22148

Методы измерения параметров электрических цепей: постоянного и переменного тока, напряжения

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ВВЕДЕНИЕ 3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.4 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА 5 I. 6 ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 13 I.

Русский

2013-08-04

199 KB

146 чел.

Методы измерения параметров электрических цепей:

постоянного и переменного тока, напряжения

                                    СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                     Стр.

ВВЕДЕНИЕ--------------------------------------------------------------------------- 3       

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.----------------------------------------------------------4

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ                ПОСТОЯННОГО ТОКА  ------------------------------------------------------------- 5

I.Метод непосредственной оценки.                                                          5

II. Методы сравнения.                                                                                6

ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА ---------------------------------------13

I. Метод непосредственной оценки                                                         13 

II. Косвенное измерение тока                                                                  13

III. Измерение малых токов                                                                     14

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА  НА НИЗКИХ                                             И ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ------------------------------------------------------------16

  1.  Измерение напряжения и тока на промышленной частоте      16
  2.  Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах  16         
  3.  Измерение тока в цепях повышенной и высокой частоты       17

ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ -----------------------------21

  1.  Измерение импульсного напряжения   диодно-конденсаторным вольтметром                                                                                      21  

II. Измерение напряжения одиночных импульсов                                22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ-----------------------------------------------------------------------25

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ------------------------------------------------------26

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ-----------------------------------------------------------27

 

                                             ВВЕДЕНИЕ

Технологический процесс современных предприятий осуществляется с помощью многочисленных электродвигателей, электропечей, электросварочных аппаратов, различного рода высокочастотных установок для закалки, термической обработки деталей, для получения специальных сплавов. Развитие науки и техники позволило убрать с наиболее ответственных и сложных участков людей, заменив их роботами. Нормальная работа такого предприятия, не говоря о работе электросетей и электростанций, невозможна без применения большого числа разнообразных электроизмерительных приборов. Зачастую технологический процесс управляется только по показаниям приборов, в том числе и с помощью систем автоматического управления. Научно – технический прогресс привел не только к облегчению участи человека на производстве, но и возложил большую ответственность на измерительные приборы.

Контроль технологических процессов в различных отраслях промышленности, контроль качества материалов и готовых изделий производится путем измерения неэлектрических величин, но осуществляются они в основном при помощи электроизмерительных приборов. Таким образом, измерение электрических величин в наше время является одной из важнейших составляющих производственного процесса. Электроизмерительные приборы используются в машиностроении, топливной промышленности, медицине и во всех остальных отраслях народного хозяйства.

Данная курсовая работа излагает поверхностное рассмотрение некоторых методов измерения параметров электрического тока и предназначена для первичного ознакомления со способами измерения электрических величин.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

Измерение тока и напряжения осуществляется в цепях постоянного, переменного токов широкого диапазона частот и импульсных.

Наиболее высокую точность измерений получают в цепях постоянного тока. При измерениях в цепях переменного тока точность измерений снижается с повышением частоты; здесь кроме оценки среднеквадратичного, средневыпрямленного, среднего и максимального значений требуется наблюдение формы исследуемого сигнала и знание мгновенных значений тока и напряжения.

Измерители тока и напряжения независимо от их назначения должны при включении не нарушать режима работы цепи измеряемого объекта; обеспечивать малую погрешность измерений, исключив при этом влияние внешних факторов на работу прибора, высокую чувствительность измерения на оптимальном пределе, быструю готовность к работе и высокую надежность.

Выбор приборов, выполняющих измерения тока и напряжения, определяется совокупностью многих факторов, важнейшие из которых: род измеряемого тока, примерный диапазон; форма кривой измеряемого тока (напряжения); мощность цепи, в которой осуществляется измерение; мощность потребления прибора; возможная погрешность измерения.

Если необходимая точность измерения, допустимая мощность потребления и другие требования могут быть обеспечены амперметрами и вольтметрами электромеханической группы, то следует предпочесть этот простой метод непосредственного отсчета. В маломощных цепях постоянного и переменного токов для измерения напряжения и тока обычно пользуются цифровыми и аналоговыми электронными вольтметрами. Если необходимо измерить напряжения с более высокой точностью, следует использовать приборы, действие которых основано на методах сравнения, в частности, на методе противопоставления.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

I.Метод непосредственной оценки.

