ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Измерение напряжения и тока на низких и высоких частотах.

I. Измерение напряжения и тока на промышленной частоте.

Измерение напряжения и тока на промышленной частоте может быть выполнено любыми вольтметрами и амперметрами, работающими на частоте 50 Гц, но только когда объект измерения мощный. Такие измерения выполняются в основном электромагнитными и электродинамическими вольтметрами и амперметрами.

Для измерения напряжения на переменной частоте применяют компенсаторы переменного тока. Чтобы уравновесить измеряемое напряжениеu_х=U_хe^jφx компенсирующим напряжениемu_к=U_кe^jφк, необходимо выполнение следующих условий: равенство напряжений U_x=U_кпо модулю; противоположность их фаз (φ_х-φ_к=180º); равенство частот; одинаковая форма измеряемого и компенсирующего напряжений. Компенсаторы переменного тока менее точны по сравнению с компенсаторами постоянного тока, так как отсутствует эталон ЭДС переменного тока.

II. Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах.

Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах осуществляется вольтметрами, работающими в указанном диапазоне частот, а также электронными осциллографами.

Осциллографы – приборы, чувствительные к напряжению, поэтому все измерения, выполняемые ими, сводятся к измерению отклонения электронного луча под действием приложенного напряжения. Для конкретного исследования сигнала необходимо правильно выбрать тип осциллографа, выполнив условие согласования, подключить осциллограф к объекту измерения, заземлить, а затем определить вид синхронизации, ее амплитуду, режим развертки, длительность, коэффициент отклонения. От правильного учета возможных искажений и погрешностей зависит точность полученных результатов измерений.

III. Измерение тока в цепях повышенной и высокой частоты.

С увеличением частоты точность измерения переменного тока электромагнитными и электродинамическими амперметрами в обычном исполнении падает. Приборы специального изготовления имеют расширенный диапазон частот (до 10 кГц) и используются для измерения токов в мощных цепях.

Рисунок 7.

В маломощных цепях повышенной и высокой частот ток измеряется выпрямительными, термоэлектрическими, электронными цифровыми амперметрами, аналоговыми и цифровыми вольтметре на резисторе с известным сопротивлением. Амперметр должен обладать минимальными значениями входных сопротивлений, индуктивностей и емкостей. С увеличением частоты в цепи измерения тока влияние емкостей возрастает, поэтому для уменьшения погрешностей от токов утечки амперметр следует включать на участке с потенциалами, наиболее близкими к потенциалу земли (рис.100, где С_1пи С_2п– емкости зажимов 1 и 2 амперметра относительно земли). Это особенно важно при измерениях на высокой частоте. При правильном включении амперметра паразитная емкость С_1пнаходится под напряжением, равным падению напряжения на амперметре, но поскольку это значение мало, то и токи утечки будут незначительны, при этом емкость С_2пзакорочена. При неправильном включении амперметра паразитные емкости С_1пи С_2пнаходятся по полным напряжениемU, поэтому даже при малых значениях С_1пи С_2птоки утечки будут значительны.

Измерение токов в цепях высокой частоты выполняется в основном термоэлектрическими амперметрами.

Термоамперметры – сочетание термопреобразователя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термопар и нагревателя. При протекании тока по нагревателю, выполненному из материала с большим удельным сопротивлением (нихром, константан и т.д.), выделяется тепло, под действием которого нагревается горячий спай термопары, а на ее холодных концах возникает термо-ЭДС.

Термо-ЭДС зависит от материала проводников термопары и пропорциональна разности температур горячего и холодного концов, т.е. пропорциональна температуре перегрева θ: Е_Т=kθ.

В среднем Е_Травно 30-40 мкВ на 1ºС перегрева. Вследствие инерции нагревателя температура перегрева не успевает следовать за изменениями подводимого тепла и определяется его средним значением:

(5)

Если холодные концы термопары замкнуть на измерительный магнитоэлектрический механизм, то по замкнутой цепи измерителя потечет ток I_И=E_T/R_И=(k₁I²)/R_И=k₂I², (6)

Где I– среднеквадратичное значение тока;R_И– сопротивление цепи измерителя, включая термопару;k₁,k₂- коэффициенты пропорциональности, зависящие соответственно от свойств термопары и данных измерительного механизма.

