книга в верде после распозна (1024283), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Мощность постоянного тока измеряется также косвенно — при помощи амперметра и вольтметра, показания которых перемножаются в соответствии с формулой Р = IU. Возможны две схемы включения приборов (рис. 2.50, а, б). При измерениях следует учитывать методическую погрешность, зависящую от сопротивления вольтметра (в схеме, представленной на рис. 2.50, а) или амперметра (в схеме, представленной на рис. 2.50, б"). Действительно, в первом случае амперметр показывает не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки и вольтметра, а во втором — показания вольтметра равны не падению напряжения на нагрузке, а сумме падений напряжения на нагрузке и амперметре. Следовательно, в обоих случаях мощность, вычисленная на основании показаний амперметра и вольтметра, будет завышена. Первая схема обеспечивает малую погрешность, если RH 4Ry, вторая — если RH > R^> где Ry и RA — внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра соответственно.
Мощность переменного однофазного тока на повышенных частотах можно измерять выпрямительными ваттметрами, использующими нелинейность вольт-амперной характеристики (ВАХ) полупроводниковых диодов для перемножения мгновенных значений тока и напряжения, или термоэлектрическими, которые содержат термопреобразователи, напряжение на выходе которых также является нелинейной функцией токов, протекающих через их подогреватели. Выпрямительными и термоэлектрическими ваттметрами можно измерять мощность в диапазоне частот до 100 кГц и 1 МГц соответственно. Погрешности измерения этих приборов сравнительно велики (несколько процентов). Для изме-
Рис. 2.51
9
рения мощности на повышенных частотах (до нескольких гигагерц) применяются также ваттметры на основе эффекта Холла.
В трехфазных цепях для измерения как активной, так и реактивной мощности обычно используются двух- и трехэлементные ферродинамические ваттметры. Двухэлементные включаются в трехпроводные цепи, а трехэлементные — в четырехпроводные. Вид измеряемой мощности (активная или реактивная) зависит от схемы включения ваттметра.
Измерение частоты в электро- и радиотехнике производится в диапазоне от 0 до ГО11 Гц. На низких частотах (от 20 до 2500 Гц, но особенно в окрестности 50 и 400 Гц) используются электромеханические приборы: резонансные электромагнитные частотомеры (§ 2.6) и частотомеры на основе электромагнитных и электродинамических (ферроди-намических) логометров. Их схемы приведены на рис. 2.51. Принцип работы логометрических частотомеров основан на зависимости разности вращающих моментов, воздействующих на скрепленные между собой подвижные катушки 1 и 2 с токами 1Х и /2 > как от частоты, так и от положения катушек. Основная погрешность электромеханических аналоговых частотомеров составляет 1—2,5%. Они имеют узкие диапазоны измерения и используются в качестве щитовых приборов.
В лабораторных условиях нередко для измерения частоты используют осциллографы. Это оправдано, если к точности измерения не предъявляется жестких требований. Получение фигур Лиссажу, использование круговой развертки с модуляцией яркости, определение частоты исходя из измеренного значения периода напряжения — наиболее распространенные способы осциллографических измерений частоты.
Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот от 10 до 1 МГц. Принцип работы таких частотомеров иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 2.52. Конденсатор С при помощи электронного ключа S переключается то на заряд от батареи GB, то на разряд через магнитоэлектрический измерительный механизм РА. За время одного такого цикла через индикатор РА будет про
0
текать заряд Q = CU. Если частота переключений равна измеряемой частоте / , то средний ток, протекающий через индикатор, равен /q, = Qfx = CUfx, т. е. показание индикатора пропорционально частоте. Условием нормальной работы конденсаторного частотомера является постоянство U и С. Кроме того, необходимо, чтобы время заряда и разряда было меньше периода измеряемой частоты. Управление электронным ключом осуществляется напряжением измеряемой частоты, которое для нормальной работы схемы предварительно усиливается и приобретает форму, близкую к прямоугольной. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2—3%.
