Цель занятия – изучить основные измеряемые параметры напряжений и их связь между собой, знать типы и принципы работы преобразователей (детекторов) вольтметров, правила градуировки шкал вольтметров.

Особое внимание следует обратить на зависимость показаний вольтметров от формы измеряемого напряжения, четко представлять себе, что такое градуировочный коэффициент, какие параметры он связывает, уметь правильно определять результат измерения напряжения по показанию вольтметра для различных форм измеряемых напряжений и при использовании различных типов преобразователей.

Рекомендуемая литература: [4, с.60-61], [5, c.78-88], [6, с.152-176], [7, с.174-188].

Контрольные вопросы

1 Что понимают под мгновенным и пиковым значениями напряжений ? 2 Дайте определение измеряемых параметров напряжения.

3 Что такое коэффициенты амплитуды и формы напряжения? Как они определяются и от чего зависят?

4 Какие вольтметры могут использоваться для измерения переменного напряжения?

5 Чем определяется параметр измеряемого напряжения в вольтметрах переменного тока?

6 Что представляет собой пиковый детектор?

7 Что представляет собой детектор среднеквадратического значения?

8 Что представляет собой детектор средневыпрямленного значения?

9 Различаются ли показания импульсных вольтметров с открытым и закрытым входами? В чем заключается это различие?

10 В значениях какого параметра градуируются шкалы вольтметров переменного тока?

11Чему равен градуировочный коэффициент, если вольтметр имеет пиковый детектор, а шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения?

12Чему равен градуировочный коэффициент, если вольтметр имеет детектор средневыпрямленного значения, а шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения?

Решение типовых задач

Задача № 1 Определить пиковое, среднеквадратическое и средневыпрямленное значе-

ния напряжения пилообразной формы, поданного на вход электронного вольтметра с детектором средневыпрямленного значения, закрытым входом, со шкалой, проградуированной в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Показания вольтметра U = 6,0 В.

Решение 1 Поскольку вид измеряемого напряжения определяется типом детектора,

то можно сделать вывод, что вольтметр измеряет средневыпрямленное значе-

23

ние. Однако шкала вольтметра проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. В этом случае мы должны показания вольтметра умножить на градуировочный коэффициент, определяемый как отношение параметра напряжения, в значениях которого проградуирована шкала, к параметру напряжения, соответствующего типу детектора

(Uск/Uсв = 1,11).

Откуда

Uсв= 0,9 U = 5,4 (B).

2 Зная коэффициент формы измеряемого пилообразного напряжения (Кф = 1,16), можно найти среднеквадратическое значение напряжения:

Uск = KФ Uсв= 1,16 5,4 ≈ 6.3 (B).

3 Зная коэффициент амплитуды (КА = 1,73), можно найти пиковое значение пилообразного напряжения:

UA = KA Uск= 1,73 6,3 = 10,9 (B).

Задача № 2 Напряжение сигнала неизвестной формы измерялось тремя вольтметрами,

которые имеют открытые входы, шкалы их проградуированы в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, детекторы соответственно пиковый, среднеквадратического и средневыпрямленного значений. Определить коэффициенты амплитуды и формы, если показания вольтметра с пиковым детектором U1 = 72 B; с детектором среднеквадратического значения U2 = 58 B; с детектором средневыпрямленного значения U3 = 49 B.

Решение

По определению КА = Um/Uск; КФ = Uск/Uсв. Следовательно, для решения задачи необходимо знать значения пикового, среднеквадратического и средневыпрямленного значений напряжений.

Пиковое значение напряжения можно определить по показанию вольтметра с пиковым детектором, учитывая градуировочный коэффициент, характеризующий разницу в типе детектора и градуировке шкалы:

Um = 1,41 U1 = 1,41 72 = 101,5 (B).

Среднеквадратическое значение напряжения находим по показаниям вольтметра с детектором среднеквадратического значения (градуировочный коэффициент равен 1, т.к. тип детектора и градуировка шкалы совпадают):

Uск= U2 = 58 (B).

