Основные типы приборов, измеряющих напряжение и силу тока

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И СИЛЫ ТОКА

Измерения напряжения и силы тока (в литературе и на практике принято гово­рить об измерении тока, но в принципе измеряют силу тока) в радиотехнических цепях существенно отличаются от подобных измерений в электротехнических цепях, что объясняется спецификой радиотехнических сигналов. Несмотря на ограниченное применение таких характеристик сигналов, как напряжение и сила тока, вольтметры и амперметры являются достаточно востребованными типами приборов.

Общие сведения

Измерения напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических це­пей и устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи, как правило, не приводит к нарушению электрических процес­сов в ней, поскольку входное сопротивление прибора выбирается достаточно большим. При измерениях же тока приходится размыкать исследуемую цепь и в ее разрыв последовательно включать амперметр, внутреннее сопротивле­ние которого отлично от нуля. Однако в ряде случаев необходимы или пря­мые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения на­пряжения и силы тока в этой главе рассматриваются совместно.,

Задача измерения постоянных напряжения и силы тока заключается в на­хождении их значения и полярности. Целью измерения переменных напря­жения и силы тока является определение какого-либо их параметра.

Так как напряжение и сила тока связаны, согласно закону Ома, линейной зависимостью, чаще проводят измерение напряжения и по его значению ана­литически вычисляют силу тока.

Из курса физики известно, что напряжение между точками А и Весть ска­лярная величина, определяемая выражением

где — напряженность электрического поля; — расстояние между точками.

Современные методы и средства измерений позволяют измерять напря­жения в диапазоне 10^-10... 10⁶ В и силу тока в диапазоне 10^-18... 10⁵ А. Вместе с тем данные измерения должны осуществляться в очень широкой полосе частот,— от постоянного тока до сверхвысоких частот. Такие крайние зна­чения величин требуют уникальных методов измерения.

Измерение параметров переменного напряжения — сложная метрологи­ческая задача, связанная с обеспечением требуемого частотного диапазона и учетом формы кривой измеряемого сигнала. Переменное напряжение (пере­менный ток) промышленной частоты имеет синусоидальную форму

и его мгновенное значение u(t) характеризуется несколькими основными па­раметрами: амплитудой U_m, .jкруговой частотой со и начальной фазой

Уровень переменного напряжения может быть определен по амплитуд­ному, среднему квадратическому (часто в технической литературе употреб­ляется термины «среднеквадратическое», «действующее» и «эффективное», которые соответствующим ГОСТом относятся к нерегламентируемым), сред­нему (постоянной составляющей) или средневыпрямленному значениям.

Мгновенные значения напряжения u(t) наблюдают на экране осциллогра­фа или другого индикаторного устройства и определяют в каждый момент времени (рис. 5.1).

Амплитуда (высота; устаревшее — пиковое значение) U_m — наибольшее мгновенное значение напряжения за время наблюдения или за период.

Измеряемые напряжения могут иметь различный вид, например, форму им­пульсов, гармонического или негармонических колебаний — суммы синусоиды с постоянной составляющей и т.д. (рис. 5.1, а, б, в). При разнополярных несиммет­ричных кривых формы напряжения различают два амплитудных значения (рис. 5.1, г): положительное и отрицательное .

Рис. 5.1. Иллюстрации к понятию амплитуда напряжения:

_а _ импульсы положительной полярности; 6 — синусоидальное напряжение;

в — сумма синусоиды и постоянной составляющей; г — несинусоидальное колебание

Среднее квадратическое значение напряжения определяется как корень квадратный из среднего квадрата мгновенного значения напряжения за время измерения (или за период):

Если периодический сигнал несинусоидален, то квадрат среднего квадратического значения равен сумме квадратов постоянной составляющей и средних квадратических значений гармоник:

Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения равно сред­нему арифметическому всех мгновенных значений за период:

Средневыпрямленное напряжение определяется как среднее арифметиче­ское абсолютных мгновенных значений за период:

Для напряжения одной полярности среднее и средневыпрямленное значе­ния равны. В случае разнополярных напряжений эти два значения могут су­щественно отличаться друг от друга. Так, для гармонического напряжения U_сp=0, U_cp.в=0,637U_m.

Наиболее часто измеряют среднее квадратическое значение напряжения, так как этот параметр связан с мощностью, нагревом, потерями. Однако проще измерить амплитудное или средневыпрямленное значение и произве­сти пересчет с применением коэффициентов амплитуды К_аи формы К_ф:

В частности, для синусоидальной (гармонической) формы переменного напряжения: К_а = 1,41; К_ф = 1,11.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И СИЛЫ ТОКА

Измерения напряжения и силы тока (в литературе и на практике принято гово­рить об измерении тока, но в принципе измеряют силу тока) в радиотехнических цепях существенно отличаются от подобных измерений в электротехнических цепях, что объясняется спецификой радиотехнических сигналов. Несмотря на ограниченное применение таких характеристик сигналов, как напряжение и сила тока, вольтметры и амперметры являются достаточно востребованными типами приборов.