Семейство перечисленных выше аналоговых частотомеров дополняет гетеродинные частотомеры, принцип действия которых основан на сравнении измеряемой частоты с частотой перестраиваемого стабильного генератора. Сравнение осуществляется посредством гетеродини-рования напряжений сравниваемых частот.
Гетеродинирование — это процесс нелинейного взаимодействия двух напряжений, в результате которого кроме исходных частот cjj и со2 возникают комбинационные частоты \псох ± пко2 |, где пит — целые числа. В окрестности равенства частот coi и со2 появляются низкочастотные (нулевые) биения, которые удобно наблюдать на осциллографи-ческом индикаторе. Достоинствами гетеродинных частотомеров является возможность измерения очень высоких частот — до 100 ГГц с погрешностью не хуже 10"2 — 10~3 %.
Среди приборов для измерения частоты видное место занимают цифровые частотомеры.
Электронно-счетные частотомеры являются цифровыми приборами. Они основаны на счете числа периодов измеряемой частоты за некоторый, строго определенный интервал времени, т.е. используют аналого-цифровое преобразование частоты в последовательность пересчитываемых импульсов. Погрешность этих частотомеров в основном определяется нестабильностью формирования калиброванного интервала времени и погрешностью квантования. Последняя уменьшается с увеличением измеряемой частоты.
Электронно-счетные частотомеры являются наиболее точными (относительная погрешность может не превышать Ю-7 %) и обладают всеми перимуществами цифровых приборов, поэтому они нашли широкое применение. Диапазон измеряемых частот — от 10 Гц до сотен мегагерц. Чтобы расширить диапазон измерений в сторону низких частот, в некоторых частотомерах дополнительно вводится время-импульсное аналого-цифровое преобразование. Это дает возможность с большой точностью
Рис. 2.52
4-6016
0
| rs. | |
и, 1
11
Рис. 2.53
измерять период низкочастотного напряжения. Затем следует пересчет периода в частоту при помощи микропроцессорного вычислителя. Такие частотомеры имеют нижний частотный предел 0,1—0,01 Гц.
В результате применения микропроцессоров в цифровых частотомерах появилась возможность проведения многократных измерений с усреднением их результатов, исключения некоторых систематических погрешностей, проведения автоматического контроля правильности работы прибора, работы в составе измерительного комплекса по заданной программе и т.д.
Измерение угла сдвига фаз. Методы измерения угла сдвига между двумя гармоническими напряжениями зависят от частотного диапазона и требуемой точности измерения. На низких частотах наиболее употребительны электромеханические фазометры, построенные на основе электродинамических и ферродинамических логометров. Однако их показания довольно значительно зависят от частоты, поэтому такие фазометры используются в основном на промышленных частотах 50—400 Гц и имеют классы точности 0,5—2,5.
Электронные аналоговые фазометры используют принцип преобразования фазового сдвига во временной интервал. Структурная схема такого частотомера приведена на рис. 2.53, д. Напряжения их ии2, угол сдвига фаз между которыми требуется измерить, после усиления, ограничения, дифференцирования и детектирования преобразуются в коро кие импульсы и[ и и2, управляющие триггером. Напряжение с выхода 98 триггера подается на цепочку, состоящую из резистора и магнитоэлектрического прибора .РА. Показания индикатора РА пропорциональны среднему значению тока, протекающего через прибор. Но /ср = 1тух12п,
т.е. показания прибора пропорциональны углу сдвига фаз. На рис. 2.53, б приведены временные диаграммы, иллюстрирующие принцип работы электронного фазометра. Электронные аналоговые фазометры работают в диапазоне частот от десятков герц до единиц мегагерц. Их относительная погрешность составляет 1—2%.
В лабораторных условиях для измерения угла сдвига фаз можно использовать осциллограф. Метод линейной развертки применяется, если осциллограф двухлучевой. В этом случае на экране получают изображение двух кривых напряжений щ и щ, взаимное расположение которых несет искомую информацию. Метод эллипса основан на том факте, что при подаче двух синусоидальных напряжений на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины на экране наблюдается эллипс, форма и наклон которого зависят от угла сдвига фаз. Погрешность измерения этими методами довольно велика — 5—10%.