При использовании метода непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. При измерении напряжения на нагрузке R в цепи с источником энергии, ЭДС которого Е и внутреннее сопротивление R0, вольтметр включают параллельно нагрузке (рис. 1).

   

                                     Рисунок 1.

Для уменьшения методической погрешности измерения напряжения мощность потребления вольтметра должна быть мала, а его внутреннее сопротивление велико (R0→  ∞).

Измерение напряжения в цепях постоянного тока может быть выполнено любым измерителем напряжения, работающем на постоянном токе (магнитоэлектрическим, электродинамическим, электростатическим, электромагнитным, аналоговым или цифровым электронным вольтметром). Выбор измерителя напряжения обусловлен мощностью измерения и необходимой точностью. Диапазон измеряемых напряжений лежит в пределах от микровольт до десятка киловольт. Если объект измерения мощный, используются электромеханические вольтметры и мощность потребления ими не учитывается, если же объект измерения маломощный, то мощность потребления должна быть учтена, либо используются   электронные вольтметры.

II. Методы сравнения.

Компенсационный метод (метод противопоставления) измерения заключается в уравновешивании, осуществляемом включением на индикатор равновесия либо двух электрически не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод используют для непосредственного сравнения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектрических величин, преобразуемых в электрические.

Применяют следующие схемы компенсации:

  •  Компенсации напряжений или ЭДС(рисунок 2);
  •  Компенсации токов (рисунок 3).

 

                                        Рисунок 2.

Схема, показанная на рисунке 2, наиболее распространена. В ней измеряемое напряжение UX компенсируется равным, но противоположным по знаку известным напряжением UK. Падение напряжения UK создается током I на изменяемом по значению компенсирующем образцовом сопротивлении RK. Изменение RK происходит до тех пор, пока UK не будет равно UX. Момент компенсации тока определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектрического гальванометра G; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.

                                            Рисунок 3.

Компенсационный метод измерения обеспечивает высокую точность измерения.

Устройства, служащие для выполнения измерений компенсационным методом, называют потенциометрами или компенсаторами. В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходимой точности измерений ток I в рабочей цепи определяют не амперметром непосредственной оценки, а компенсационным методом с помощью эталона ЭДС нормального элемента. Нормальные элементы обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при температуре 20ºС, внутреннее сопротивление 500 - 1000 Ом, ток перегрузки 1 мкА. С изменением температуры окружающей среды значение ЭДС уменьшается по следующему закону:

Еt=Е20-0,00004(t-20)-0,000001(t-20)2,                                                       (1)

где Et-ЭДС при температуре t, E20-ЭДС при 20ºС.

Схема компенсатора представлена на рисунке 4. Она содержит источник вспомогательной ЭДС Евсп для питания рабочей цепи, в которую включают регулировочное сопротивление Rp, компенсирующее RK и образцовое RH сопротивления. К зажимам НЭ подключают нормальный элемент, ЭДС которого ЕНЭ, к зажимам Х – искомую ЭДС ЕХ. В качестве индикатора равновесия используют высокочувствительный гальванометр G.

                                                 Рисунок 4.

При работе с компенсатором выполняют две операции:

  1.  устанавливают ток I в рабочей цепи компенсатора с помощью источника вспомогательной ЭДС Евсп (положение 1 выключателя В).
  2.  измеряют искомую ЭДС ЕХ (положение 2 выключателя В).

Для установки рабочего тока предварительно определяют температуру окружающей среды, затем по (1) вычисляют точное значение ЭДС нормального элемента для данной температуры. Далее устанавливают образцовое сопротивление RH, значение которого выбирают в зависимости от значений тока в рабочей цепи и ЭДС при температуре t (сопротивление RH состоит из катушки с постоянным значением сопротивления и последовательно соединенной с ней температурной декадой). Затем переключатель В ставят в положение 1 и ЭДС нормального элемента противопоставляют падению напряжения на RH, которое регулируется с помощью изменяющего значение тока I в рабочей цепи резистором Rp. Момент компенсации соответствует нулевому отклонению гальванометра G, т.е. EНЭ=IRH.

После установления рабочего токи I для измерения ЕХ переключатель В ставят в положение 2 и регулировкой образцового компенсирующего сопротивления RK вновь доводят до нуля ток в цепи гальванометра G. Тогда   

      E=IR'K=EНЭR'K/RH,                                                                      (2)

Где I - значение тока, установленное при положении 1 переключателя В;

R'K – значение образцового компенсирующего сопротивления, при котором имеет место состояние равновесия.

