- •Электрические и компьютерные измерения
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Термины и определения
- •1.1. Средства измерений
- •1.1.1. Составные части иу
- •1.1.2. Отсчетное устройство ип
- •2. Измерение тока и напряжения
- •2.1. Аналоговые средства измерений
- •2.1.1. Электромеханические приборы
- •2.1.1.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •2.1.1.2. Гальванометры
- •2.1.1.3. Приборы электромагнитной системы
- •2.1.2. Компенсаторы постоянного тока
- •2.1.3. Электронные аналоговые вольтметры
- •2.2. Цифровые электронные вольтметры
- •2.2.1. Цифровой вольтметр с глин
- •2.2.2. Цифровой вольтметр двойного интегрирования
- •3. Измерение параметров элементов электрических цепей
- •3.1. Метод вольтметра-амперметра
- •3.2. Метод непосредственной оценки
- •3.2.1. Электромеханические омметры
- •3.2.2. Электронные омметры
- •3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений
- •3.4. Метод дискретного счета
- •4. Электронно-счетный частотомер
- •4.1. Структура цифрового частотомера
- •4.2. Временные диаграммы работы частотомера
- •4.1. Измерение периода
- •4.2. Измерение отношения частот
- •4.3. Измерение интервала времени
- •4.4. Самоконтроль частотомера
- •5. Измерительные генераторы сигналов
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Низкочастотные генераторы синусоидальных сигналов
- •5.2.1.Lc-генераторы
- •5.2.2. Генераторы на биениях
- •5.2.3.Rc-генераторы
- •5. 3. Принципы построения низкочастотных цифровых генераторов
- •5. 4. Высокочастотные генераторы сигналов
- •5. 5. Импульсные генераторы сигналов
- •5. 6. Цифровые генераторы сигналов специальной формы
- •6. Электронные осциллографы
- •6.1. Универсальные одноканальные электронно-лучевые осциллографы
- •6.2. Основные узлы электронно-лучевых осциллографов
- •6.2.1. Электронно-лучевая трубка
- •6.2.2. Канал вертикального отклонения
- •6.2.3. Канал горизонтального отклонения
- •6.2.3.1. Синусоидальная развертка в осциллографе
- •6.3. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы
- •6.4. Скоростные и стробоскопические осциллографы
- •6.4.1. Скоростные осциллографы
- •6.4.2. Стробоскопические осциллографы
- •6.5. Универсальные осциллографы со сменными блоками
- •6.7. Аналоговые запоминающие осциллографы
- •6.8. Цифровые запоминающие осциллографы
- •Принцип работы цзо
- •6.9. Цифровые люминофорные осциллографы
- •7. Виртуальные измерительные приборы и системы
- •7. 1. Общие сведения
- •7.2. Плата сбора данных
- •7.3. Сменные платы специального назначения
- •7.4. Виртуальные мультиметры
- •7.5. Виртуальные цифровые запоминающие осциллографы
- •7.6. Виртуальные генераторы сигналов произвольной формы
- •Список литературы
3. Измерение параметров элементов электрических цепей
Электрические цепи представляют собой совокупность соединенных друг с другом элементов – источников электрической энергии и нагрузок в виде резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов. Эти нагрузки можно рассматривать как двухполюсники с идеальными параметрами (R,L, C) только при определенных допущениях.
Реальные элементы электрической цепи кроме своих основных параметров имеют и дополнительные параметры, так называемые остаточные или паразитные. Например, катушки индуктивности обладают собственной емкостью и активным сопротивлением; резисторы имеют некоторую индуктивность. Поэтому конденсаторы, катушки, резисторы характеризуется некоторым эффективным значением емкости, индуктивности и сопротивления, которые зависят от частоты.
Если на результат измерения влиянием паразитных параметров нельзя пренебречь, следует проводить измерение на рабочих частотах, токах, напряжениях.
Наиболее распространенными методами измерения параметров элементов электрической цепи являются следующие методы: вольтметра-амперметра, непосредственной оценки, мостовой, резонансный и дискретного счета.
3.1. Метод вольтметра-амперметра
Измерение методом вольтметра-амперметра сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома.
Метод может быть использован для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и емкости.
Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение резистора RXв измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 3.1,аи 3.1,б.
Рис. 3.1. Измерение активных сопротивлений методом вольтметра-амперметра
Обе схемы включения приводят к методическим погрешностям R, зависящим от величины сопротивлений приборов. Очевидно, что в схеме (см. рис. 3.1, а) методическая погрешность тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра (при RA 0 R 0),а в схеме (см. рис. 3.1, б) эта погрешность тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра (приRVR0). Таким образом,схемой, приведенной на рис. 3.1, а, следует пользоваться для измерения больших сопротивлений, а схемой, приведенной на рис.3.1, б, – для измерения малых сопротивлений.
Измерение полного сопротивления ZXвыполняется на переменном токе частотойf(рис. 3.2).
Рис. 3.2. Измерение полного сопротивления двухполюсника
По показаниям вольтметра и амперметра определяют модуль полного сопротивления,
,
где UV,IA– показания вольтметра и амперметра.
Схему, представленную на рис. 3.2, а, целесообразно применять при ZX<<ZV, а схему на рис. 3.2, б – приZX>>ZA.
Измерение емкости методом вольтметра-амперметра может быть выполнено по схемам, представленным на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Измерение емкости методом вольтметра-амперметра
Емкостное сопротивление конденсатора
,
откуда
.
Следовательно, при измерении емкости этим методом необходимо знать частоту источника питания. Для измерения больших емкостей рекомендуется схема, приведенная на рис. 3.3, а; а малых емкостей – на рис. 3.3, б.
Для измерения очень малых емкостей, от долей пикофарады, применяют метод двух вольтметров, который является вариантом метода вольтметра-амперметра. Схема метода приведена на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Измерение емкости методом двух вольтметров
Питающее напряжение U1измеряется вольтметромV1. ВольтметрV2измеряет напряжение на конденсатореС0, емкость которого известна,
.
Ток Iопределяется выражением
,
откуда
. (3.1)
Для уменьшения погрешности измерения необходимо выполнить условие С0>>СX, тогда можно упростить выражение (3.1)
.
Измерение индуктивности катушки методом вольтметра-амперметра возможно, если ее активное сопротивление RLзначительно меньше реактивного сопротивленияXL, (рис. 3.5, а, б).
Рис. 3.5. Измерение индуктивности катушки
При этом
,
откуда
.
Если требуется получить более точный результат, то необходимо учесть сопротивление катушки. Поскольку
,
то
.
Погрешности измерения параметров элементов цепей методом вольтметра-амперметра на низких частотах составляют 0,5…10 % и определяются погрешностью используемых приборов, а также наличием паразитных параметров. Погрешности измерения возрастают с увеличением частоты.