Компенсаторы переменного тока.




Методика измерения

Сначала устанавливают рабочий ток. Для этого переключатель П ставят в положение «а» и изменяя r1 устанавливаем нулевое показание гальванометра. При этом Ен=I*Rн. Откуда можно найти значение рабочего тока компенсатора. После установки рабочего тока переключатель П устанавливают в положение «б» и перемещением движка А, сопротивления r, добиваются отсутствия тока в гальванометре. При этом Ех=I*rx. Этот способ требует постоянства значения рабочего тока во время измерений. Это достигается определенной конструкцией регулируемого сопротивления r, на котором создается компенсирующее напряжение, оно выполняется в виде декады.

 

 

Компенсаторы переменного тока.

Принцип действия компенсаторов переменного тока заключается в том, что измеряемое ЭДС или напряжение уравновешивается известным напряжением, создаваемым I на участке сопротивлений вспомогательной цепи.

Для уравновешивания двух напряжений необходимо:

1.Равенство этих напряжений по модулю.

2.Противоположность их фаз.

3.Равенство частот.

4.Форма кривой должна быть идентичной.

Возможность выполнения первых трех условий объясняется путем выбора принципиальной схемой конденсатора и питания исследуемой цепи компенсатора от одного источника. Четвертое условие выполняется применением в качестве нуль индикатора вибрационных гальванометров, имеющих острую настройку на резонансную частоту.

Комп. пер. тока в зависимости от того, как производится уравновешивание по величине и фазе измерений и известного ЭДС и в каких координатах получается отсчет Е = разделяются:

1.Полярнокоординатные

2.Прямоугольно-координатные.

 

 

 