Сопротивление RK выполняют по специальным схемам, которые обеспечивают постоянное сопротивление между точками 3,4 и переменное сопротивление между точками 3, Д, а также необходимое число знаков и точность отсчета.

В зависимости от значения сопротивления рабочей цепи различают  компенсаторы  постоянного тока большого сопротивления (высокоомные 10-40 кОм, ток рабочей цепи 10-3-10-4 А, порядок измеряемого напряжения 1 - 2,5 В, погрешность измерения 0,02% от измеряемой величины) и малого сопротивления (низкоомные 10-1000 Ом; ток рабочей цепи 10-1-10-3 А, порядок измеряемого напряжения до 100 мВ, погрешность измерения 0,5% от измеряемого значения).

Схемные решения и конструкции компенсаторов постоянного тока могут быть различны.

При измерении ЭДС источников с большим внутренним сопротивлением или напряжений, действующих в высокоомных цепях, входное сопротивление магнитоэлектрических и электронных вольтметров может быть недостаточно большим, поэтому  целесообразно использовать дифференциальный или компенсационный метод.

Дифференциальный метод основан на измерении разности между измеряемым и образцовым напряжением при их неполной компенсации. Схема измерения представлена на рисунке 5. Высокоомный вольтметр V1 c чувствительным пределом служит для измерения разностного напряжения между измеряемым UX и образцовым UK напряжениями. Магнитоэлектрический аналоговый или цифровой вольтметр V2 используется для измерения образцового напряжения  UK. Рекомендуется при UK=0 измерить вольтметром V1 ориентировочное значение UX, а уже затем установить по вольтметру V2 удобное для отсчета напряжение UK. Измеряемое напряжение UХ при указанной полярности вольтметра V1  определяется как  UХ=UKU.

                                        Рисунок 5.

Дифференциальный метод обеспечивает высокую точность измерения напряжения. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью вольтметра, измеряющего UK.

Входное сопротивление цепи

RВХ= UX/I=(UK+ΔU)/( ΔU/Rv1)=Rv1(UK/ΔU+1)                                        (3)

и намного превышает входное сопротивление Rv1 вольтметра V1.

Гальванометрические компенсаторы служат для измерения малых постоянных напряжений (порядка 10-8 В). Основными элементами гальванометрического компенсатора (рисунок 6) являются: измерительный механизм магнитоэлектрического зеркального гальванометра G, образцовый

резистор обратной связи RK, фоторезисторы ФR1 и ФR2, источники

                                                     Рисунок 6.

постоянного напряжения с Е12, магнитоэлектрический микроамперметр. На зеркальце гальванометра G направлен луч света от прожектора Пр. При отсутствии напряжения UХ луч света, отраженный от зеркала, одинаково освещает фотосопротивления,  в результате ток IK=0. при подаче на вход измерителя напряжения UХ в цепи гальванометра G появляется ток IГ, подвижная часть гальванометра поворачивается на некоторый угол и происходит перераспределение освещенности фоторезисторов и изменение их сопротивлений. Согласно схеме включения фоторезисторов и полярности UХ сопротивление фоторезистора  ФR1 уменьшится, а ФR2 увеличится. Через резистор RK потечет ток IK, создавая на RK компенсирующее напряжение UK, почти равное измеряемому напряжению UХ. Значение тока IK автоматически изменяется в зависимости от изменения измеряемого напряжения UХ, но всегда так, что выполняется условие UХUК, обеспечиваемое за счет небольших изменений тока IГ в цепи гальванометра:

IГ=(UХ-UК)/(RГ+RK)=ΔU/(RГ+RK).                                                          (4)

Чем чувствительнее гальванометр, тем при меньших изменениях IГ произойдет соответствующее изменение тока IК, нужное для выполнения условия  UХUК.

Повышение чувствительности достигается благодаря применению специальной конструкции гальванометра, что обеспечивает при токах порядка 10-10-10-14 А максимальный угол поворота подвижной части.

Значение компенсирующего тока IК зависит от значений Е12, относительного изменения фотосопротивлений и может достигать нескольких десятков микроампер.

Гальванический компенсатор имеет высокую чувствительность при высоком входном сопротивлении.

ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 

Диапазон значений постоянных токов, с измерением которых приходится встречаться  в  различных областях  техники,  чрезвычайно велик (от токов 10-7А до десятков и сотен тысяч ампер). Поэтому методы и средства измерения их различны.

Измерение постоянного тока может быть выполнено любым измерителем постоянного тока: магнитоэлектрическими, электродинамическими, аналоговыми и цифровыми электронными амперметрами. При необходимости измерения весьма малых токов, значительно меньших полного отклонения IИ магнитоэлектрического измерителя, последний применяют совместно с усилителем постоянного тока. Усиления тока можно добиться при включении биполярных транзисторов по схеме с общим эмиттером, которая обеспечивает малое входное сопротивление усилителя.

I. Метод непосредственной оценки.

Амперметр включается последовательно в разрыв исследуемой цепи.

Последовательное включение амперметра с внутренним сопротивлением RA в цепь с источником ЭДС Е и сопротивлением R (сопротивление нагрузки и источника) приводит к возрастанию общего сопротивления и уменьшению протекающего в цепи тока.

Токи 10-9-10-6 А можно измерить непосредственно с помощью высокочувствительных магнитоэлектрических зеркальных гальванометров и гальванических компенсаторов.

II. Косвенное измерение тока.

Кроме прямого измерения токов амперметрами возможно косвенное измерение токов с помощью образцовых резисторов, включаемых в разрыв цепи, и высокочувствительных измерителей напряжения. Измеряемый ток определяется IX=U0/R0, где U0 –падение напряжения на образцовом резисторе R0, измеренное вольтметром, компенсатором постоянного тока.

Для получения минимальных погрешностей измерения сопротивления  резистора R0 должно быть много меньше сопротивления цепи, в которой измеряется ток.

III. Измерение малых токов.

Предельная чувствительность любого измерителя тока зависит от тока тепловых шумов, который тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление измерителя. Для снижения этого тока до уровня 10-17-10-16 А в полосе частот от 0 до 0,1 Гц необходимо применять приборы с внутренним сопротивлением не менее 1011-1012 Ом, поэтому магнитоэлектрические гальванометры, гальванометрические компенсаторы, усилители на биполярных транзисторах, относящиеся к сравнительно низкоомным устройствам, не могут использоваться для измерения токов менее 10-10-10-9А.  

Для измерения малых постоянных и медленно меняющихся токов применяют пассивные преобразователи тока в напряжение в сочетании с чувствительным измерителем напряжения, имеющим очень высокое входное сопротивление (до 1014-1016 Ом) и  малый уровень шумов. Максимально должны быть уменьшены также паразитные токи. К пассивным преобразователям относят резистивные, емкостные, логарифмирующие преобразователи.

В резистивных преобразователях тока в напряжение применяют высокоомные резисторы, значение сопротивления которых зависит от протекающего через резистор тока, и изменяется во времени под влиянием температуры, влажности и т.п. Номинальные значения выпускаемых высокоомных резисторов до 1012 Ом значительно зависят от приложенного напряжения, температурный коэффициент до 0,25%/ºК и временной дрейф до нескольких процентов в год.

В емкостных преобразователях тока в напряжение применяют  конденсаторы с высококачественной изоляцией или специальные воздушные конденсаторы. Погрешность преобразования определяется погрешностью измерения емкости конденсатора и изменением емкости в процессе накопления заряда под влиянием медленной поляризации диэлектрика, поэтому емкость конденсатора зависит от частоты измеряемого тока. Для конденсатора характерны те же источники помех по току и напряжению, что и для резистора. Шунтирующее сопротивление конденсатора достигает 1015-1016 Ом.

В логарифмирующих преобразователях тока в напряжение используются элементы с естественной нелинейностью, такие как полупроводниковые диоды, транзисторы, электровакуумные диоды, многоэлектродные лампы. Сопротивление логарифмирующего элемента под действием измеряемого тока изменяется таким образом, что абсолютные приращения напряжения при одинаковых относительных изменениях тока остаются неизменными.

Вольт-амперную характеристику логарифмирующего элемента целесообразно представлять в виде полинома первой степени с логарифмическим аргументом и остаточным членом, т.е. в виде

U = a0 + a1lgI + ΔU(I),

Где U – выходное напряжение; I – входной ток; a0, a1 – соответственно смещение и крутизна логарифмической характеристики; ΔU(I) – остаточный член, учитывающий отклонение вольт-амперной характеристики от логарифмической зависимости.

