτόμετρα με GLIN.

Ψηφιακά βολτόμετρα με ενσωματωμένομικροεπεξεργαστής συνδυάζονται και ανήκουν στα βολτόμετρα της υψηλότερης κατηγορίας ακρίβειας. Η αρχή της λειτουργίας τους βασίζεται στις μεθόδους εξισορρόπησης bit-bit και μετασχηματισμού ολοκλήρωσης χρονικού παλμού.

Ο μικροεπεξεργαστής και οι πρόσθετοι μετατροπείς που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα ενός τέτοιου βολτόμετρου επεκτείνουν τις δυνατότητες της συσκευής, καθιστώντας την καθολική στη μέτρηση μεγάλου αριθμού παραμέτρων. Τέτοια βολτόμετρα μετρούν την τάση DC και AC, την ισχύ του ρεύματος, την αντίσταση της αντίστασης, τη συχνότητα ταλάντωσης και άλλες παραμέτρους. Όταν χρησιμοποιούνται μαζί με έναν παλμογράφο, μπορούν να μετρήσουν παραμέτρους χρόνου: περίοδο, διάρκεια παλμού κ.λπ. Η παρουσία μικροεπεξεργαστή στο κύκλωμα του βολτόμετρου επιτρέπει την αυτόματη διόρθωση των σφαλμάτων μέτρησης, τη διάγνωση σφαλμάτων και την αυτόματη βαθμονόμηση.

Το σχήμα 3.15 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ψηφιακού βολτόμετρου με ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή.

Ρύζι. 3.15. Μπλοκ διάγραμμα ψηφιακού βολτόμετρου με ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή

Χρησιμοποιώντας κατάλληλους μετατροπείς, η μονάδα κανονικοποίησης σήματος μετατρέπει τις μετρούμενες παραμέτρους εισόδου (97 σελίδες) σε ένα ενοποιημένο σήμα που φτάνει στην είσοδο του ADC, το οποίο εκτελεί τη μετατροπή χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διπλής ολοκλήρωσης. Η επιλογή του τρόπου λειτουργίας του βολτόμετρου για έναν δεδομένο τύπο μέτρησης πραγματοποιείται από τη μονάδα ελέγχου ADC με οθόνη. Το ίδιο μπλοκ παρέχει την απαιτούμενη διαμόρφωση του συστήματος μέτρησης.

Ο μικροεπεξεργαστής είναι η βάση της μονάδας ελέγχου και συνδέεται με άλλες μονάδες μέσω καταχωρητών μετατόπισης. Ο μικροεπεξεργαστής ελέγχεται χρησιμοποιώντας το πληκτρολόγιο που βρίσκεται στον πίνακα ελέγχου. Η διαχείριση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί μέσω μιας τυπικής διεπαφής ενός συνδεδεμένου καναλιού επικοινωνίας. Η μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM) αποθηκεύει το πρόγραμμα λειτουργίας του μικροεπεξεργαστή, το οποίο υλοποιείται με τη χρήση μνήμης τυχαίας πρόσβασης (RAM).

Ενσωματωμένοι εξαιρετικά σταθεροί και ακριβείς διαιρέτες τάσης αναφοράς αντίστασης, ένας διαφορικός ενισχυτής (DA) και ένας αριθμός εξωτερικών στοιχείων (εξασθένησης, επιλογέας λειτουργίας, μονάδα τάσης αναφοράς ) πραγματοποιήστε απευθείας μετρήσεις. Όλα τα μπλοκ συγχρονίζονται με σήματα από τη γεννήτρια ρολογιού.

Η συμπερίληψη ενός μικροεπεξεργαστή και ενός αριθμού πρόσθετων μετατροπέων στο κύκλωμα του βολτόμετρου επιτρέπει την αυτόματη διόρθωση σφαλμάτων, την αυτόματη βαθμονόμηση και τη διάγνωση σφαλμάτων.

Οι κύριες παράμετροι των ψηφιακών βολτομέτρων είναι η ακρίβεια μετατροπής, ο χρόνος μετατροπής, τα όρια αλλαγής της τιμής εισόδου και η ευαισθησία.

Ακρίβεια μετατροπήςκαθορίζεται από το σφάλμα κβαντοποίησης επιπέδου, που χαρακτηρίζεται από τον αριθμό των bit στον κωδικό εξόδου.

