3. Определение влияния формы входного сигнала на показания вольтметров переменного тока.

В электронных вольтметрах переменного тока применяют преобразователи Пр переменного напряжения в постоянное, как, например, показано на рис. 2.2, где: u_вх(t) – входное напряжение, У_ – усилитель переменного тока, ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм,  - угол отклонения измерительного механизма. Используют преобразователи амплитудного, средневыпрямленного или действующего значений переменного напряжения в постоянное. В то же время все электронные вольтметры переменного тока, не зависимо от вида преобразователя, градуируются в действующих значениях синусоидального напряжения. Это может привести к появлению дополнительных погрешностей при измерении несинусоидальных напряжений.

Электронный вольтметр GVT-417B имеет преобразователь средневыпрямленного значения. Для таких вольтметров угол  отклонения указателя пропорционален средневыпрямленному значению U_ср входного напряжения

,

где: k_V – коэффициент преобразования вольтметра, u_вх(t) – входное переменное напряжение с периодом Т.

Показания U_п вольтметра градуируются в действующих U значениях синусоидального напряжения

,

где: k_Ф = U/U_СР – коэффициент формы напряжения, для синусоидального напряжения k_Ф = 1,11. Следовательно, для другой формы напряжения (k_Ф ≠ 1,11) показания вольтметра могут значительно отличаться от его действующего значения, что приводит к появлению дополнительной погрешности результата измерений.

В таких случаях искомые напряжения при известной форме сигналов можно находить расчетным путем.

Исходя из принципа действия вольтметра и принятой градуировки можно по показаниям U_П прибора определить средневыпрямленное значение любого (в пределах АЧХ вольтметра) измеряемого напряжения

U_СР = U_П/1,11.

Действующее значение U несинусоидального напряжения может быть определено только в том случае, когда известен коэффициент k_Ф формы кривой напряжения, k_Ф= U/ U_СР (или известна форма сигнала, по которой может быть определен этот коэффициент)

U= k_Ф U_СР.

Численные значения коэффициентов формы для некоторых сигналов представлены в таблице.

Коэффициенты kФ формы для сигналов
синусоидального	прямоугольного	треугольного
21/2/41,11	1	2/31/21,15

Для экспериментальной оценки влияния формы напряжения на показания электронного вольтметра последовательно измеряют сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы при их одинаковой амплитуде.

Предварительно на синусоидальном сигнале устанавливают показания вольтметров в диапазоне 0.5 – 0.6 от верхнего предела измерений выбранной шкалы при номинальной частоте f_н=1 кГц, а затем при той же амплитуде входных сигналов измеряют вольтметром напряжения при других формах сигнала. Формы сигналов (синусоидальная , треугольная , прямоугольная) устанавливается нажатием на клавишу “Wave” на генераторе.

По показаниям U_П вольтметра определяют среднее U_СР и действующее U значения напряжений для всех форм сигналов.

Для оценки влияния формы напряжения на показания электронного вольтметра с преобразователем средневыпрямленного напряжения определяют дополнительную относительную погрешность (в процентах)

=100(U_П- U)/ U.

Результаты измерений и расчетов записывают в таблицу.

Форма сигналов	синусоидальная	прямоугольная	треугольная
UП (показания вольтметра), В
UСР (расчет), В
U (расчет), В
, %

Следует заметить, что дополнительная погрешность войдет в результат измерений, если действующие значения напряжений несинусоидальной формы определять непосредственно по показаниям вольтметра без учета формы сигнала и проведения соответствующих расчетов.

По результатам исследований сделать вывод о влиянии формы кривой напряжения на результаты его измерения электронным вольтметром.

Литература

Метрология, стандартизация и сертификация : учебник для студ. высш. учеб. заведений/[Б.Я.Авдеев, В.В.Алексеев, Е.М.Антонюк и др.]; под ред В.В.Алексеева. – М. : Издательский центр «Академия», 2007. стр. 136-140.

Работа 3. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель работы– изучение методов экспериментального определения метрологических характеристик цифровых приборов, а также их применение для измерения физических величин и оценка погрешностей результатов измерений.