Тема 3. Измерение тока и напряжения

3.1 Общие представления об измерении тока и напряжения

3.1.1 Измеряемые параметры тока и напряжения

Измерение тока и напряжения является одним из наиболее распространенных процессов в практике электрорадиоизмерений.

Рассмотрим основные параметры тока и напряжения, подлежащие измерению.

Электрические сигналы в виде напряжения и тока характеризуются, прежде всего, мгновенным значением, т.е. значением напряжения и тока в заданный момент времени. Такие значения представляют интерес при исследовании формы сигналов, например, с помощью осциллографа. С помощью же вольтметров и амперметров измеряются такие параметры, как максимальное и минимальное (пиковые) мгновенные значения. Обозначаются они соответственно U_max и U_min для напряжения, I_max и I_min для тока.

При определении других параметров будем пользоваться обозначениями для напряжения, имея в виду, что все приводимые соотношения справедливы и для тока и для напряжения амплитудой. В этом случае величину A = 2U_mах принято считать размахом сигнала.

Если сигнал содержит постоянную составляющую, она называется средним значением и определяется, как правило, за период колебаний (интервал усреднения) Т по формуле:

Ūср = (3.1)

В этом случае важными параметрами сигнала являются его пиковые значения.

Если сигнал не содержит постоянной составляющей (например гармонический сигнал или меандр), то он будет характеризоваться средневыпрямленным значением, которое определяется, как

Uсв = (3.2)

Для однополярных сигналов средневыпрямленное напряжение равно среднему значению Uсв = Ūср.

Важным параметром является среднеквадратическое значение сигнала, определяемое по формуле

Uск = (3.3)

Среднеквадратическое значение характеризует энергетический уровень сигнала (его еще называют действующим или эффективным значением сигнала).

Существует определенная связь между всеми перечисленными параметрами, зависящая от формы сигнала. Она характеризуется коэффициентами амплитуды k_a и формы k_ф, причем

k_a = U_m/ U_ск

k_ф= U_ск/ U_св.

Значения коэффициентов амплитуды и фазы для некоторых видов сигналов приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Форма напряжения	ka	kф
Гармоническая	1.41	1.11
Пилообразная	1.73	1.16
Меандр	1.00	1.00

3.1.2 Классификация приборов для измерения тока и напряжения

В соответствии с принятыми правилами классификации измерительных приборов приборы для измерения тока и напряжения подразделяются на подгруппы.

Приборы для измерения тока образуют подгруппу А – амперметры. Внутри подгруппы они подразделяются на амперметры постоянного тока А2, переменного тока А3, универсальные А7 и преобразователи тока А9. В соответствии с ГОСТом они должны соответствовать следующим классам точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4 и 5.

Приборы для измерения напряжения образуют подгруппу В – вольтметры. Внутри подгруппы выделяют вольтметры постоянного тока В2, переменного тока В3, импульсного тока В4, фазочувствительные В5, селективные В6, универсальные В7, измерители нестабильности, разности и отношения напряжений В8 и преобразователи напряжения В9. В соответствии с ГОСТом они должны соответствовать следующим классам точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4, 5, 6, 10, 15, 25.