Избирательные (селективные) вольтметры.

 

Они применяются для измерения отдельных гармонических составляющих многочастотного сигнала, определение коэффициента гармоник для проверки индикаторов мостовых схем и т.п. Приборы избирательного действия могут быть изготовлены на различных принципах. Чаще всего применяются приборы гетеродинного типа, близкие по своему устройству к радиоприемникам. На очень низких частотах используют избирательные RC цепи.

 

 

Избирательные вольтметры характеризуются в первую очередь, диапазоном перестройки и полосой измеряемого сигнала.

Основой упрощенной схемы избирательного вольтметра является широкополосный усилитель А2 с равномерной АЧХ и частотно зависимой ООС.

При настройке RC контура в цепи ООС на частоту сигнала коэффициент передачи цепи обратной связи принимает минимальное значение в результате чего, возрастает коэффициент усиления основного тракта и напряжение U вых достигает максимума.

Большой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых частот обладает гетеродинные измерительные вольтметры.

 

Стр.схема гетеродинного вольтметра.

 

Входной сигнал частоты f_x преобразуется преобразователем частоты UZ в резонансную частоту. При плавном изменении частоты генератора в 1 можно подобрать частоту f₂-f₁=f_пр, на которую настроен полосовой фильтр Z1, и определить значение этого сигнала вольтметром. При постоянстве коэффициента преобразования показания индикаторного прибора РА1 пропорциональны сигналу данной гармонической составляющей на входе. Для перестройки в широком диапазоне частот и повышения избирательности применяют двух и более кратное преобразование частоты.

 

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

 

Диапазоном частот, в котором приходится измерять мощность, очень широк. При оценке экономичности радиоаппаратуры обычно интересуются потреблением энергии от сети 1 (50Гц) или от источников const 1.Верхняя граница частотного диапазона определяется частотой излучения лазера.

Методы и приборы, используемые для измерения мощности, зависят от частотного диапазона и величины мощности. Для 1 в наибольший интерес обычно представляет средняя (активная) мощность: ,

 

,где Р, и,,i –мгновенно значение, t -время, Т- период колебаний р=ui

При sin-x колебаниях ; ,

 

При колебаниях произвольной формы оценить можно с помощью ряда Фурье

,

где U₀, I₀ — постоянные составляющие U, 1, U_n и I_n — среднеквадратические значения напряжения тока n-й гармоники, -сдвиг фаз между U_n и I_n.При этом имеется в виду, что исследуемый объект имеет комплексное сопротивление и значение разности фаз между U_n и I_n, для каждой гармоники свое. Если исследуемый объект имеет чисто активное R,то , где U, I -среднеквадратические значения U и I

При измерении мощности импульсно-модулированных колебаний принято оценивать импульсную и среднюю мощность. В случае модуляции несущей прямоугольными импульсами импульсная мощность:

где длительность импульса

Среднее значение мощности за период повторения импульсов Т связано с импульсной мощностью соотношением

 

Импульсная мощность Р_u всегда больше средней мощности, кроме случая

=Т (при работе в непрерывном режиме без модуляции).

Кроме абсолютных единиц мощности применяются также относительные единицы. Например, в технике связи принято значение измеряемой мощности Р_x в виде уровня мощности ,где Р_э-называют абсолютным уровнем мощности, обозначаемым дБм.Т.О измеряемому уровню мощности Р_x=1мВт соответствует уровень мощности 0дБм

Если P_x>1мВт

уровень мощности выражается положительным числом, Р_x<1мВт-отрицательным

Относительные единицы мощности удобны, поскольку усиление и ослабление, вносимые радиотехническими устройствами, также оценивается в Децибелах

Изменение мощности в цепях постоянного тока

Мощность выделяемую на нагрузке можно измерить косвенным методом. Так как P=UI,то измеряют напряжение на нагрузке и ток, протекающий через нагрузку, и результаты прямых изменений перемножают. Возможны две схемы включения вольтметра PV1 b амперметра PA1

 

 

 

 

В схеме (а) ток, измеряемый амперметром I_A отличается от тока, протекающего через нагрузку на величину тока протекающего через вольтметр I_v. Если

погрешность метода измерений будет небольшой. Если это условие не выполняется и сопротивление нагрузки, соизмеримо с сопротивлением вольтметра, целесообразно применять схему (б). В ней ток вольтметра не влияет на погрешность измерения, так как амперметр вкл. Последовательно с нагрузкой и ток I_v через него не проходит. Но напряжение измеряется с систематической погрешностью так как показания вольтметра определяются не только падением U на сопротивлении нагрузки, но и падением U на амперметре. Для высокоомной нагрузки справедливо , погрешность будет незначительной.