Το σφάλμα ενός ψηφιακού βολτόμετρου έχει δύο συνιστώσες. Το πρώτο συστατικό (πολλαπλασιαστικό) εξαρτάται από τη μετρούμενη τιμή, το δεύτερο συστατικό (προσθετικό) δεν εξαρτάται από τη μετρούμενη τιμή.

Αυτή η αναπαράσταση συνδέεται με τη διακριτή αρχή της μέτρησης μιας αναλογικής ποσότητας, καθώς κατά τη διαδικασία κβαντοποίησης προκύπτει ένα απόλυτο σφάλμα λόγω ενός πεπερασμένου αριθμού επιπέδων κβαντισμού. Το απόλυτο σφάλμα μέτρησης τάσης εκφράζεται ως

σημεία) ή (σημάδια), (3.27)

πού είναι το πραγματικό σχετικό σφάλμα μέτρησης;

— την τιμή της μετρούμενης τάσης·

— τελική τιμή στο επιλεγμένο όριο μέτρησης·

Τσημάδια - η τιμή που προσδιορίζεται από τη μονάδα του λιγότερο σημαντικού ψηφίου του CI (προσθετικό σφάλμα διακριτικότητας). Το κύριο πραγματικό σχετικό σφάλμα μέτρησης μπορεί να παρουσιαστεί με άλλη μορφή:

Οπου α, β -σταθεροί αριθμοί που χαρακτηρίζουν την κατηγορία ακρίβειας της συσκευής.

Πρώτος όρος σφάλματος (ΕΝΑ)δεν εξαρτάται από τις ενδείξεις του οργάνου, και το δεύτερο (σι)αυξάνεται όταν μειώνεται .

Χρόνος μετατροπήςείναι ο χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί μια μετατροπή μιας αναλογικής τιμής σε ψηφιακό κωδικό.

Όρια αλλαγής τιμής εισόδου — Αυτά είναι τα εύρη μετασχηματισμού της τιμής εισόδου, τα οποία καθορίζονται πλήρως από τον αριθμό των ψηφίων και το "βάρος" του μικρότερου ψηφίου.

Ευαισθησία(ανάλυση) είναι η μικρότερη μεταβολή στην τιμή της ποσότητας εισόδου που μπορεί να διακρίνει ο μετατροπέας.

Τα κύρια μετρολογικά χαρακτηριστικά των βολτόμετρων που πρέπει να γνωρίζετε για να επιλέξετε σωστά μια συσκευή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

Παράμετρος της μετρούμενης τάσης (rms, πλάτος).

Εύρος μέτρησης τάσης;

Εύρος συχνοτήτων;

Επιτρεπόμενο σφάλμα μέτρησης.

Αντίσταση εισόδου () .

Αυτά τα χαρακτηριστικά δίνονται στην τεχνική περιγραφή και στο διαβατήριο της συσκευής.

Τα όργανα για τη μέτρηση της τάσης και του ρεύματος μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διάφορα κριτήρια:

• - ανά τύπο συσκευής ανάγνωσης (αναλογική και ψηφιακή).
• - με μέθοδο μέτρησης (άμεση αξιολόγηση (άμεση δράση) και σύγκριση με το μέτρο).
• - από την τιμή της μετρούμενης τάσης (τιμές αιχμής, μέσες διορθωμένες τιμές, τιμές rms).
• - ανά τύπο εισόδου (ανοιχτή ή κλειστή).

Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρομηχανικών και ηλεκτρονικών οργάνων για τη μέτρηση τάσεων και ρευμάτων. Ας εξετάσουμε τις αρχές της κατασκευής τους.

Ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα και αμπερόμετρα

Τα ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα και τα αμπερόμετρα είναι αναλογικά όργανα άμεσης δράσης στα οποία η ηλεκτρική μετρούμενη ποσότητα μετατρέπεται απευθείας σε ένδειξη από μια συσκευή ανάγνωσης.

Στην απλούστερη περίπτωση, τα ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα και τα αμπερόμετρα είναι ένας μηχανισμός μέτρησης με συσκευή ανάγνωσης (βλ. Κεφάλαιο 1), εξοπλισμένος με ακροδέκτες εισόδου για σύνδεση με το αντικείμενο μέτρησης.

Το γενικευμένο μπλοκ διάγραμμα ενός ηλεκτρομηχανικού βολτόμετρου (αμπερόμετρο) μπορεί να αναπαρασταθεί ως κύκλωμα μέτρησης εισόδου σε σειρά και ως μηχανισμός μέτρησης με συσκευή ανάγνωσης. Σημειώστε ότι ο συνδυασμός ενός μηχανισμού μέτρησης και μιας συσκευής ανάγνωσης συνήθως ονομάζεται μετρητής.

Το κύκλωμα μέτρησης εισόδου (συσκευή εισόδου) περιέχει, κατά κανόνα, έναν ή περισσότερους μορφοτροπείς μέτρησης, με τη βοήθεια των οποίων η μετρούμενη ποσότητα Χμετατρέπεται σε αξία Υ,βολικό για την επιρροή του μηχανισμού μέτρησης.

Τις περισσότερες φορές, σε ηλεκτρομηχανικές συσκευές, χρησιμοποιούνται μετατροπείς μέτρησης κλιμάκωσης και κανονικοποίησης, καθώς και μετατροπείς τιμών ποσότητας (βλ. Κεφάλαιο 1).

Σχεδόν οι περισσότεροι γνωστοί τύποι μηχανισμών μέτρησης (MM) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση τάσεων και ρευμάτων.

Για τη μέτρηση άμεσων τάσεων σε ένα ευρύ φάσμα τιμών (από κλάσματα millivolt έως εκατοντάδες volt), χρησιμοποιούνται ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα με μαγνητοηλεκτρικό μηχανισμό μέτρησης (MEMM). Αυτές οι συσκευές έχουν σχετικά υψηλή κατηγορία ακρίβειας (μέχρι 0,05), αλλά η αντίσταση εισόδου τους δεν υπερβαίνει τις δεκάδες χιλιάδες ohms, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά συστηματικά σφάλματα. Τα συστηματικά σφάλματα των βολτόμετρων με MEIM είναι επίσης θερμοκρασιακής φύσης λόγω της εξάρτησης της αντίστασης του πλαισίου της συσκευής από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Λιγότερο συχνά, χρησιμοποιούνται ηλεκτρομηχανικά βολτόμετρα με ηλεκτροστατικό IM (ESIM), ηλεκτρομαγνητικό IM (EMIM) και ηλεκτροδυναμικό IM (EDIM) για τη μέτρηση σταθερών τάσεων.

Τα βολτόμετρα με ESIM χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μέτρηση υψηλών τάσεων (κιλοβολτόμετρα) και τα βολτόμετρα με EDIM χρησιμοποιούνται ως όργανα αναφοράς κατά τη δοκιμή οργάνων μέτρησης χαμηλότερης κατηγορίας ακρίβειας.

Για τη μέτρηση συνεχών ρευμάτων σε ένα ευρύ φάσμα τιμών (10 - 7 ... 50 A), οι ηλεκτρομηχανικές συσκευές (αμπερόμετρα) με MEIM χρησιμοποιούνται ευρέως, καθώς και κατά τη μέτρηση άμεσων τάσεων. Αυτές οι συσκευές χαρακτηρίζονται επίσης από ένα συστηματικό σφάλμα θερμοκρασίας (ειδικά όταν χρησιμοποιούνται διακλαδώσεις), καθώς σε αυτήν την περίπτωση, λόγω διαφορετικών τιμών των συντελεστών θερμοκρασίας του πλαισίου και του υλικού διακλάδωσης, εμφανίζεται ανακατανομή των ρευμάτων που ρέουν μέσω αυτών. Για τη μέτρηση συνεχών ρευμάτων, χρησιμοποιούνται επίσης αμπερόμετρα με EMIM και EDIM.

Η μέτρηση των εναλλασσόμενων τάσεων πραγματοποιείται με βολτόμετρα με EMIM, EDIM, FDIM, ESIM, θερμοηλεκτρικά όργανα, καθώς και βολτόμετρα ανορθωτή, π.χ. βολτόμετρα που έχουν μηχανισμό μέτρησης του μαγνητοηλεκτρικού συστήματος και ανορθωτή (μετατροπέα) συνδεδεμένο στην είσοδο του ΔΥ.