Диапазон токов, в котором отклонение от логарифмической зависимости не превышает определенного значения, принято называть динамическим диапазоном логарифмической характеристики логарифмирующего элемента. Погрешность преобразования тока в напряжение с помощью логарифмирующего элемента зависит от факторов, вызывающих отклонение вольт-амперной характеристики от номинальной логарифмической зависимости (). 

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА                                                                                              НА НИЗКИХ  И ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ.

  1.  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 напряжение uх=Uхex компенсирующим напряжением uк=Uкeк, необходимо выполнение следующих условий: равенство напряжений Ux=Uк по модулю; противоположность их фаз (φхк=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 С1п и С2п – емкости зажимов 1 и 2 амперметра относительно земли). Это особенно важно при измерениях на высокой частоте. При правильном включении  амперметра паразитная емкость С1п находится под напряжением, равным падению напряжения на амперметре, но поскольку это значение мало, то и токи утечки будут незначительны, при этом емкость С2п закорочена. При неправильном включении амперметра паразитные емкости С1п и С2п находятся по полным напряжением U, поэтому даже при малых значениях С1п и С2п токи 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: ЕТ=kθ.

В среднем ЕТ равно 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                  IИ=ET/RИ=(k1I2)/RИ=k2I2,                         (6)

Где I – среднеквадратичное значение тока;  RИ – 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. В   бесконтактных 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.

  1.  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 tИ существования импульса на входе, а в промежутке между импульсами Т - tИ медленно разряжается на резистор сопротивлением R. Если же время tИ будет мало, а Т велико, то за время действия короткого импульса конденсатор не успевает полностью зарядиться, и среднее значение напряжения UCср на конденсаторе за период Т повторения импульса может значительно отличаться от амплитудного (пикового) значения UM измеряемого импульса.

                                            Рисунок 9.

II. Измерение напряжения одиночных импульсов.

Одиночные импульсы длительностью от сотых долей микросекунды до нескольких миллисекунд встречаются в технике лазерной, полупроводниковой плазмы и т.д. При измерении одиночного импульса энергия, необходимая для измерения, поступает в измерительную систему лишь в течение существования импульса. Поэтому измерительная система должна «успевать» регистрировать напряжение импульса во время его действия, т.е. либо быть безынерционной, либо запасать необходимую информацию о напряжении импульса за время его действия. Для этой цели могут быть использованы специальные осциллографы с фоторегистрацией или запоминанием однократных процессов.

Измерить амплитуду одиночных импульсов можно также с помощью аналоговых вольтметров, принцип действия которых основан на преобразовании одиночного импульсного напряжения в квазипостоянное напряжение или интервал времени. Уменьшение амплитуды и длительности измеряемых импульсов, отсутствие предварительной информации о их полярности и значении амплитуды усложняют схему преобразования и требуют построения автоматических входных устройств.

а).                    

б).

в).

                                             Рисунок 10

Преобразователь амплитуды (П, рис. 10,б) запоминает (расширяет) сигнал на уровне, близком к его пиковому значению UM. Накопительный конденсатор преобразователя быстро заряжается через прямое сопротивление диода во время действия на входе импульса. После окончания действия импульса диод запирается и накопительный конденсатор медленно разряжается на измерительный прибор (ИП, рис. 10,б) с большим входным сопротивлением (постоянная времени разряда много больше постоянной времени заряда). Входное сопротивление прибора должно быть велико, поэтому используют измеритель постоянного напряжения с высокоомным входом – электростатический вольтметр (1014 Ом и выше), ламповый электрометр и др.  Временные диаграммы, поясняющие принцип работы, показаны на рис. 10,в, где uвх(t) и uвых(t) – напряжения исследуемого импульса соответственно на входе и на выходе преобразователя; tи – длительность исследуемого импульса; tзп.и – время запоминания импульса; ΔUзп.и – абсолютная погрешность запоминания импульса; ΔUз – абсолютная погрешность из-за недозаряда; Uм.вых – максимальное напряжение на выходе преобразования после окончания импульса.