Средневыпрямленное значение напряжения находим, зная показания вольтметра с детектором средневыпрямленного значения и учитывая, что шкала его отградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения:

Uсв= 0,9 U3 = 0,9 49 = 44,1 (B).

Зная Um, Uск, Uсв, определяем искомые значения коэффициентов амплитуды и формы измеряемого напряжения:

24

Задача № 3 Определить пиковое, среднеквадратическое и средневыпрямленное значе-

ния напряжения, поданного на вход электронного вольтметра с пиковым детектором, закрытым входом, со шкалой, проградуированной в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. На вход вольтметра подан импульсный сигнал скважностью Q = 5. Показания вольтметра U = 2,0 В.

Решение 1 Сигнал, поданный на вход вольтметра, имеет следующий вид:

U

Um U′m

t

Поскольку вольтметр имеет закрытый вход, то измеряется только значение переменной составляющей сигнала U′m, равное U′m= 1,41 U (детектор пиковый, а шкала вольтметра проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения).

2 Амплитудное значение напряжения определяется как сумма переменной и постоянной составляющих:

Um =Um′+Uсв= 1,41U+Uсв.

3 По определению средневыпрямленное значение напряжения

Uсв= T1 ∫0T U(t)dt .

С учетом того, что сигнал импульсный, можно записать

Uсв= T1 ∫0τU(t)dt .

Тогда

τ

Uсв= T Um = Um/Q.

4 Подставив Uсв в выражение для Um из п. 2, получим

Um = 1,41 U+ Um/Q.

Отсюда

Um = 1,41 U/(1-1/Q) = 1,41 2,0/(1−1/5) ≈ 3,52 (B). 5 Определяем значение Uсв:

Uсв= Um/Q = 3,52/5 ≈ 0,70 (B). 6 Определяем значение Uск .

По определению

25

(с учетом того, что сигнал импульсный).

Задачи для самостоятельного решения

Задача № 1 Имеются вольтметры с открытыми входами, шкалы их проградуированы в

среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, детекторы соответственно пиковый, среднеквадратического и средневыпрямленного значе-

ний. Измеряемое напряжение имеет КА = 1,73 и КФ = 1,16. Необходимо по показаниям одного из вольтметров найти показания двух других.

1 Показание вольтметра с пиковым детектором U1 = 26,0 мВ.

2 Показание вольтметра с детектором среднеквадратического значения

U2 = 24,0 мВ.

3 Показание вольтметра с детектором средневыпрямленного значения

U3 = 24,2 мВ.

Задача № 2 Сигнал синусоидальной формы после однополупериодного выпрямителя

имеет КА = 2,0; КФ = 1,76. Вольтметр имеет пиковый детектор, закрытый вход, шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Показание вольтметра U = 2,0 В. Определить пиковое, среднеквадратическое и средневыпрямленное значения напряжения.

Задача № 3

Имеются вольтметры с закрытыми входами, шкалы их проградуированы в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, детекторы соответственно пиковый, среднеквадратического и средневыпрямленного значе-

ний. Измеряемое напряжение имеет КА = 1,73 и КФ = 1,16. Необходимо по показаниям одного из вольтметров найти показания двух других.

1 Показание вольтметра с пиковым детектором U1 = 26,0 мВ.

2 Показание вольтметра с детектором среднеквадратического значения

U2 =24,0 мВ.

3 Показание вольтметра с детектором средневыпрямленного значения

U3 = 24,2 мВ.

Задача № 4

Сигнал синусоидальной формы после однополупериодного выпрямителя

имеет КА = 2,0; КФ = 1,76. Вольтметр имеет среднеквадратический детектор, отрытый вход, шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Показание вольтметра U= 2,0 В. Определить пиковое, среднеквадратическое и средневыпрямленное значения напряжения.

26

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра метрологии и стандартизации

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическому занятию МСиС 4

"ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ, ПЕРИОДА, ИНТЕРАВАЛОВ ВРЕМЕНИ И ФАЗОВЫХ СДВИГОВ"

для студентов специальностей

"Радиотехника" и "Информатика"

Минск 2009

27