Τα εναλλασσόμενα ρεύματα μετρώνται με θερμοηλεκτρικά και ανορθωτικά αμπερόμετρα, καθώς και με αμπερόμετρα με ηλεκτρομαγνητικά και ηλεκτροδυναμικά IM. Τα μικρά εναλλασσόμενα ρεύματα μετρώνται συνήθως με αμπερόμετρα ανορθωτή. Το ευρύτερο εύρος μετρούμενων εναλλασσόμενων ρευμάτων παρέχεται από τα αμπερόμετρα ανορθωτή, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνότερα για τη μέτρηση μικρών ρευμάτων. Το ευρύτερο εύρος συχνοτήτων των μετρούμενων ρευμάτων παρέχεται από τα αμπερόμετρα του θερμοηλεκτρικού συστήματος.

Οι περισσότερες ηλεκτρομηχανικές συσκευές έχουν χαμηλή αντίσταση εισόδου (kilo-ohms), επομένως είναι κατάλληλες για μέτρηση τάσης μόνο σε κυκλώματα χαμηλής σύνθετης αντίστασης. Σε κυκλώματα με φορτία υψηλής αντίστασης (megaohms), αυτές οι συσκευές (με εξαίρεση τις ηλεκτροστατικές) δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν, καθώς όταν ενεργοποιούνται, το φορτίο διακόπτεται και ως εκ τούτου αλλάζει η ηλεκτρική λειτουργία του κυκλώματος. Επιπλέον, τυπικά μειονεκτήματα για τις αναλογικές ηλεκτρομηχανικές συσκευές είναι το μικρό εύρος συχνοτήτων στο οποίο δίνουν αξιόπιστες μετρήσεις, μεγάλες χωρητικότητες και επαγωγές εισόδου και η εξάρτηση της αντίστασης εισόδου από τη συχνότητα.

Στην πράξη, τα καθολικά ηλεκτρομηχανικά όργανα για τη μέτρηση συνεχών και εναλλασσόμενων τάσεων και ρευμάτων, καθώς και αντίστασης συνεχούς ρεύματος - αβόμετρα (πολύμετρα) - έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα. Είναι ένας συνδυασμός πρόσθετων αντιστάσεων ή διακλαδώσεων, μετατροπέων τιμών μετρούμενων εναλλασσόμενων ρευμάτων και τάσεων (ανορθωτές ημιαγωγών) και IM ενός μαγνητοηλεκτρικού συστήματος με συσκευή ανάγνωσης.

Μια παραλλαγή του κυκλώματος αβόμετρου για τη μέτρηση της τάσης DC φαίνεται στο Σχ. 5.4.

Ρύζι. 5.4.

Ο διακόπτης αλλάζει το εύρος μέτρησης, αλλά η αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου, μετρούμενη σε [Ohm/V], συνήθως παραμένει σταθερή όταν αλλάζει το εύρος λόγω της επιλογής των αντιστάσεων.

Για παράδειγμα, εάν L, = 15 MOhm, Ι 2 = 4 MOhm, /?, = 800 kOhm, /? 4 = 150 kOhm, L 5 = 48 kOhm, και οι περιοχές είναι αντίστοιχα 1000,250,50, 10, 2,5 V, τότε εάν η αντίσταση περιέλιξης της συσκευής είναι 2 kOhm, η αντίσταση εισόδου της συσκευής σε οποιαδήποτε θέση του διακόπτη εμβέλειας θα είναι ίσο με 20 kOhm/V.

Στην πράξη, οι μετρήσεις τάσης πρέπει να εκτελούνται αρκετά συχνά. Η τάση μετριέται σε ραδιομηχανική, ηλεκτρικές συσκευές και κυκλώματα κ.λπ. Ο τύπος του εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να είναι παλμικός ή ημιτονοειδής. Οι πηγές τάσης είναι είτε γεννήτριες ρεύματος.

Τύποι μετρήσεων τάσης

Η τάση παλμικού ρεύματος έχει παραμέτρους πλάτους και μέσης τάσης. Πηγές τέτοιας τάσης μπορεί να είναι γεννήτριες παλμών. Η τάση μετριέται σε βολτ και χαρακτηρίζεται "V" ή "V". Εάν η τάση είναι εναλλασσόμενη, τότε το σύμβολο " ~ ", για σταθερή τάση υποδεικνύεται το σύμβολο "-". Η εναλλασσόμενη τάση στο οικιακό οικιακό δίκτυο φέρει την ένδειξη ~220 V.