К основным характеристикам преобразования относят: относительную погрешность при заряде, равную ΔUз/Uм; относительную погрешность запоминания, равную ΔUзп.и/ Uм.вых; минимальную длительность преобразуемого импульса; время запоминания  tзп.и, в течение которого погрешность запоминания не превосходит заданную; коэффициент расширения  tзп.и/tи.мин.

Погрешность преобразования определяется непостоянством коэффициента амплитудно-временного преобразования и интервала преобразования, амплитудной погрешностью параметров преобразуемого сигнала и т.д.

                                       ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электрические измерения являются главным источником получения информации в промышленности и других отраслях народного хозяйства; они используются во многих научных экспериментах, в медицине, и чем больше электричество проникает в повседневную жизнь людей, тем больше необходимо проводить измерений.

Существует большое количество методов измерения параметров электрического тока, поэтому правильность выбора метода измерения очень важна. Это связано с тем, что каждый метод имеет свои достоинства и недостатки, и соответственно может удовлетворять  тем или иным требованиям. Так, нет необходимости для получения очень высокой точности в терморегуляторе утюга, но в то же время при разработке измерительных цепей для АЭС или для военных объектов зачастую стоимость, важная при разработке бытовых приборов, отходит на второй план, уступая по важности точности и надежности. В авиакосмической промышленности могут использоваться измерительные цепи с высокой точностью, но малым сроком службы (в отделяемых ступенях ракет), но в основном требования к электроизмерительным приборам в авиации очень высоки, что заставляет конструкторов выбирать наиболее подходящие из множества методов измерения.

Данная курсовая работа не претендует на полноту изучения методов измерения параметров электрического тока. Она может использоваться как ознакомительный материал для получения общего представления о наиболее типичных методах измерения, используемых на практике.

         КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

  1.  Каким образом можно измерить амплитуду одиночных импульсов?
  2.  Какие типы термопреобразователей вы знаете? Какие достоинства и недостатки у термоамперметров и с чем они связаны?
  3.  Какие схемы используются для измерения малых токов?
  4.  Каков принцип действия компенсационной схемы?

                          СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

  1.  Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. Учебное пособие. – М: Высшая школа, 1982 г. 223 с., ил.
  2.  Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: методы измерений : Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1987. – 320 с., ил.
  3.  Вострокнутов Н.Г. Электрические измерения. - М: Высшая школа, 1966 г, -275 с., ил.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60728. Пользовательский интерфейс графического редактора 339 KB
  Цель: дать учащимся понятие о пользовательском интерфейс графического редактора аdobe PhotoShop. Закрепить на практике умения учащихся использовать графический редактор аdobe PhotoShop.
60729. Сканирование изображений 3.05 MB
  Задачи: Актуализировать знания учащихся о компьютерной графике. Закрепить на практике умения учащихся использовать графический редактор Paint. Развивать творческое мышление через задания творческого характера.
60730. Форматы изображений растровой графики 182.5 KB
  Сохраните рисунок в другом формате воспользовавшись командой Файл Сохранить как в папке Эксперимент Имя файла: урок 1; Тип файла: 24-разрядный рисунок. Откройте первый рисунок Файл Открыть в папке Эксперимент Имя файла: урок 1...
60731. Компьютерная графика. Виды графических изображений 8.23 MB
  Цель: дать понятие компьютерной графике и видам графических изображений. Задачи: Актуализировать знания учащихся о компьютерной графике. Закрепить на практике умения учащихся различать виды графических изображений.
60732. Этапы решения задач с помощью компьютера 237 KB
  Построив модель задачи и исследовав ее можно найти оптимальное решение. 2 Этап: информационную модель процесса После постановки задачи построить информационную модель процесса выбора подарка а такая модель предполагает три составляющих...
60733. СТЫД И СОВЕСТЬ 42 KB
  Более того многие подростки отмечают что совесть мешает жить по законам современного общества. А между тем по русской православной традиции к 12-13 годам человек должен обладать достаточно зрелой совестью ведь с 7 лет ребенок допускается...
60735. Компьютерная графика. Графический редактор Paint 90 KB
  Цель урока: формирование практических навыков работы в среде графического редактора Pint с использованием ЭОР. Тип урока объяснение нового материала и закрепление практических навыков.
60736. Построение графиков функций 3.91 MB
  Задачи: сформировать у учащихся представления о построение диаграмм в среде Microsoft Excel, актуализировать и углубить знания о возможностях Microsoft Excel.