Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Так как погрешность измерительных преобразователей обычно лежит в пределах 0,1 — 0,01'/о, то точность измерения переменного напряжения цифровыми вольтметрами будет ниже точности измерения постоянного напряжения. Как правило, точность измерения зависит от. частоты переменного напряжения. Указанная погрешность соответствует обычно частотному диапазону от десятков герц до десятков килогерц. Вне этих 7« 195 пределов точность измерений надает. Верхний частотный предел цифровых вольтметров обычно не превосходит 30 МГп. Цифровые мультиметры.
Включение в структурную схему цифрового вольтметра дополнительных преобразователей позволяет превратить его в универсальный измерительный прибор-мультиметр. Цифровые мультиметры измеряют постоянное и переменное напряжение, силу тока, значение сопротивления резисторов, частоту влектрических колебаний и т. д.«цри совместном использовании с осциллографом мультиметры позволяют измерять временнйе интервалы (период, длительность импульсов и т.
д.). Измерение постоянного тока 7„ и сопротивления Я„ осуществляется после их преобразования в пропорциональное постоянное напряжение. Измерение частоты при наличии универсального счетчика сводится к фиксированию числа импульсов, поступивших иа его вход за известный интервал времени Т, (см гл. 7). Временнйе интервалы измериют путем совмещения с характерными тачками осциллограммы специальных яркостных меток, создаваемых мультиметром. Затем фиксируется число импульсов, поступивших на вход счетчика за измеряемый интервал времени. Счетные нмйульсы формируют из колебания кварцевого генератора.
,Глава 10 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ й 10.1. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока Мощность измеряют в пределах от 10-«а до 10а Вт во всем частотном диапазоне от постоянного тока до миллиметровых и более коротких длин волн. При измерениях наряду с абсолютными (ватт, милливатт и т. д.) широко используют относительные (логарифмические) единицы мощности. При этом измеряемую мощность Р оценивают числом децибел, определяемым из соотношения а(дБ)=10 1одР,/Р„ (10.
1) где Ро — мощность, принимаемая за исходный уровень. Практически значение Ра выбирают равным 1 мВт или 1 Вт. В первом случае единица измерения 1 дБ.мВт, во втором — 1 дБ Вт. В зависимости от соотношения Р„и Ра значение с«может быть 'положительным или отрицательным. Знак минус означает, что Рк меньше Р,. Отметим, что относительные единицы измерения имеют ряд существенных преимушеств и применяются для оценки мощнбсти источников радиотехнических сигналов, степени их усиления или ослаблении, чувствительности приемных устройств, погрешностей измерений и т.
д. Активная Составляющая мощности однофазного переменного тока (10.2) Р=с)1 сов р, где 1)„« — среднеквадратические значения напряжения и тока; «р— фазовый сдвиг между ними. 196 Если нагрузка чисто активная (12=0), то мощность переменного тока Р=(Л=1% =С72/й . (10.3) Отметим, что при активной нагрузке электрическая энергия полностью преобразуется в теплоту и ее количество Я, выделяющееся за 1 с, пропорционально подведенной мощности: (10.4) Ц=йР„, где А — коэффициент пропорциональности.
Электрическую мощность можно измерять непосредственно с помощью приборов, называемых ваттметра ми, или косвенно путем измерения величин, входящих в приведенные соотношения. Измерители мощности промышленной частоты наряду со счетчика- ми энергии служат основой действующей системы учета потребле-- ния электрической энергии в народном хозяйстве.
Измерение мощ- ности в диапазоне звуковых и высоких частот имеет ограниченное значение, так как па частотах до нескольких десятков мегагерц, как правило, удобнее измерить напряжения и токи, а мощность определять расчетным путем. На частотах свыше 100 МГц вследст- вие волнового характера процессов значения напряжения и токов теряют однозначность и результаты измерений начинают зависеть от места включения прибора.
Вместе с тем поток мощности через любое поперечное сечение линии-передачи всегда остается неиз- менным. По этой причине основным параметром, характеризующим режим работы устройства СВЧ, становится мощность. Построение ваттметров в соответствии с формулами (10.2) и (10.3) основано на реализации операции умножения. Применение находят устройства прямого и косвенного перемножения. Примера- ми устройств прямого перемножения могут служить измерительные механизмы ваттметров электродинамической системы. Прямое перемножение можно также получить при использовании преобра- зователей Холла или специальных схем на уннполярных (полевых) транзисторах. В устройствах косвенного перемножения произведе- ние величин, входящих в формулу (10.2), осуществляют в резуль- тате использования других математических операций, таких, как сложение' (вычитанне), возведение в степень, логарифмирование, интегрирование н т. д.
В измерительной технике применяют схемы, выполненные на лвадраторах — устройствах, выходная величина которых пропор- циональна квадрату значенией, приложенного ко входу. Подобную хаРактеристику имеют термоэлектрические н выпрямительные (диодные) преобразователи, а также специальные нелинейные цепи, воспроизводящие требуемую квадратическую зависимость. На рис. 10.1 приведена структурная схема ваттметра на квадра- торах, в основе которого лежит тождество х1л2= — ((Х1+ х2) ( ~1 ~2) 1~ (10.5) 4 197 В схеме на квадраторах умножения исходных звачений заменяют их сложением, вычитанием и возведением в квадрат.
В ней кроме квадраторов используются суммирующие и вычитающие устройства, в качестве которых могут быть использованы операционные усилители. Если х,=У з1п еа г и хх=Т )т з1п (еаг — ~р), то напряжение на входе фильтра составит 40 Т )т 81п «в~ 81п (Ы вЂ” ~р). Положив тт'= = 1,0 Ом и учтя соотношение для произведения синусов двух углов, имеем 20 1 соз ~р — 20 Т соз (2се~ — ~р). Соответственно напряжение на выходе фильтра пропорционально измеряемой мощности. Рис.
10,1. Схема ваттметра иа кваираторах Существенным недостатком схем перемножения на квадраторах является необходимость полной идентичности их характеристик. Нарушение этого требования влечет за собой погрешность измерения. В практических схемах погрешность перемножения составляет несколько процентов. Более высокую точность умножения обеспечивает операция интегрирования, которую применяют в точных измерительных преобразователях активной мощности промышленной частоты.
Перемножение реализуют в два этапа. На первом этапе величину х,1Я запоминают путем ее интегрирования в пределах строго определенного малого интервала времени 1„: ~и 1 й (л1Т й~ 11 1П Г ГП 'о где й~ — коэффициент пропорциональности; 1„— постоянный интервал интегрирования; 1 — момент дискретизации перемножаемых величин. На ВтсрОМ ЭтаПЕ рЕаЛИЗуЮт дза ПрОцЕССа. ВЕЛИЧИНУ и1О ПрЕОбх Х~ разуют в пропорциональный интервал времени: т'! =й,п1'1=й,йх1„л1о, где йх — коэффициент пропорциональности. Практически эту операцию 'выполняют с помощью преобразования, аналогичного используемого в интегрирующих АЦП (см. гл.
3). Одновременно в пределах того же интервала времени Тп1 осу- Х~ 198 ществляют интегрирование второй перемножаемой величины яви>. Результат интегрирования определяет выражение с +ттв Х~ п„мх= йв ~ лт' с(г, где Ав — коэффициент пропорциональности. б "г тг Рнс. 10.2. Ивмеренне мотнноотн переменного тока: а — саасаб трех аасьтматрас; б — саасаб крах смасрмстрав Полагая, что хв1с1 в пределах Ти„постоянна, имеем где А=й~йвмвг — коэффициент пропорциональности. Таким образом, выходное напряжение пропорционально произведению входных величин. Внедрение в измерительную технику микропроцессоров позволяет осуществлять операцию умножения программным путем. При этом определение активной мощности по измеренным мгновенным значениям тока и напряжения сведется к реализации соотношения га т„,п Р=(1!У'„р) ~ п(г)1(г)ос(=(1/7"„р) ~' и 1 йг, (10.7) в=1 где Г= 1!М вЂ” частота дискретизации силы тока и напряжения; г р — период промышленной частоты. Практически частоту дискретизации выбирают в пределах не- скольких десятков килогерц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