Αυτά είναι όργανα σχεδιασμένα για τη μέτρηση και τον έλεγχο των χαρακτηριστικών των ηλεκτρικών σημάτων. Οι παλμογράφοι λειτουργούν με βάση την αρχή της εκτροπής μιας δέσμης ηλεκτρονίων, η οποία παράγει μια εικόνα των τιμών των μεταβλητών ποσοτήτων στην οθόνη.

Μέτρηση τάσης AC

Σύμφωνα με τα κανονιστικά έγγραφα, η τάση σε ένα οικιακό δίκτυο πρέπει να είναι ίση με 220 βολτ με ακρίβεια απόκλισης 10%, δηλαδή, η τάση μπορεί να κυμαίνεται στην περιοχή των 198-242 βολτ. Εάν ο φωτισμός στο σπίτι σας έχει μειωθεί, οι λαμπτήρες έχουν αρχίσει να αποτυγχάνουν συχνά ή οι οικιακές συσκευές έχουν γίνει ασταθείς, τότε για να εντοπίσετε και να εξαλείψετε αυτά τα προβλήματα, πρέπει πρώτα να μετρήσετε την τάση στο δίκτυο.

Πριν από τη μέτρηση, θα πρέπει να προετοιμάσετε την υπάρχουσα συσκευή μέτρησης για χρήση:

• Ελέγξτε την ακεραιότητα της μόνωσης των συρμάτων ελέγχου με ανιχνευτές και άκρες.
• Ρυθμίστε το διακόπτη σε τάση AC, με ανώτατο όριο 250 volt ή υψηλότερο.
• Εισαγάγετε τα δοκιμαστικά καλώδια στις υποδοχές της συσκευής μέτρησης, για παράδειγμα. Για να αποφύγετε λάθη, είναι καλύτερο να κοιτάξετε τις ονομασίες των υποδοχών στη θήκη.
• Ενεργοποιήστε τη συσκευή.

Στο πολύμετρο επιλέγεται το όριο μέτρησης των 700 βολτ. Ορισμένες συσκευές απαιτούν τη ρύθμιση πολλών διαφορετικών διακοπτών στην επιθυμητή θέση προκειμένου να μετρηθεί η τάση: ο τύπος ρεύματος, ο τύπος μέτρησης και επίσης τοποθετήστε τα άκρα των καλωδίων σε ορισμένες πρίζες. Το άκρο του μαύρου άκρου στο πολύμετρο εισάγεται στην υποδοχή COM (κοινή υποδοχή), το κόκκινο άκρο εισάγεται στην υποδοχή με την ένδειξη "V". Αυτή η πρίζα είναι κοινή για τη μέτρηση κάθε είδους τάσης. Η υποδοχή με την ένδειξη "ma" χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μικρών ρευμάτων. Η υποδοχή με την ένδειξη "10 A" χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μιας σημαντικής ποσότητας ρεύματος, η οποία μπορεί να φτάσει τα 10 αμπέρ.

Εάν μετρήσετε την τάση με το καλώδιο που έχει εισαχθεί στην πρίζα "10 A", η συσκευή θα αποτύχει ή η ασφάλεια θα καεί. Επομένως, θα πρέπει να είστε προσεκτικοί όταν εκτελείτε εργασίες μέτρησης. Τις περισσότερες φορές, σφάλματα συμβαίνουν σε περιπτώσεις όπου μετρήθηκε αρχικά η αντίσταση και, στη συνέχεια, ξεχνώντας να μεταβούν σε άλλη λειτουργία, αρχίζουν να μετρούν την τάση. Σε αυτήν την περίπτωση, μια αντίσταση που είναι υπεύθυνη για τη μέτρηση της αντίστασης καίγεται μέσα στη συσκευή.

Μετά την προετοιμασία της συσκευής, μπορείτε να ξεκινήσετε τις μετρήσεις. Εάν δεν εμφανίζεται τίποτα στην ένδειξη όταν ενεργοποιείτε το πολύμετρο, αυτό σημαίνει ότι η μπαταρία που βρίσκεται μέσα στη συσκευή έχει λήξει και χρειάζεται αντικατάσταση. Τις περισσότερες φορές, τα πολύμετρα περιέχουν "Krona", η οποία παράγει τάση 9 βολτ. Η διάρκεια ζωής του είναι περίπου ένα έτος, ανάλογα με τον κατασκευαστή. Εάν το πολύμετρο δεν έχει χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, η κορώνα μπορεί να είναι ακόμα ελαττωματική. Εάν η μπαταρία είναι καλή, το πολύμετρο πρέπει να δείχνει ένα.