Так как в (6) значение измеряемого тока входит в квадрате, то прибор пригоден для измерений в цепях как постоянного, так и переменного токов. Шкала прибора градуируется в среднеквадратичных значениях тока.

а). б).

Рисунок 8.

По способу нагрева горячего спая термопары термопреобразователи делят на контактные и бесконтактные. В контактных преобразователях(рис. 8, а) горячий спай термопары приварен непосредственно к нагревателю, при этом существует гальваническая связь между измеряемой и измерительной цепями. Вбесконтактных преобразователях(рис. 8, б) горячий спай термопары отделен от нагревателя изоляцией (каплей стекла), что ухудшает условия теплопередачи, увеличивает тепловую инерцию, уменьшает чувствительность, но позволяет последовательно соединить несколько термопар, уменьшать влияние паразитных емкостей (между измеряемой и измерительной цепями).

Данный тип приборов позволяет проводить измерения переменного тока в диапазоне частот 50 Гц – 200 МГц и диапазоне токов от 100 мкА до десятков ампер. Кроме того, термоамперметры позволяют измерять постоянный и несинусоидальный токи (в последнем случае показания будут приближенно соответствовать среднеквадратичному значению тока, т.е. ).

К достоинствам термоамперметров относят то, что их показания не зависят от частоты и формы переменного тока, к недостаткам - малую перегрузочную способность (допускаются перегрузки не более, чем на 50 %), значительную мощность потребления (на 5 А примерно 1 Вт), ограниченный срок службы, невысокую точность (с изменением температуры изменяется сопротивление нагревателя, с ростом частоты – паразитные параметры).

ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Процесс определения амплитудных и временных параметров импульсных сигналов с помощью осциллографа длителен и выполняется с большой погрешностью. Более высокую точность измерения амплитуды импульса при удобной и быстрой индикации обеспечивают аналоговые и цифровые импульсные вольтметры. В связи с повышением быстродействия импульсных устройств диапазон длительности импульсов уменьшился с микросекундного до нано- и пикосекундного, одновременно уменьшилась амплитуда импульсов до значений 0,01 – 1 В, характерных для полупроводниковых приборов, микромодульных и интегральных схем.

Диапазон частот повторения импульсов простирается от одиночных импульсов (частота повторения доли герца) до сотен мегагерц. Все специализированные измерители импульсных напряжений наносекундного диапазона имеют на входе широкополосные преобразователи импульсов, которые их расширяют, сужая тем самым спектр частот. В качестве преобразователя импульсов используют чувствительные полупроводниковые диоды, у которых имеются участки вольт-амперной характеристики с наименьшим радиусом кривизны, характеризующей переход от запертого к открытому состоянию. Включенные после преобразователей импульсные вольтметры могут быть узкополосными, так как работают с уже преобразованными сигналами.

I. Измерение импульсного напряжения диодно-конденсаторным вольтметром.

Импульсный диодно-конденсаторный вольтметр работает как электронный вольтметр синусоидального напряжения и выполняется по схеме преобразователь пикового значения – усилитель постоянного тока – магнитоэлектрический измерительный прибор.

Если на вход преобразователя подать периодическую последовательность прямоугольных импульсов (рис. 9), то конденсатор С заряжается во время t_Исуществования импульса на входе, а в промежутке между импульсами Т -t_Имедленно разряжается на резистор сопротивлениемR. Если же времяt_Ибудет мало, а Т велико, то за время действия короткого импульса конденсатор не успевает полностью зарядиться, и среднее значение напряженияU_Cсрна конденсаторе за период Т повторения импульса может значительно отличаться от амплитудного (пикового) значенияU_Mизмеряемого импульса.

Рисунок 9.

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 43; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!