- •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
3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений
При точных измерениях, когда погрешности должны быть сведены к минимуму, получил распространение компенсационный метод измерения. Сущность компенсационного метода измерения сопротивления заключается в том, что производится сравнение падения напряжения на измеряемом резисторе и на образцовом резисторе, включенных последовательно (рис. 3.9).
Измерение падения напряжения на резисторах осуществляется, как правило, потенциометром. В этом случае напряжение питания не влияет на результаты измерения, а также полностью исключается влияние сопротивления соединительных проводов, так как в момент измерения ток в проводах, соединяющих потенциометр с резисторами, равен нулю.
Для удобства применения компенсационного метода измеряемые и образцовые резисторы имеют четыре вывода. Два токовых вывода – для подключения питания и два потенциальных – для подключения потенциометра.
Рис. 3.9. Схема компенсационного метода измерения сопротивлений
На схеме (см. рис. 3.9) измеряемый резистор Rизмвключен последовательно с образцовым резисторомRобр. В качестве образцового резистора используется магазин сопротивлений. Измерительный ток в цепи устанавливают переменным резисторомRу, таким, чтобы нагрев сопротивления не вызывал изменения температуры больше допустимого.
С одной стороны, ток определяется по падению напряжения на образцовом резисторе,
, (3.4)
где Uобр– падение напряжения на образцовом резисторе;Rобр– сопротивление образцового резистора.
С другой стороны,
, (3.5)
где Uизм– падение напряжения на измеряемом резисторе;Rизм– неизвестное сопротивление измеряемого резистора.
Исходя из (3.4) и (3.5), получаем сопротивление измеряемого резистора
.
Для определения сопротивления резистора необходимо поочередно измерить падение напряжения на измеряемом и образцовом резисторах и затем рассчитать сопротивление измеряемого резистора.
3.4. Метод дискретного счета
В основу работы цифровых средств измерения параметров двухполюсников, реализующих метод дискретного счета, положено преобразование измеряемого параметра в пропорциональный интервал времени и измерение этого интервала путем заполнения его счетными импульсами.
Для этого используются закономерности апериодического процесса, возникающего при подключении заряженного конденсатора или катушки с током (индуктивности) к образцовому резистору. При измерении активного сопротивления используется процесс разряда образцового конденсатора через измеряемый резистор. Наибольшее применение метод дискретного счета нашел при создании цифровых измерителей емкости и сопротивления.
Структурная схема цифрового измерителя емкости и сопротивления приведена на рис. 3.10.
Рис. 3.10. Цифровой прибор для измерения емкости и сопротивления
Принцип работы прибора. Перед началом измерения ключ (Кл) находится в положении1и конденсаторCxзаряжается через ограничительный резисторRдо напряжения источникаU. В момент начала измеренияt1(см. рис. 3.32) управляющее устройство (УУ) вырабатывает импульс, который сбрасывает предыдущее показание счетчика импульсов (Сч), открывает электронный ключ (ЭК) и переводит ключ (Кл) в положение2. КонденсаторCxначинает разряжаться через образцовый резисторRобрпо экспоненциальному закону (рис. 3.10),
,
где – постоянная времени цепи разряда.
В момент t1импульсы генератора импульсов (ГИ), следующиес частотойf0, начинают поступать на вход счетчика импульсов (Сч).
Через интервал времени напряжение на конденсаторе принимает значение
.
Напряжение UC подается на один из входов сравнивающего устройства (СУ), ко второму входу устройства подводится напряжение UR, снимаемое с резистора R2 делителя, состоящего из резисторов R1 и R2.
Если подобрать резисторы R1иR2так, чтобы напряжениеURбыло равно 0,37U, то в моментt2равенства напряженийUCиURна выходе сравнивающего устройства возникает второй импульс, который закрывает электронный ключ и счетчик прекращает подсчет импульсов (рис. 3.11).
Если за время t2 – t1=на счетчик поступилоNимпульсов, то можно записать.
Поскольку =RобрCx, то при фиксированных значенияхf0иRобр
,
т.е. измеряемая емкость прямо пропорциональна показанию счетчика, и счетчик может быть отградуирован в единицах емкости.
Рис. 3.11. Временные диаграммы прибора при измерении емкости
Аналогичным образом измеряется сопротивление резистора с применением образцового конденсатора Cобр,
.
Приборы для измерения параметров электрических цепей, использующие метод дискретного счета, обеспечивают сравнительно малую погрешность измерения (0,1…0,2 %).
К недостаткам таких приборов можно отнести невозможность измерения параметров на рабочей частоте.