Οι αισθητήρες καλωδίων πρέπει να εισάγονται στην υποδοχή ή να αγγίζονται με γυμνά καλώδια.

Η οθόνη του πολύμετρου θα εμφανίσει αμέσως την τάση δικτύου σε ψηφιακή μορφή. Σε ένα μετρητή καντράν, η βελόνα θα αποκλίνει κατά μια ορισμένη γωνία. Ο ελεγκτής δείκτη έχει πολλές βαθμολογημένες κλίμακες. Αν τα δεις προσεκτικά, όλα γίνονται ξεκάθαρα. Κάθε ζυγαριά έχει σχεδιαστεί για μια συγκεκριμένη μέτρηση: ρεύμα, τάση ή αντίσταση.

Το όριο μέτρησης στη συσκευή ορίστηκε στα 300 βολτ, επομένως πρέπει να υπολογίζετε στη δεύτερη κλίμακα, η οποία έχει όριο 3, και οι ενδείξεις της συσκευής πρέπει να πολλαπλασιαστούν επί 100. Η κλίμακα έχει τιμή διαίρεσης ίση με 0,1 βολτ, οπότε παίρνουμε το αποτέλεσμα που φαίνεται στο σχήμα, περίπου 235 βολτ. Αυτό το αποτέλεσμα είναι εντός αποδεκτών ορίων. Εάν οι ενδείξεις του μετρητή αλλάζουν συνεχώς κατά τη μέτρηση, μπορεί να υπάρχει κακή επαφή στις συνδέσεις ηλεκτρικών καλωδίων, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σπινθήρες και σφάλματα δικτύου.

Μέτρηση τάσης DC

Πηγές σταθερής τάσης είναι μπαταρίες, χαμηλής τάσης ή μπαταρίες των οποίων η τάση δεν υπερβαίνει τα 24 βολτ. Επομένως, το άγγιγμα των πόλων της μπαταρίας δεν είναι επικίνδυνο και δεν χρειάζονται ειδικά μέτρα ασφαλείας.

Για να αξιολογήσετε την απόδοση μιας μπαταρίας ή άλλης πηγής, είναι απαραίτητο να μετρήσετε την τάση στους πόλους της. Για τις μπαταρίες AA, οι πόλοι ισχύος βρίσκονται στα άκρα της θήκης. Ο θετικός πόλος σημειώνεται "+".

Το συνεχές ρεύμα μετράται με τον ίδιο τρόπο όπως το εναλλασσόμενο ρεύμα. Η μόνη διαφορά είναι στη ρύθμιση της συσκευής στην κατάλληλη λειτουργία και στην παρατήρηση της πολικότητας των ακροδεκτών.

Η τάση της μπαταρίας αναγράφεται συνήθως στη θήκη. Αλλά το αποτέλεσμα της μέτρησης δεν δείχνει ακόμη την υγεία της μπαταρίας, καθώς μετράται η ηλεκτροκινητική δύναμη της μπαταρίας. Η διάρκεια λειτουργίας της συσκευής στην οποία θα τοποθετηθεί η μπαταρία εξαρτάται από τη χωρητικότητά της.

Για να αξιολογήσετε με ακρίβεια την απόδοση της μπαταρίας, είναι απαραίτητο να μετρήσετε την τάση με ένα συνδεδεμένο φορτίο. Για μια μπαταρία ΑΑ, ένας κανονικός λαμπτήρας φακού 1,5 volt είναι κατάλληλος ως φορτίο. Εάν η τάση μειωθεί ελαφρώς όταν το φως είναι αναμμένο, δηλαδή όχι περισσότερο από 15%, επομένως, η μπαταρία είναι κατάλληλη για λειτουργία. Εάν η τάση πέσει σημαντικά περισσότερο, τότε μια τέτοια μπαταρία μπορεί να χρησιμεύσει μόνο σε ένα ρολόι τοίχου, το οποίο καταναλώνει πολύ λίγη ενέργεια.