Исследование влияния формы измеряемого напряжения на показания электронных вольтметров

ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы

Изучить принцип действия, устройство электронных вольтметров: амплитудного, среднеквадратичного и средневыпрямленного значений напряжения.

Изучить особенности измерения напряжения электронными вольтметрами переменного тока.

Получить практические навыки работы с измерительными приборами.

 

Краткий курс теории

В отличие от постоянного напряжения, переменное напряжение характеризуется несколькими параметрами, основными из которых являются амплитуда, частота, форма напряжения, скважность импульсных сигналов и т. д. Поэтому вольтметры переменного тока подразделяются по параметру, который необходимо замерить в конкретном случае. Наиболее распространёнными являются: амплитудные вольтметры (вольтметры пикового значения), вольтметры измеряющие среднеквадратичное (устаревшее наименование: действующее, эффективное) значение, вольтметры средневыпрямленного значения.

При построении вольтметров переменного тока используется преобразование переменного напряжения в постоянное, соответствующее одному из его параметров. Применяются следующие преобразователи (детекторы): амплитудные (пиковые), среднеквадратического значения и средневыпрямленного значения. Структурная схемацифрового вольтметра переменного тока приведена на рис.1.

 

Рис.1.Структурная схема цифрового вольтметра.

Амплитудноезначение напряжения U_m характеризует максимально возможное значение напряжения данной формы – максимальное отклонение от нуля (иногда называют пиковым).

Среднеквадратичное значение переменного напряжения равно значению постоянного напряжения, развивающего на активном сопротивлении такую же мощность, как и данное переменное напряжение. Для синусоидальной формы напряжения среднеквадратичное значение в раз меньше U_m, т.е.

Средневыпрямленное значение Uср. в. – среднее за время измерения Т значение модуля напряжения:

 

Шкалы большинства вольтметров, измеряющих переменные напряжения, градуируют в действующих значениях синусоидального напряжения. Поэтому для получения амплитудного значения необходимо показания прибора умножить на 1,41.

Если на схеме или в тексте указывают числовое значение переменного напряжения (тока), не оговаривая его специально, то подразумевают действующее (среднеквадратичное) значение.

 

Лабораторное задание

 

Исследовать влияние формы и частоты измеряемого напряжения на показания вольтметров.

Вспомогательные приборы

Осциллограф. Генератор синусоидального напряжения.

 

Порядок выполнения работы

Ознакомиться со структурной схемой, изображённой на передней панели установки,изучить назначение органов управления.

 

Исследование влияния формы измеряемого напряжения на показания электронных вольтметров

Исследование провести для амплитудного (пикового) вольтметра и вольтметров среднеквадратического и средневыпрямленного значений при синусоидальной, треугольной и прямоугольной форме сигналов.

1.1. Собрать схему измерений. Схема измерений, изображена на рис.2.

Рис.2. Схема измерений.

Рис.3.

1.2. Включить вольтметр в режим измерения переменных напряжений, для этого:

- переключатель S3 установить в положение «~»;

- переключатель пределов измерения S1 переключить на предел 20;

- переключатель выбора типа детектора – «АМПЛ.».

1.3. Включить функциональный генератор.

1.4. Включить осциллограф и подключить его к выходу генератора.

1.5. Подключить вход вольтметра(вход «В» и «СОМ») к источнику напряжения.

1.6. Установить на выходе функционального генератора сигнал синусоидальной формы амплитудой 5 В.Получить на экране осциллографа изображение измеряемого сигнала.

1.7. Поочередно подключить (нажатием соответствующей кнопки выбора типа детектора) все три типа детекторов:- амплитудного значения; - средневыпрямленного значения; - действующего значения.Записать в таблицу1 показания АЦП.

1.8. Установить на выходе генератора импульсный сигнал треугольной формы амплитудой 5В (равной размаху синусоидального сигнала, установленному в п.1.6.). Изменяя поочередно тип подключаемых детекторов, занести в таблицу 1 показания АЦП (повторить п.1.7.).

1.9. Установить на выходе генератора импульсный сигнал прямоугольной формы амплитудой, равной размаху осциллограммы, установленному в предыдущих пунктах. Измерить напряжение тремя вольтметрами при коэффициентах заполнения К=0.25; К=0.5; К=0.75 записать показания в соответствующие столбцы таблицы 1.

 

Рис.4.

1.10. Рассчитать значения амплитуд измеряемых сигналов и занести полученные результаты в табл.1.

Таблица 1 Результаты измерения напряжений сигналовразличной формы

Вольтметр	Показания вольтметров
Форма напряжений
Синусоидальная	Треугольная	Прямоугольная при К =
0,25	0,5	0,75
Амплитудный
Среднеквадра-тический
Средне- выпрямленный

Таблица 2 Результаты расчета амплитуд сигналовразличной формы

Вольтметр	Расчет амплитуд
Форма напряжений
Синусоидальная	Треугольная	Прямоугольная при К =
0,25	0,5	0,75
Амплитудный
Среднеквадра-тический
Средне выпрямленный

 

Таблица 3 Количественные соотношения между различными значениями ряда распространенных сигналов

Форма сигнала	Параметры сигнала
амплитуда	средневыпрямленное значение	среднеквадратическое значение	коэффициент формы	коэффициент амплитуды
		или	или		или