Цифровые фазометры строятся на основе аналого-цифрового преобразования фазового сдвига в интервал времени, т.е. используют время-импульсные АЦП. Они работают в широком диапазоне частот (например, фазометр Ф2-4 от 20 Гц до 10 МГц, Ф5126 от 1 до 150 МГц), имеют высокое входное сопротивление (до 1 МОм), могут работать с напряжениями от нескольких милливольт до сотен вольт. Абсолютная погрешность измерений составляет доли градусов.
2.13. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
К параметрам электрических цепей относятся сопротивление, индуктивность, взаимная индуктивность и емкость.
Сопротивление постоянному току измеряется как приборами непосредственной оценки — омметрами, так и мостами. Используются и косвенные измерения.
Омметры выполняют на основе магнитоэлектрического механизма или логометра ( § 2.2). В зависимости от схемы они предназначены для измерения либо больших (от единиц ом до десятков или сотен мегаом), либо малых (от десятитысячных долей ома до нескольких ом). Многопредельные омметры могут объединять эти две схемы в одном приборе. Логометрические омметры имеют достоинства, вытекающие из независимости его показаний от напряжения питания. Погрешность омметров рассматриваемых типов обычно лежит в диапазоне от одного до нескольких процентов, причем она неодинакова на разных участках шкалы и резко возрастает на обоих ее концах. Большие сопротивления (до 1010 — 1017 Ом) измеряются электронными мегаомметрами и
0
тераомметрами, которые обычно включают в себя операционные усилители, обеспечивающие высокое сопротивление прибора.
Одинарные мосты постоянного тока. Одинарные мосты постоянного тока, собранные по схеме, представлены на рис. 2.35, широко применяются для измерения сопротивлений средних размеров (от 1 до 1010 Ом). Встречаются также одинарные мосты, диапазон измерений которых расширен либо в сторону меньших (до 10~4 Ом), либо в сторону больших (до 1015 Ом) значений сопротивления. Конструктивно мост представляет собой стационарный или переносный прибор с набором магазинов сопротивления, соединенных в мостовую схему. Индикатором нуля обычно служит гальванометр магнитоэлектрической системы. Он может быть встроенным в прибор или наружным, так же как и батарея или блок питания.
Измеряемое сопротивление определяется по формуле '
Rx = r2r3/r4 >
поэтому погрешности в изготовлении резисторов R2, R3 и R4 вносят вклад в погрешность измерения. Значительная погрешность, особенно при малых значениях измеряемых сопротивлений, может быть обусловлена влиянием Сопротивления соединительных проводников, при помощи которых измеряемое сопротивление подключается к соответствующим зажимам.
Измерение больших сопротивлений затруднено малой чувствительностью схемы и влиянием паразитных проводимостей.
Типичные значения приведенной погрешности при измерении сопротивлений одинарным мостом составляют 0,005—1,0%. Однако при измерении больших сопротивлений погрешность может достигать 5—10%.
Двойной мост. Для измерения малых сопротивлений применяют двойной мост, схема которого приведена на рис. 2.54. Двойной мост содержит четыре резистора RI, R2, R3 и R4, гальванометр PG, образцовый резистор R0, а также источник постоянного напряжения GL, ампер метр и переменный резистор для установки рабочего тока. Резистор Rx, сопротивление которого надо измерять, подключается последовательно с образцовым сопротивлением R0. Условие равновесия двойного моста можно получить, записывая и разрешая относительно Rx уравнения Кирхгофа для замкнутых контуров при условии, что ток через гальванометр PG равен нулю:
Rx = Д0Я1/Я3 + [rl(R2 + Я4 + r)](R4/R3 - R2/Ri). (2.95)
Если выполнить соотношение
R4/R3 = R2/R, , (2.96)
то второй член в уравнении (2.95) будет равен нулю, а это означает, что г — сопротивление проводника и контактов, значение которого ме
0
Рис. 2.54
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