Общие сведения

Измерения напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических це­пей и устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи, как правило, не приводит к нарушению электрических процес­сов в ней, поскольку входное сопротивление прибора выбирается достаточно большим. При измерениях же тока приходится размыкать исследуемую цепь и в ее разрыв последовательно включать амперметр, внутреннее сопротивле­ние которого отлично от нуля. Однако в ряде случаев необходимы или пря­мые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения на­пряжения и силы тока в этой главе рассматриваются совместно.,

Задача измерения постоянных напряжения и силы тока заключается в на­хождении их значения и полярности. Целью измерения переменных напря­жения и силы тока является определение какого-либо их параметра.

Так как напряжение и сила тока связаны, согласно закону Ома, линейной зависимостью, чаще проводят измерение напряжения и по его значению ана­литически вычисляют силу тока.

Из курса физики известно, что напряжение между точками А и Весть ска­лярная величина, определяемая выражением

где — напряженность электрического поля;

— расстояние между точками.

Современные методы и средства измерений позволяют измерять напря­жения в диапазоне 10^-10... 10⁶ В и силу тока в диапазоне 10^-18... 10⁵ А. Вместе с тем данные измерения должны осуществляться в очень широкой полосе частот,— от постоянного тока до сверхвысоких частот. Такие крайние зна­чения величин требуют уникальных методов измерения.

Измерение параметров переменного напряжения — сложная метрологи­ческая задача, связанная с обеспечением требуемого частотного диапазона и учетом формы кривой измеряемого сигнала. Переменное напряжение (пере­менный ток) промышленной частоты имеет синусоидальную форму

мгновенное значение u(t) характеризуется несколькими основными па­раметрами:

амплитудой U_m,

ω- круговой частотой

φ – начальной фазой

Уровень переменного напряжения может быть определен по амплитуд­ному, среднему квадратическому (часто в технической литературе употреб­ляется термины «среднеквадратическое», «действующее» и «эффективное», которые соответствующим ГОСТом относятся к нерегламентируемым), сред­нему (постоянной составляющей) или средневыпрямленному значениям.

Мгновенные значения напряжения u(t) наблюдают на экране осциллогра­фа или другого индикаторного устройства и определяют в каждый момент времени (рис. 5.1).

Амплитуда (высота; устаревшее — пиковое значение)

U_m — наибольшее мгновенное значение напряжения за время наблюдения или за период.

Измеряемые напряжения могут иметь различный вид, например, форму им­пульсов, гармонического или негармонических колебаний — суммы синусоиды с постоянной составляющей и т.д. (рис. 5.1, а, б, в). При разнополярных несиммет­ричных кривых формы напряжения различают два амплитудных значения (рис. 5.1, г): положительное и отрицательное .

Рис. 5.1. Иллюстрации к понятию амплитуда напряжения:

_а _ импульсы положительной полярности; 6 — синусоидальное напряжение;

в — сумма синусоиды и постоянной составляющей; г — несинусоидальное колебание

Среднее квадратическое значение напряжения определяется как корень квадратный из среднего квадрата мгновенного значения напряжения за время измерения (или за период):

Если периодический сигнал несинусоидален, то квадрат среднего квадратического значения равен сумме квадратов постоянной составляющей и средних квадратических значений гармоник:

Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения равно сред­нему арифметическому всех мгновенных значений за период:

Средневыпрямленное напряжение определяется как среднее арифметиче­ское абсолютных мгновенных значений за период:

Для напряжения одной полярности среднее и средневыпрямленное значе­ния равны. В случае разнополярных напряжений эти два значения могут су­щественно отличаться друг от друга. Так, для гармонического напряжения U_сp=0, U_cp.в=0,637U_m.

Наиболее часто измеряют среднее квадратическое значение напряжения, так как этот параметр связан с мощностью, нагревом, потерями. Однако проще измерить амплитудное или средневыпрямленное значение и произве­сти пересчет с применением коэффициентов амплитуды К_а и формы К_ф:

В частности, для синусоидальной (гармонической) формы переменного напряжения:

К_а = 1,41;

К_ф = 1,11.

Значения этих коэффициентов для наиболее употребляемых в радиотех­нических цепях и средствах измерения видов сигналов и соотношения между ними даны в табл. 5.1, где все величины напряжений обозначены буквой и.

Основные типы приборов, измеряющих напряжение и силу тока

Напряжение и силу тока измеряют приборами непосредственной оценки или приборами, использующими метод сравнения (компенсато­рами). По структурному построению всевозможные приборы, изме­ряющие напряжение и силу тока, условно можно разделить на три ос­новных типа:

• электромеханические;

• электронные аналоговые;

• цифровые.