  Для полярно- координатных необходим фазовращатель. Схема полярно-координатных компенсаторов НИ – нуль индикатор ФР – фазорегулятор Ех - измеряемое - ФР Величина Ех опред-ся по положению указателей движков Д1 и Д2 по шкале калиброванной проволоки а – б и магазина сопротивлений б – в.Фаза компенсирующего напряжения регулируется фазорегулятором. Отсчет величины сдвига фазы производиться по углу отклонения подвижной части ФР. Необходимое значение рабочего тока устанавливается с помощью амперметра при помощи реостата r измеряемое значение напряжений представляется в полярных координатах. Ux= . Существенным недостатком этого типа компенсаторов яв-ся невысокая точность отсчета фазы (порядка 1°). Причины этого яв-ся трудность изготовления ФР с точным круговым вращающем полем. Прямоугольно-координатные компенсаторы. Калибратор имеет 2 рабочие цепи 1 и 2. Первая цепь состоит из калиброванной проволоки а – б, первичной обмотки воздушного трансформатора, амперметра и реостата. Ток I1 создает на калиброванной проволоке а – б напряжение Uаб, т.к. ток I1 устанавливается заданной величины то напряжение Uаб будет определяться сопротивлением rаб которое может быть проградуировано напряжением. Вторая рабочая цепь состоит из калиброванной проволоки в – г, вторичной обмотки воздушного трансформатора и резистора rf. При протекании по контуру 1 тока I1 в катушке трансформатора возникает агнитный поток Ф, находящийся в фазе с током I1, в следствии отсутствия потерь на гистерезис и вихревые токи (т.к. воздушный трансформатор). Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС: Е = -jwМ *I , отстающая от Ф, а следовательно и I на угол 90°. Ток I во вторичном контуре будет определяться Е и полное сопротивление контура z: I = Е /z = Е /(R +jwL ) Реактивное сопротивление контура 2 делается ничтожно малым по сравнению с активным, т.е. wL << R . Поэтому можно считать ток I совпадением по фазе с Е и, следовательно, сдвинутым на 90° по отношению к току I . Ток I в контуре 2 создает на R -U , которое при постоянстве I и частоте f=const будет так же постоянным и определяться R , поэтому шкалу R можно проградуировать в единицах напряжения, поскольку сопротивления аб и вг чисто активные, то напряжения U , U по фазе совпадут с токами, но будут сдвинуты относительно друг друга на 90°. U = U . I при неизменном значении I зависит от частоты: I =wМ* I / R , где R - полное сопротивление контура 2. Из этого уравнения следует, что изменение частоты f приведет к изменению тока I , а следовательно и к изменению градуировки шкалы сопротивления R . Во избежании этого при изменении f, необходимо изменять сопротивление R так, чтобы wМ/ R =const при всех частотах в пределах заданных значений. Для этой цели в рабочую цепь 2 включают переменное сопротивление R , которое меняется в зависимости от частоты. Главная цепь-3, состоит из источника измерения напряжения Е , нуль индикатора и участков калибровочных проволок g o и g о. При отсутствии тока геометрическая сумма этих падений напряжений равна по модулю U , но сдвинутая по отношению к нему на 180°. Величину и фазу U можно найти: U = tgj = U /U .   18. Общая теория мостовых схем. Мосты переменного тока. Устройства использующие нулевой метод называют мостами. В одну из диагоналей моста включен ИМ (б-г) в другую диагональ источник питания (а-в). Мост будет находиться в состоянии равновесия когда напряжение Uбг=0 => I=0; I1z1=I3z3 I2z2=I4z4 => I1=I2; I3=I4 (*)   (*) – указывает при каких соотношениях сопротивлений плеч моста наступает его равновесие. z1z4=z2z3 φ1+φ4=φ2+φ3 – последнее условие при каком соотношении расположения плеч в зависимости от их характера можно уравновесить схему. Мосты переменного тока. Применяются для измерения емкости, угла потерь конденсаторов, индуктивности и добротности катушек, взаимной индуктивности и частоты. Схема моста для измерения конденсатора с малыми потерями Если Сх включено в 1-е плечо то на основании равновесия моста в смежное плечо необходимо включить емкость. В остальные плечи можно включить активные сопротивления. С0 – образцовое сопротивление. r0 – магазин сопротивлений, служащий для образования в плече с С0 такого же угла сдвига м/у током и напряжением как в плече содержащим Сх.   δ – угол потерь конденсатора Для измерения емкости с большими потерями в диэлектрике применяют тот же самый мост но с параллельным включением С0 и r0.     Мосты для измерения L и Q.   