3. Зависимость показаний вольтметра от формы напряжения

Многочисленные электронные вольтметры, выпускаемые промышленностью, содержат преобразователи разных типов: пиковые, квадратичные, средневыпрямленного значения. Шкалы электронных вольтметров градуируют в значениях различных параметрові напряжения, причем далеко не всегда в значениях того парамет­ра, который соответствует типу преобразователя. Например, пре­образователь может быть пиковым, а шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Поэтому при подключении нескольких вольтметров к одному ис­точнику отсчеты могут быть неодинаковыми.

Пользователь, измеряющий напряжение, должен уметь пра­вильно определять результат измерений по показанию прибора. Решая эту задачу, опираются на градуировочную характеристику вольтметра, устанавливающую соотношение между показанием прибора А_п и значением определенного параметра А напряжения, подводимого к входу прибора:

(5.14)

где с — градуировочный коэффициент, зависящий от типа преобразователя и измеряемого параметра, обеспечивающий получение прямого отсчета при измерении данного параметра.

Для большей наглядности удобно представить формулу, опре­деляющую градуировочный коэффициент, в виде

(5.15)

Из этой формулы видно, что если шкала вольтметра програду­ирована в значениях параметра, соответствующего типу преобра­зователя, то градуировочный коэффициент c= 1. Так, с=1, когда либо преобразователь пиковый и шкала проградуирована в пико­вых значениях напряжения, либо преобразователь квадратичный и на шкале нанесены среднеквадратические значения, либо преоб­разователь средневыпрямленного значения и шкала градуирована в средневыпрямленных значениях. У таких приборов градуировоч­ная характеристика не зависит от формы напряжения, посредством которого производилась операция градуировки шкалы.

Найдем градуировочные коэффициенты для случаев, когда нет соответствия между типом преобразователя и значениями пара­метра, нанесенными на шкалу вольтметра.

1. Преобразователь пиковый, шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения (в та­ких ситуациях обязательно следует указать форму напряжения, по которому градуировалась шкала прибора). Тогда согласно (5.15)

Шкалы подавляющего большинства стрелочных электронных вольтметров переменного тока градуируют в среднеквадратичес­ких значениях синусоидального напряжения. Это объясняется тем, что при измерении гармонического напряжения преимущественно интересуются его cреднеквадратическим значением U. Если пре­образователь вольтметра квадратичный, то, как уже было выясне­но, с= 1. Тогда показание прибора непосредственно соответствует среднеквадратическому значению напряжения, т. е. Ап=U. Для преобразователей других типов коэффициент с отличен от 1.

Шкалы импульсных вольтметров, предназначенных для измере­ния максимальных значений U_т напряжений импульсов, градуи­руют в пиковых значениях. Коэффициент с= 1 и показание прибо­ра равно пиковому значению напряжения, поданного на вход вольтметра, т. е. А_п=U_т.

Иногда при измерении синусоидального напряжения вольтмет­ром, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях этого напряжения, интересуются другими параметра­ми — амплитудным (пиковым) или средневыпрямленным значе­нием. Данную задачу несложно решить, но измерения получаются косвенными: для нахождения интересующего пользователя пара­метра используют известную зависимость между ним и непосред­ственно измеряемым среднеквадратическим значением. Напомним еще раз, что амплитудное, среднеквадратическое .и средневыпрям­ленное значения синусоидального напряжения связаны строго оп­ределенными соотношениями: но они спра­ведливы только для сигналов синусоидальной формы.

На практике часто приходится измерять параметры напряже­ний несинусоидальной формы. Разумеется, при большом парке приборов следует выбирать вольтметр, позволяющий осуществить Прямые измерения данного параметра напряжения. Но нередки та­кие ситуации, когда пользователь располагает только вольтмет­рами для синусоидальных напряжений, а требуется измерить оп­ределенный параметр напряжений несинусоидальной формы. Воз­можен и случай, когда имеется прибор для измерения напряжений произвольной формы, шкала которого всегда градуируется в среднеквадратических значениях, а желательно определить, нап­ример, пиковое значение напряжения несинусоидальной формы. В подобных ситуациях находят интересующий пользователя пара­метр исследуемого напряжения, применив вольтметр не по прямо­му назначению, т. е. проводят косвенные измерения.

При измерении напряжений несинусоидальной формы следует ответить на следующие четыре вопроса:

1. Какой параметр несинусоидального напряжения может быть измерен данным вольтметром?

2. Дает ли показание прибора непосредственно значение это­го параметра?

3. Если не дает, то как по показанию прибора найти значение параметра, измеряемого данным вольтметром?

4. Как определить значения других параметров?

Последовательно ответим на вопросы.

1. Фактически измеряемый прибором параметр напряжения определяется типом преобразователя: каков преобразователь — пиковый, квадратичный или средневыпрямленного значения, та­ков и фактически измеряемый параметр. Данный вольтметр из­меряет только параметр, соответствующий типу преобразова­теля.

2. Необходимо знать, в значениях какого параметра програду­ирована шкала. Если в формуле (5.14) коэффициент с=1, то прибор показывает непосредственно значение измеряемого пара­метра,

3. Вычисляем градуировочный коэффициент с согласно (5.15)

и, пользуясь градуировочной характеристикой (5.14), записыва­ем уравнение, связывающее конкретный параметр напряжения с показанием прибора: А=Ап/с. Так, если преобразователь данно­го вольтметра пиковый и шкала проградуирована в среднеквад­ратических значениях синусоидального напряжения, то и, следовательно,

4. Чтобы найти значения параметров напряжения, не соответ­ствующих типу преобразователя, необходимо располагать зна­чениями коэффициентов амплитуды и формы или моделью иссле­дуемого сигнала (описанием формы напряжения), подаваемого на вход вольтметра.

Измеряя параметры несинусоидального напряжения вольтмет­ром с закрытым входом, следует учитывать, что на преобразова­тель поступает напряжение исследуемого сигнала без постоянной составляющей. Форма этого напряжения, отличающаяся от фор­мы напряжения исходного сигнала, характеризуется «своими» зна­чениями коэффициентов амплитуды и формы и k'ф , причем в общем случае

Изложенное показывает, что параметры несинусоидальных на­пряжений нужно измерять очень вдумчиво, с большим внимани­ем. Применять прибор с преобразователем, не соответствующим параметру напряжения, который требуется измерить, целесооб­разно лишь тогда, когда отсутствуют вольтметры, непосредствен­но измеряющие интересующий нас параметр.