Более просто мощность в цепях постоянного тока измеряется с помощью электродинамического ваттметра. Схемы включают:

 

 

 

 

Электродинамический стрелочный механизм имеет две обмотки. Показание ваттметра («+» или «-») зависит от направления тока в обмотках катушек. Чтобы отличить «начала» обмоток катушек от их «концов», в ватметрах «начала» обмоток обозначают * или _+. Выводы обозначенные так, называются генераторными выводами или генераторными зажимами. Ваттметр имеет две цепи: одна из них вкл. Последовательно с нагрузкой (обычно это неподвижная катушка), а другая параллельно нагрузке через первую цепь протекает ток нагрузки Ia, ко второй приложено напряжение источника. Первая цепь называется последовательной цепью ваттметра («цепь тока»), а вторая — параллельная («цепь напряжения»). Генераторный зажим токовой обмотки ваттметра всегда включается в сторону источника питания. Генераторный зажим обмотки напряжения для уменьшения методической погрешности можно включать как показано выше на рис.(а*, б*).

Так же при измерении мощности методом вольтметра-амперметра метод. Погрешность возникает из-за шунтирующего действия нагрузки сопротивлением обьотки напряжения и падением U на токовой обмотке. Сравнивая обе схемы можно заметить, что схема а* применима при сравнительно большом R_нагр, а схема б*- при относительно малом R_нагр. Значение сопротивления токовой цепи указывается на циферблате прибора.

 

Измерение мощности в цепях переменного тока

Схемы приведенные выше (*) могут применяться также схемы для измерения мощности на переменном токе. Показания ваттметра определяется соотношением P=UI cos При этом фазовый сдвиг между током, протекающим через нагрузку и напряжением на ней определяется характером нагрузки, которая может иметь активные и неактивные составляющие. Обычно ваттметры электромеханического типа используются для измерения мощности в цепях I частотой 50Гц. С увеличением частоты проявляется индуктивный характер катушек и точность показаний ваттметра уменьшается, но рабочая область частот ваттметров электродинамической системы может достигать нескольких килогерц. Существенное расширение частотного диапазона достигается в выпрямительных и термоэлектрических ваттметрах (рис.а,б). В выпрямительном ваттметре используют нелинейные свойства диодов.

 

 

 

 

В схеме выполняются следующие свойства: R₂<<R_n, R₃>>R_n. При этом падение напряжения на R₂ пропорциональная току (U₂=R₂i), а напряжение U₃ пропорционально входному напряжению U₃=mU где m-коэффициент деления делителя R₃). Ток i’ вызван суммой напряжений U₂ и U₃,а ток i’’-их разностью. Показания стрелочного прибора пропорционально постоянно составляющей разности токов i_n=i’-i’’_.

Если диоды обладают одинаковыми ВАХ i_n=au+bu², то токи i’ и i’’ определяются выражениями;

i’=а(u₂+u₃)+b(u₂+u₃)² и i’’=а(u₂-u₃)+b(u₂-u₃)² следовательно i_n=2au₃+4bu₂u₃

Заменив U₂ и U₃ их значениями имеем i_n=2amu₃+4bmui. Так как выпрямительные ваттметры строятся для , введем u=U_msin и i=I_msin . Подставив значение тока и напряжения получим:

I_n=4bmR₂U_mI_mcos +2amU_msin -2bmR₂U_mI_mcos .

Показания прибора пропорциональны const составляющей I,

=4cbmR₂U_mI_m cos =KU_mI_m cos (

С-градуированный коэффициент, -угол отклонения стрелки, к- коэффициент пропорциональности. Из формулы видно, что отклонения стрелки прибора пропорционально активной мощности.

Схема построенная на термоэлектрических преобразователях работает по тому же принципу, что и рассмотренная

 

 

Сопротивление R₁ и R₂ выбираются так чтобы токи, протекающие через подогреватели термопреобразователей EK1и EK2 с сопротивлением r, были ничтожно малыми по сравнению с током, протекающим через нагрузку. В этом случае

 

Термо ЭДС пропорциональна квадрату эффективного значения тока, протекающего через подогреватель, т.к. Термоэлектрические преобразователи включены встречно, отклонение стрелки прибора PA 1 пропорционально разности

, которая определяется соотношением

Подставляем значения токов получаем

 

 

Таким образом, показание прибора, измеряющего разность термо ЭДС, пропорциональна мощности, потребляемой нагрузкой. Термоэлектрические ваттметры работают в диапазоне частот до 1 МГц.

 

Аттенюатор — устройство для ослабления сигнала

Гетеродин — это вспомогательный генератор для преобразования частоты

 

Корреляция — статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин. При этом, изменение одной или нескольких из этих величин приводят к систематическому изменению другой или других величин.

 

Отрицательная корреляция — корреляция при которой увеличение одной переменной связано с уменьшением другой переменной, при этом коффициент корреляции может быть отрицательным.

Положительная корреляция — при которой увеличение одной переменной связано с увеличением другой переменной, причем коэффициент корреляции может быть положительным.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: