3.4. Измерение сложных сигналов .
Наблюдение структуры колебания, например, с помощью осциллографа, осуществляется во временной области; частотные свойства сигналов изучают с помощью анализатора спектра.
Для однозначного определения того, что такое «чувствительность ИС» в случае динамического сигнала необходимо установить, на какую характеристику сигнала реагирует наша измерительная система. Другими словами: значение какого параметра сигнала измеряется?
При построении ИС решают вопрос о том, на какое характерное значение сигнала будет реагировать система: максимальное, средневыпрямленное, среднеквадратическое? Это обусловлено тем, что большинство электронных приборов градуируется в среднеквадратических значениях (действующих).
Измерители токов, напряжений и мощности бывают двух типов: электромеханические и электронные.
Уравнения преобразования ЭМП.
В этих приборах
электрокинетическая энергия
сигнала
преобразуется
в механическую энергию (отклонение
стрелки).
Вращающий момент механизма
,
где
-отклонение
стрелки.
Среднее значение вращающего момента равно:
.
Противодействующий момент измерительного механизма равен
, где
-удельный
противодействующий момент (жесткость
пружины); отсюда обобщенное выражение
для уравнения преобразования любого
ЭМП равно (в установившемся режиме):
.
* Для магнитоэлектрических ЭМП:
.
,т.е. прибор реагирует на среднее
значение тока
(или постоянный ток). Можно сказать, что
магнитоэлектрический прибор является
идеальным интегратором (это свойство
используется при построении на базе
такого ЭМП выпрямительных приборов—авометров).
Уравнение преобразования такого
механизма является линейной
функцией!
Электромагнитные и электростатические ЭМП.
Эти приборы реагируют на среднеквадратическое значение измеряемого тока (напряжения):
Электромагнитный
ЭМП
;
Электростатический
ЭМП
.
Уравнения преобразования электромагнитных и электростатических приборов—нелинейная функция (неравномерная шкала). Но зато эти приборы позволяют «правильно» измерять сложные сигналы (они реагируют на среднеквадратическое значение сигнала!).
Электронные приборы.
Абсолютное большинство электронных приборов (вольтметры, амперметры, ваттметры) градуируются в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала. Это связано с тем, что среднеквадратическое значение сигнала является мерой его мощности!
Однако
внутри
прибора переменный сигнал u(t)
сначала преобразуется постоянный U-
, равный, как правило, средневыпрямленному
значению сигнала
.
Большинство электронных вольтметров
имеют детектор (преобразователь
переменного напряжения в постоянное)
средневыпрямленного значения – ДСВЗ
(Рис.1).
Рис.1 Структурная схема вольтметра с ДСВЗ.
Поскольку калибровка
прибора проводится синусоидальным
сигналом, то при градуировке учитывается
коэффициент формы синусоиды:
(Масштабный преобразователь М с
коэффициентом передачи К=1.1; рис.1).
При подаче на вход
вольтметра сложного сигнала, имеющего
свой коэффициент формы, показания
прибора
будут содержать значительную методическую
погрешность.
Пример:
При измерении
сигнала пилообразной формы, имеющего
,
методическая погрешность будет равна
5.4% (так различаются коэффициенты формы
сигналов).
Чтобы исключить
систематическую методическую погрешность
при измерениях сложных сигналов,
необходимо сначала показание прибора
разделить на величину 1.11 (получим верное
средневыпрямленное значение
измеряемого сигнала). Затем полученное
значение
необходимо умножить на коэффициент
формы своего
сигнала
!
k
,
где
—показание
прибора.