- •Минский государственный высший авиационный колледж
- •Электрорадиоизмерения
- •Предисловие
- •Введение
- •Тема 1 общие вопросы электрорадиоизмерений
- •Основные сведения о средствах измерений
- •Общие сведения
- •1.1.2 Меры электрических величин
- •1.1.3 Измерительные преобразователи
- •1.1.4 Измерительные приборы, установки и системы
- •Основные свойства и характеристики средств измерений
- •1.2.1 Основные свойства средств измерений
- •Тема 2. Погрешности измерений
- •2.1 Общие сведения о погрешностях измерений
- •2.1.1 Классификация погрешностей измерений
- •2.1.2 Систематические составляющие погрешностей измерения
- •2.1.3 Случайные составляющие погрешностей измерения
- •Тема 3. Измерение тока и напряжения
- •3.1 Общие представления об измерении тока и напряжения
- •3.1.1 Измеряемые параметры тока и напряжения
- •3.1.2 Классификация приборов для измерения тока и напряжения
- •3.1.3 Измерение тока и напряжения с помощью электромеханических приборов Общие сведения об электромеханических приборах
- •Магнитоэлектрические приборы
- •Магнитоэлектрические амперметры
- •Магнитоэлектрические вольтметры
- •Электродинамические приборы
- •Электродинамические амперметры
- •Электродинамические вольтметры
- •Электромагнитные приборы
- •Электростатические приборы
- •3.3 Электронные вольтметры
- •3.3.1 Общие сведения об электронных вольтметрах
- •3.3.2 Аналоговые электронные вольтметры
- •Вольтметры амплитудных значений
- •Вольтметры средневыпрямленных значений
- •Вольтметры среднеквадратических значений
- •3.3.3 Цифровые вольтметры
- •Цифровые вольтметры с времяимпульсным кодированием
- •Тема 4. Измерение мощности электрических сигналов
- •4.1. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока
- •4.1.1 Общие сведения
- •4.1.2 Измерение мощности постоянного тока и переменного тока низкой частоты Измерение мощности постоянного тока
- •Измерение мощности переменного тока низкой частоты
- •4.2 Измерение мощности электрического тока на высоких и сверхвысоких частотах
- •4.2.1 Термоэлектрический метод
- •4.2.2 Метод терморезистора
- •4.2.3 Калориметрический метод
- •4.2.4 Измерение проходящей мощности на основе использования направленных ответвителей
- •4.2.5 Пондеромоторный метод
Электродинамические вольтметры
Электродинамические вольтметры образуются из амперметров, у которых обмотки катушек, соединенных последовательно и добавочных резисторов, включенных последовательно с обмотками. Их свойства аналогичны амперметрам. Но из-за малого входного сопротивления они потребляют большой ток и имеют низкую чувствительность, поэтому они применяются только для измерения напряжения в цепях переменного тока. Расширение пределов измерения электродинамических вольтметров осуществляется с помощью измерительных трансформаторов напряжения, понижающих значение измеряемого напряжения в требуемое число раз. Схема расширения пределов измерения такого вольтметра изображена на рис. 3.8.
Рис. 3.8. Схема расширения пределов измерения вольтметра
Уравнение шкалы для электродинамического вольтметра имеет вид
α = U2ск = SU U2ск (3.26)
где R – сопротивление катушек.
В формулах 3.24, 3.25 и 3.26 – SI и SU чувствительность приборов по току и напряжению соответственно.
Электромагнитные приборы
Принцип действия электромагнитных приборов основан на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой проходит измеряемый ток и магнитного потока, создаваемого одним или несколькими ферромагнитными сердечникам. Ферромагнитные сердечники составляют обычно подвижную часть прибора.
Рис. 3.10. Структурная схема электромагнитного прибора
По аналогии с изученными ранее приборами магнитную энергию, сосредоточенную в измерительном механизме и вращающий момент можно определить как
W = 0,5LIx2 и MB = 0,5Ix2
Тогда уравнение для шкалы такого прибора будет
α = . (3.27)
Из выражения 3.27 видно, что электромагнитные приборы могут применяться для измерения как постоянного, так и переменного тока и напряжения. На переменном токе будут измеряться среднеквадратические значения токов и напряжений.
Шкала такого прибора квадратичная, но с помощью подбора закона изменения электромагнитной энергии легко линеаризируется.
Как электродинамические, так и электромагнитные приборы подвержены влиянию внешних электромагнитных полей и требуют экранирования или астазирования.
Наличие ферромагнитного сердечника является причиной гистерезиса, который снижает точность электромагнитных приборов по сравнению с электродинамическими.
Ввиду указанных выше причин электромагнитные амперметры и вольтметры применяются в основном как щитовые приборы в цепях переменного тока промышленной частоты.
Электростатические приборы
Принцип действия электростатических измерительных приборов основан на взаимодействии двух заряженных токопроводящих пластин, одна из которых подвижна (рис 3.11). Неподвижная часть такого измерительного механизма может быть выполнена в виде одной или нескольких камер 1.
Рис. 3.11. Структурная схема электростатического прибора
В камеры входят пластины подвижной части 2. Если теперь к пластинам подвести измеряемое напряжение, то они заряжаются противоположными по знаку зарядами и подвижные пластины втягиваются в камеры.
Таким образом, становится понятно, что электростатические приборы могут измерять только напряжение. Энергия электрического поля измерительного механизма может быть определена по формуле W = CU2x, где С – емкость системы заряженных пластин. Отсюда момент вращения Мв = U2x . Поэтому выражение для уравнения шкалы электростатического прибора имеет вид
α = (3.28)
Электростатические приборы могут применяться для измерения постоянного и среднеквадратического значений напряжения. Линеаризация шкалы достигается методом подбора размера и формы пластин, которая определяет закон изменения электрического потока dC/dα.
К достоинствам таких приборов относится независимость показаний от частоты измеряемого напряжения, температуры окружающей среды. Кроме того, они обладают бесконечно большим входным сопротивлением, особенно при измерении напряжения постоянного тока. Они могут применяться для измерений среднеквадратических значений напряжения в частотном диапазоне 20 Гц – 30 МГц.
Из-за влияния внешних магнитных полей электростатические приборы имеют небольшую чувствительность, требуют электростатического экранирования и непригодны для измерения малых величин напряжений. Зато они с успехом применяются для измерения больших напряжений до десятков и сотен киловольт и при этом не требуют применения устройств для расширения пределов измерений (добавочных сопротивлений и трансформаторов напряжения).