Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Раздел 2 Методы и средства измерения параметров электрических сигналов




 

Тема 2.1 Измерение напряжения и силы тока

 

Содержание программы

 

Общие сведения. Основные значения переменного напряжения: амплитудное, действующее (среднеквадратическое, эффективное), средне выпрямительное (постоянное). Формы измеряемых сигналов: синусоидальная, импульсная, несинусоидальная.

 

Методические указания

Структурная схема, узлы и элементы электромеханических приборов.

Условные обозначения, наносимые на шкалы электромеханических приборов. Классы точности. Назначение, конструкция, принцип действия, достоинства и недостатки приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и электростатической систем.

Назначение, схемы включения и область применение шунтов и добавочных резисторов.

Понятие, схемы включения, режимы работы измерительных трансформаторов.

Компенсатор постоянного тока

Классификация и маркировка аналоговых электронных вольтметров и амперметров. Структурные схемы аналоговых электронных вольтметров.

Процесс дискретизации измеряемых величин во времени, квантование по уровню амплитуд и цифровое кодирование. Структурные схемы, принцип действия и структурные схемы электронных цифровых вольтметров кодоимпульсного, времяимпульсного и частотно-импульсного типов.

Особенности измерения тока и напряжения повышенной и высокой частот.

Измерение импульсных напряжений.

 

Литература

 

[2]с.93-132

[9]с.60-104

[12] с.101-115

 

Контрольные вопросы

1Дайте определение аналоговым и измерительнымприборам.

2Изобразите и поясните общую структурную схему аналогового прибора.

3Перечислите общие узлы и элементы конструкции аналогового измерительного прибора.

4Поясните создание противодействующего момента в приборах.

5Назовите обозначения, наносимые на шкалы электроизмерительных приборов.

6Укажите назначение и применение измерительных трансформаторов.

7Укажите назначение компенсационных измерительных цепей и области их использования.

8Нарисуйте схему компенсатора постоянного тока и поясните ее работу.

9Приведите достоинства и недостатки электронных измерительных приборов.

10Дайте определение цифрового измерительного прибора.

11Нарисуйте обобщенную структурную схему цифровых измерительных приборов и поясните назначение основных узловых элементов.

12Укажите достоинства и недостатки цифровых измерительных приборов.

 

 

Лабораторная работа №1

Изучение техники измерения напряжения различными приборами

Методические указания

Измерение напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, поскольку чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических цепей и устройств.

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

- электромеханические;

- электронные аналоговые;

- цифровые.

По физическому принципу действия, положенному в основу построения и конструктивному исполнению, электромеханические приборы относятся к группе аналоговых средств измерения, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины. Аналоговый электромеханический измерительный, прибор - это, в первую очередь, показывающий прибор, т. е. прибор, допускающий отсчитывание показаний по отсчетному устройству.

Все аналоговые электромеханические приборы состоят из измерительной цепи и измерительного механизма, смотри структурную схему электромеханического прибора на рисунке 1.

Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины х в некоторую промежуточную электрическую величину у = f(х). Эта электрическая величинау, которой является ток или напряжение, непосредственно воздействует на измерительный механизм.

Измерительный механизм является преобразователем подведённой к нему электрической энергии в энергию механического перемещения подвижной части прибора относительно неподвижной.

Рисунок 1

 

Независимо от назначения аналогового электромеханического измерительного прибора, от разновидности применяемого в нем измерительного механизма, любой прибор содержит общие для всех аналоговых приборов узлы и элементы. Это - отсчётное устройство, устройство по созданию противодействующего и успокаивающего моментов, опорное устройство.

При изучении основных систем электроизмерительных приборов необходимо усвоить, как образуется вращающий момент, от каких величин он зависит; нужно отчетливо представлять, для какого рода тока применима та или иная система.

При изучении каждой системы следует отмечать величину мощности потерь, зависимость показаний от воздействия; внешних электрических и магнитных полей, точность, чувствительность системы, способность выдерживать перегрузку; по току, стоимость.

Ознакомление с устройствами и принципами работы отдельных систем электроизмерительных приборов целесообразно сопровождать изображением их эскизов. Это поможет лучше разобраться как в конструкции, так и в принципах работы приборов. Не следует запоминать выводы сложных формул, определяющих величину вращающего момента. Необходимо ориентироваться на основные величины и факторы, которые влияют на угол отклонения подвижной ' части прибора.

Изучая данную тему, учащийся может убедиться в том, что один и тот же измерительный механизм может быть использован для измерения тока, напряжения, угла сдвига фаз и т. д. Поэтому знание устройства, принципа действия и свойств измерительных механизмов различных систем дает возможность легче разобраться в области ихприменения, их достоинствах и недостатках.

Измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но неподдающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Преобразователи электрических величин предназначены для изменения или улучшения отдельных характеристик измерительных приборов:пределов измерения, чувствительности, способоврегистрации результата и др.

К измерительным преобразователям относятся добавочные сопротивления, шунты, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Включение добавочных сопротивлений или шунтов соответственно последовательно с вольтметрами или параллельно к амперметрам позволяет увеличить пределы измерения величины напряжений и токов теми же приборами.

Шунты преимущественно применяются в цепях постоянного тока, так как при переменном токе распределение токов в параллельных ветвях зависит от индуктивности и частоты, что усложняет их применение и сопряжено с погрешностями.

Компенсационные цепи предназначены для сравнения двух независимых напряжений или токов нулевым методом (методом компенсации).

Компенсационные цепи лежат в основе устройства современных цифровых вольтметров. В зависимости от вида измеряемого напряжения различают компенсаторы постоянного и переменного тока.

При освоении теоретического материала по компенсационным цепям изучите работу принципиальной схемы компенсатора постоянного тока.

Широкое использование электронных измерительных приборов в научных исследованиях и промышленном производстве значительно расширяет возможности электроизмерительной техники. К числу основных достоинств электронных приборов следует отнести их повышенную чувствительность по сравнению с аналоговыми электромеханическими приборами переменного тока, готовность к работе в широком диапазоне частот - от постоянного тока до частот ю3 МГц. Практическое отсутствие потребления мощности от исследуемого источника позволяет использовать приборы для измерений в маломощных цепях.

Аналоговый электронный измерительный прибор в общем случае представляет собой сочетание электронного преобразователя, выполненного на полупроводниковых элементах, интегральных микросхемах, и магнитоэлектрического измерителя.

Электронным вольтметром называется прибор, показания которого вызываются энергией источника питания вольтметра.

Электронные вольтметры составляют наиболее обширную подгруппу среди электронных приборов. В соответствии с назначением приборы этой группы делятся на: установки для поверки вольтметров, вольтметры постоянного, переменного и импульсного тока, фазочувствительные, селективные и универсальные вольтметры, измерители отношения и разности напряжений, преобразователи напряжений.

Особенности измерений определяют следующие технические требования к электронным вольтметрам:

- -широкие пределы измеряемых напряжений;

- -большой диапазон частот измеряемых напряжений;

- -высокое входное сопротивление;

- -малая входная емкость и индуктивность;

- -малая погрешность измерений.

В рассматриваемой теме учащиеся должны рассмотреть назначение, область применения, структурные схемы, основные узлы электронных вольтметров.

Цифровой измерительный прибор - это измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительнойинформации, показания которого представлены в цифровой форме. Под дискретным сигналом понимают прерывистый сигнал, в котором информация содержится не в интенсивности носителя сигнала (например, в значениях тока, напряжения), а в числе элементов сигнала (например, в числе импульсов тока, напряжения) в их взаимном расположении по времени или пространстве.

Преобразование дискретной величины из аналоговой (непрерывной во времени) заключается в получении через равные промежутки времени At мгновенных значении x(t1),х(t2) и т. д.,определяющих непрерывно изменяющуюся величинуx(t).

Процесс преобразования аналоговой формы сигнала в цифровую форму называется аналого-цифровым преобразованием. Этот процесс происходит в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). АЦП преобразует величину х в числовой код.

Числовым кодированием называется процесс выражения численного значения измеряемой величины в определенной системе счисления. В повседневной жизни применяется десятичная система счисления с основанием, равным 10. В этой системе любое число представляется суммой некоторого числа единиц, десятков, сотен и т. д.

Цифровые приборы характеризуются высокой точностью, быстродействием, удобством отсчета результата, автоматизацией измерений, возможностью дистанционной передачи результатов измерений и обработки их при помощи вычислительных машин. Цифровые приборы универсальны, предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного тока, частоты, фазы, сопротивлений, мощности и других электрических и неэлектрической величин.

Особое внимание нужно обратить на тот факт, что АЦП могут иметь важное самостоятельное значение, особенно в настоящее время, когда в технологические процессы производства, научные исследования, в любую отрасль хозяйствования страны все шире внедряются микропроцессорная техника, ЭВМ.

АЦП используются для связи первичных преобразователей электрических и неэлектрических величин с цифровыми вычислительными машинами, микропроцессорами и другими устройствами накопления и обработки результатов наблюдений.

Основные недостатки цифровых приборов: сложность их схем, высокая стоимость, большие габариты и меньшая надежность по сравнению со стрелочными аналоговыми приборами.

В цифровых измерительных приборах (ЦИП) используют следующие методы аналого-цифрового преобразования: кодоимпульсный, времяимпульсный, частотно-импульсный, а также их комбинации.

Так, кодоимпульсный метод состоит в последовательном сравнении измеряемой, величины с рядом дискретных значений известной величины; времяимпульсный метод преобразования заключается в преобразовании измеряемой величины во временной интервал с последующим заполнением этого интервала импульсом известной величины. Частотно импульсный метод заключается в преобразовании измеряемой величины в частоту следования импульсов, которые подсчитываются за определенный интервал времени цифровым счетчиком.

Импульсные напряжения измеряют с помощью импульсных вольтметров. Импульсные вольтметры градуируют в амплитудных значениях.

При подготовке к лабораторной работе необходимо обратить внимание на методы и средства измерения напряжений и формулы для расчета погрешностей измерений.

 

Литература

 

[2]с.107-127

[9]с.60-104

[12] с.109-115

 

Контрольные вопросы

1Зарисуйте устройство измерительного механизма магнитоэлектрической системы.

2Перечислите достоинства, недостатки и область применения приборов магнитоэлектрической системы.

3Дайте определение измерительного преобразователя.

4Укажите формулу для определения сопротивление шунта для расширения предела измерения амперметра.

5Укажите формулу для определения добавочного сопротивления для расширения предела измерения вольтметра.

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...