Если одно из плеч моста образовано испытуемой катушкой и сопротивлением,то в смежное плечо мы должны вкл –ть образцовую L R2, R4- чисто активные сопр-ия. Если для получения равновесия оказалось необходимым вкл-ть R последовательно с Lx, то условие равновесия будет иметь вид (r+Rx+јωLx)R4=(R0+ јωL0)R2; Rx=R0*R2/R4-r; Lx=L0R2/R4 Если для получения равновесия резистор r последовательно с L0, то условие равновесия будет иметь вид: Rx=(R0+r)R2/R4; Lx=L0R2/R4       Для измерения индуктивности Lx м/но воспользоваться образцовой C. Lx=C*r2*r3   В плечо противоположное измеряемому вкл-ся образцовый конденсатор с //-но присоединенным к нему резистором.   - для обоих схем     19. Мосты постоянного тока. Мосты для измерения сопротивления на постоянном токе   Одинарными мостами постоянного тока принанято называть четырехплечие мосты с питанием от источника постоянного тока. В зависимости от погрешности включаем разные резисторы. Измерение rx производиться путем изменения одного или нескольких плеч до момента отсутствия тока в цепи Г (гальванометра). Двойной мост I1=I2; I3=I4; Ix=Iн; Определим условие равновесия моста пологая для простоты что сопротивления соединительных проводов и контактов входят в состав сопротивлений плеч. При равновесии моста ч/з гальванометр ток=0   Если выполнить условие r1r4=r2r3, то второй член выражения сократиться и получиться: Для того чтобы некоторая неточность выполнения этого условия r1r4=r2r3 не создавало заметной погрешности сопротивления r стремятся сделать как можно меньше. С этой целью r включают в виде отрезка достаточно толстого медного провода.
  20. Электронные вольтметры переменного тока (амплитудные, среднего значения, действующего значения). Электронные вольтметры переменного тока Представляют собой сочетание выпрямителя, усилителя и магнитоэлектрического ИМ. 1 – я схема используется для универсальных вольтметров переменного и постоянного тока. Предел измерений ограничивается порогом чувствительности выпрямителя и составляет 0,1, 0,2 В. При использовании выпрямителей ВЧ диодов диапазон будет от 20 до 300 МГц. Вольтметры выполненные по 2-й схеме имеют большую чувствительность и точность, но меньший раб-ий диапазон частот который ограничивается усилителем У. В – выпрямитель. УПТ – усилитель постоянного тока. В зависимости от градуирования мы можем измер-ть действ-е значении. Вольтметры средневыпрямленного значения Строятся на основе одного и двух полупроводниковых выпрямителей, в которых диоды работают на линейном участке хар-ки, поэтому выпрямители дают пост-ю составляющую тока пропорционально среднему значению измеряемого напряжения Ux. Выпрямители среднего значения используются в высокочувствительных вольтметрах с предварительным измерением сигналов (схема 2). Вольтметры действующих значений Используют выпрямитель с квадратичной ВАХ. а – коэф-т; U>0; Среднее значение тока определяется действительным значением напряжения. Шкала прибора в этом случае получается квадратич-ой с градуировкой действ-ых значений. В качестве выпрямителей используют лампы и диоды. Резистор с сопротивлением R нагревается и меняет сопротивление у транзисторов. Вольтметры амплитудного значения Такие вольтметры у которых показания соответствуют амплитуде измеряемого синусоидального напряжения или максимального его значений при искаженной форме кривой. Шкала прибора может быть отградуирована как максимальное значение так и действующее. Для измерения амплитудного значения выпрямительного устройства вольтметра вводиться элемент запоминающий значение Uмах. Чаще используют конденсатор заряженный ч/з диод. 1 – с открытым входом 2 – с закрытым входом 3 – двухполупериодный выпрямитель       1) В положительный период Uвх, диод открыт и происходит заряд конденсатора С до амплитуды Um. В отрицательный полупериод конденсатор разряжается через нагрузку R. Если сделать постоянную времени цепи разряда конденсатора значительно больше периода измеряемого напряжения, то за время отрицательной полуволны конденсатор разряжается незначительно. (if R будет больше то конденсатор будет разряжаться долго). Отпирание диода и заряд конденсатора происходит за малые значения Q. Пульсации напряжения Uc зависит от выбора сопротивлений, цепи разряда и заряда конденсатора. И должно выполняться условие   , где R – сопротивление разряда, Rд – сопротивление диода Rи – сопротивление источника. Если измеряемое напряжение имеет постоянную составляющую: , то U0 (постоянная составляющая) также через диод поступает в цепь заряда С и соответственно: ; Для того чтобы исключить постоянную составляющую используют схемы с закрытыми входами. Для уменьшения пульсации выпремленного сигнала на входе амплитудного детектора ставят R – C фильтр.     21. Импульсные вольтметры. Вольтметры постоянного тока. Импульсные вольтметры. В импульсных вольтметрах используют схемы 2-х полупериодных ПАЗ (преобразователи амплитудных значений). Для измерения амплитуды импульса со скважностью порядка используются амплитудные детекторы с открытым и закрытым входом у которых постоянная времени цепи разряда существенно увеличено. Увеличение необходимо для того, чтобы напряжение на выходе схемы менялось значительно в интервале времени м/у импульсами. При малых длительностях импульсов 10-100нс и значительных скважностях >10 погрешность за счет разряда конденсатора получается значительной. Шкалы импульсных вольтметров градуируют амплитудное значение напряжения. «+»: 1) высокая чувствительность 2) практически отсутствие потребляемой мощности от источника 3) широкий диапазон измеряемых напряжений «-»: 1) ограниченная точность , погрешность 4-6% 2) частотная погрешность при > 100Мгц; объясняется в основном влиянием электродной емкости транзисторов, диодов и т.д., а также поразитными емкостями. Вольтметры постоянного тока могут строиться по схеме прямого усиления, до величины достаточной для отклонения указателя МЭ ИМ. Однако при измерении напряжений соизмеримых со значениями дрейфа нуля У постоянного тока возникает значительная погрешность. Поэтому при измерении малых напряжений применяют усилители с преобразованием спектра. Измеряемое напряжение ч/з фильтр подается на вход модулятора, модулированный сигнал усиливается усилителем У1(переменного тока) и преобразуется в постоянное напряжение демодулятором, и ч/з согласующий усилитель У2 подается на ИМ. ГНЧ (несущей частоты) обеспечивает подачу напряжения на М и ДМ для синхронной работы.   22. Электронно-лучевой осциллограф. Структурная схема. Генератор развертки. Электронный осциллограф представляет собой универсальный измерительный прибор для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров с использованием средств отображения формы сигнала. Они имеют высокую чувствительность, обладают высоким входным сопротивлением и малой инерционностью. Доминирующее положение занимают осциллографы, в которых исследуемый процесс в виде светящейся кривой наблюдается на экране ЭЛТ.   Принцип работы: принцип отображения формы сигнала на экране ЭЛТ можно представить как: исследуемое напряжение является функцией времени, отображенной в прямоугольных координатах графической функции U=f(t). Две пары пластин ЭЛТ отклоняют луч в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения исследуемого напряжения на экране ЭЛТ необходимо чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по В. оси – пропорционально исследуемому напряжению. Для этого к ГО пластинам подводится линейно-измен-ся напряжение (ЛИН), которое заставляет луч перемещаться по горизонтали с V=const слева направо и быстро возвращаться обратно. Исследуемое напряжение подается на ВО пластины и след-но, положение пера в любой момент времени однозначно соответствует значению ис-го сигнала в этот момент. За время действия ЛИН луч вычерчивает кривую исл-го сигнала. Изображение называется осциллограммой. Генератор развертки:разверткой напряжения называют напряжение, определяющее траекторию и скорость перемещения луча ЭЛТ в отсутствии исл-го сигнала. Траекторию, описываемую лучом, принято называть разверткой. Схема развертки (Ср): Луч равномерно с постоянной скоростью должен перемещаться от левого края к правому ЭЛТ и очень быстро возвращаться в исходное состояние, что возможно при условии что напряжение на ГО пластинах изм-ся по пилообразному закону. Пилообразное напряжение, выработанное ГР должно иметь высокую линейность участка, создающего прямой ход луча, большую крутизну при обходе луча, амплитуду достаточную для отклонения луча на экране.     iR = iC так как KU очень большой и ООС очень глубокая, то можно считать, что UI=0 поскольку во время прямого хода луча U=const получим Uвх=U0 и 23. Цифровые средства измерений. Основные понятия и определения. Основные методы преобразования непрерывных измеряемых величин в коды. Классификация ЦИП. Цифровыми наз-ся СИ автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измер-й инф-ии, показания которых представляется в виде цифровой формы. ЦИУ – цифровые измерительные устройства. В ЦИУ в соответствии со значением измеряемой величины образуется код – серия условных сигналов или комбинация состояний (положений) элементов ЦИУ. Классификация ЦИУ. Основные метрологические св-ва ЦИУ опред-ся способом преобразования непрерывной величины в код, т.к. дальнейшая передача и преобразование кода практически не вносит погрешности. Поэтому основная классификация определяется по способу преобразования непрерывной велечины. 1 гр. ЦИУ последовательного счета: Признаки: значение измеряемой величины сначала преобразуются в числоимпульсный код, который затем преобразуется в другие коды, удобные для управления отчетным устройством и для выдачи кода в другие приборы. 2 гр. ЦИУ поразрядного уравновешивания: Основаны на использовании метода сравнения и вычисления 3 гр. ЦИУ считывания На основе метода считывания Классификация по: 1) измеряемой величине (вольтметры, частотомеры) 2) в зависимости от степени усреднения значений измеряемой величины 3) по режиму работы. Разделяются на:а)циклические (развертывающие) б)следящие (процесс преобразования начинается только при отклонении измеряемой величины от ранее измеренной (характер процесса преобразования зависит от значения отклонения измеряемой величины) В циклических приборах весь процесс преобразования протекает всегда независимо от значения измеряемой величины по заданной программе от начала до конца. Далее процесс повторяется. Кроме того все ЦИУ делятся по точности, быстродействию и надежности.     24. ЦИП с непосредственным преобразованием в код временных интервалов. Приборы для измерения интервала времени. Фазометры. Частотомеры. Временные интервалы tx могут быть измерены путем подсчета числа квантующихся импульсов стабил. частоты f0=1/T0 пришедших на счетчик за время tx. ГИСЧ – генератор импульсов стабилизации частоты Цикл начинается с установки в пересчет. устройство(ПУ) и триггере (Tr). При поступлении старт – импульса Tr открывается, открывается ключ К. Т.о. импульсы ГИСЧ начинают поступать на вход ПУ. После окончания tx стоп импульс возвращает триггер в исходное состоянии. Ключ К закрывается. На отсчет. устройство (ОУ) будет зафиксировано число, которое будет приблизительным временем tx/ Фазометры. Сдвиг фаз между 2-мя U-ми Ux1 и Ux2 легко преобразуется во временной интервал tx. Поэтому схема фазометра отличаются от предыдущей схемы 2-мя формирователями Ф1 и Ф2, форм-ие старт и стоп импульсы в момент перехода кривых напряжений ч/з 0 и блока выделения временных интервалов, кот. из серии импульсов выдел. только 2. То – период измерения напряжения Ux1 и Ux2   Частотомеры Прибор отличается от прибора измерения времен. интервалов наличием блока выделения временных интервалов выдающего старт и стоп импульсы ч/з интервал tx=nTx, где Тх – период измерения напряжений n=1,2,3... N=n*(Tx/To)=n*(f0/fx);  
25. ЦИП с непосредственным преобразованием в код временных интервалов. Время-импульсный вольтметр. Принцип действия его состоит в том, что измеряемое напряжение Ux предварительно преобразуется во временной интервал Тx, путем сравнения Ux с линейно изменяющимся напряжением Uk. Далее временной интервал измеряется теми же способами. Структурная схема: ГЛИН – генератор линейно изм-гося напряжения СУ – сравнивающее устройство ГИСЧ – генератор импульса счета частоты Тг – триггер К – ключ ПУ – пересчетное устройство ОУ – отсчетное устройство При запуске старт импульсом в какой-то начальный момент времени t. ГЛИН начнет вырабатывать напряжение. В момент времени t1 сработает Тг, который откроет К и запустит ГЛИН. Напряжение Uk на выходе ГЛИН начнет изменяться по линейному закону и на вход ПУ под-ся импульсы стабильной частоты. В момент времени t2 СУ стоп импульсом ч/з Тг и К прекратит подачу импульсов ПУ. Т.о. за время tx=t2-t1 в ОУ будет зафиксировано число n. Эт. интервал времени K – коэффициент характеризующий скорость изменения напряжения Uk.   26. ЦИП с непосредственным преобразованием в код частоты. Частотомер. Частотный интегрирующий вольтметр. 1. частотомер П.д. пр-ра основан на подсчете числа импульсов частотой f x за интервал времени t и ГИЗД – генератор импульсов заданной длительности ч/з Тг откроет К на время tи, за это время импульсы частотой fx сформир. Ф пойдут на вход ОУ в кол-ве N. 2. Интегрирующие вольтметры. В этом приборе измеряемое напряжение Ux предварительно преобразуется в частоту f x=KUx K - коэффициент преобразования. Затем эта частота измеряется по предыдущей схеме на ОУ будет зафиксировано число N: Показания прибора пропорциональны среднему значению Ux.     27. ЦИП с непосредственным преобразованием в код напряжения постоянного тока. Циклический вольтметр В этом приборе измеряемое напряжение UX в начале преобразуется в число-импульсный код путем сравнения UX с известным напряжением Uk возрастающим во времени скачками. Рисунок ГЛСН- генератор линейно-ступенчатого напряжения ГИ. При подаче стартового импульса ТГ опрокидывается, изменеяет состояние и своим выходным сигналом открывает ключ К. Импульсы от Ги начинают проходить через К на вход ГЛСН, выраб-го Uk и на ПУ. Напряжение Uk нв выходе ГЛСн начинает возрастать по линейно-ступенчатому закону. При Uх=Uk с определенной погрешностью СУ выдает стон-импульс, возвращающий ТГ в исходное состояние. ТГ закрывает К и тем самым прекращает поступление импульсов на вход ГЛСН и ПУ. На ОУ будет зафиксировано число N, пропорциональное измеряемому напряжению.
 
 

 

 




Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2025 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-07 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: