Лабораторная работа № 3.4. Измерение переменного электрического напряжения

Цель работы: Получение навыков измерения переменного электрического напряжения. Ознакомление с особенностями влияния формы и частоты измеряемого напряжения на показания средств измерений.

Задание для домашней подготовки

Используя рекомендованную литературу и настоящее описание, изучите следующие вопросы:

- переменное электрическое напряжение и параметры, которые его характеризуют;

- методы измерения переменного электрического напряжения;

- причины возникновения погрешностей при измерении переменного электрического напряжения; влияние формы напряжения на результаты измерения;

- устройство и характеристики средств измерений, используемых при выполнении работы.

Пояснения к работе

При измерении переменного напряжения синусоидальной формы, как правило, определяют его среднеквадратическое (действующее) значение

(1)

где U_д, u(t) – действующее и мгновенное значения напряжения; T – период напряжения.

Для измерения действующего значения переменного напряжения используются вольтметры различных типов:

- электромагнитные (диапазон частот от 20 Гц до 1…2 кГц);

- электродинамические (диапазон частот от 20 Гц до 2…5 кГц);

- ферродинамические (диапазон частот от 20 Гц до 1…2 кГц);

- электростатические (диапазон частот от 20 Гц до 10…20 МГц);

- термоэлектрические (диапазон частот от 10 Гц до 10…100 мГц);

- электронные (диапазон частот от 20 Гц до 0,1…1 ГГц).

Иногда, особенно в случаях, когда форма переменного напряжения не синусоидальна, измеряют его средневыпрямленное или амплитудное значения.

Средневыпрямленное значение переменного напряжения U_св представляет собой среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период:

(2)

Средневыпрямленное значение может быть измерено выпрямительным электромеханическим вольтметром (диапазон частот от 20 Гц до 10…20 кГц) или электронным вольтметром (диапазон частот от 10 Гц до 10…100 МГц).

Таблица 1 – Значения коэффициентов К_ф и К_a

Для периодических колебаний произвольной формы связь между средневыпрямленным и среднеквадратическим значениями определяется соотношением:

U_д = К_ф U_св, (3.4.3)

где К_ф – коэффициент формы, значения которого для некоторых случаев приведены в табл. 1.

Амплитудное значение U_m гармонического напряжения связано с его текущим u(t) значением зависимостью

u(t) = U_m sin(ωt + φ).

Для периодических колебаний несинусоидальной формы связь между амплитудным и действующим значением сигнала описывается формулой

U_m = К_а U_д, (3)

где К_a – коэффициент амплитуды (табл. 1).

Непериодические сигналы характеризуются пиковыми значениями (максимальными из всех мгновенных значений за время наблюдения).

Амплитудные и пиковые значения могут быть измерены электронными вольтметрами пикового (амплитудного) значения (диапазон частот от 20 Гц до 10…100 МГц), а также с помощью осциллографов (диапазон частот от 0,1 Гц до 10…100 ГГц).