20. Измерение тока и напряжения.

Измеряемые параметры переменного напряжения.

1. Пиковое значение напряжения:

2. Среднее значение напряжения:

Его смысловое значение – это постоянная составляющая сигнала.

3. Средневыпрямленное значение напряжения:

4. Среднеквадратическое значение напряжения:

Его смысловое значение – квадрат среднеквадратического значения напряжения равен средней мощности, рассеиваемой на сопротивление 1 Ом.

Связь между рассмотренными напряжениями описывается тремя коэффициентами:

1) Коэффициент амплитуды. Он равен отношению пикового значения напряжения к среднеквадратическому.

2)Коэффициент формы. Он равен отношению среднеквадрат-ого значения напряжения к средневыпрямленному.

3) Коэффициент усреднения. Он равен отношению пикового значения напряжения к средневыпрямленному.

Между собой данные коэффициенты связаны двумя соотношениями:

Для каждой формы физически реализуемого сигнала все эти три коэффициента определены и их значения не зависят от параметров сигнала (амплитуды, частоты и начальные фазы сигналы).

Пример 1: Имеем сигнал ; ; .

Пример 2: Имеем сигнал пилообразной формы ; ; ; .

Пример 3: Имеем прямоугольные импульсы со скважностью равной Q. ; .

Примечание: Все выше приведенные соотношения для напряжения аналогичны и для параметров переменного тока.

Классификация вольтметров и амперметров.

Вольтметры	Амперметры
В1 – установки для поверки вольтметров В2 – вольтметры постоянного напряжения В3 – вольтметры переменного напряжения В4 – вольтметры импульсного напряжения В5 - ——— В6 – селективные вольтметры В7 – универсальные вольтметры В8 – измерители отношений напряжения В9 – преобразователи напряжения	А1 – установки для поверки амперметров А2 – амперметры постоянного тока А3 – амперметры переменного тока А4 – амперметры импульсного тока А5 - ——— А6 – селективные амперметры А7 – универсальные амперметры А8 – измерители отношений токов А9 – преобразователи токов

Методы измерения токов и напряжений.

Вольтметры и амперметры строятся либо на основе метода непосредственной оценки, либо на основе метода сравнения. Каждый метод характеризуется своей структурной схемой, особенностями использования и областью применения.

Пример: Пружинные весы – метод непосредственной оценки. Рычажные весы – метод сравнения.

Вольтметры непосредственной оценки.

Они имеют структурную схему в виде последовательно соединенного измерительного преобразователя и отсчетного устройства. Работа вольтметра.

Н а вход ИП подается измеряемый сигнал x(t). Под действием данного сигнала ИП формирует отклик α. Данный отклик может быть пропорционален одному из следующих четырех параметров: пиковому значению напряжения, среднему значению напряжения, средневыпрямленному значению напряжения, среднеквадратичному значению напряжения. Этот сигнал регистрируется регистрирующим устройством, шкала которого может быть проградуирована в единицах соответствующих: пиковому значению напряжения, среднему значению напряжения, средневыпрямленному значению напряжения, среднеквадратичному значению напряжения. Соотношение напряжений отклика и градуированного напряжения определяет тип вольтметра. Градуировка шкал вольтметра осуществляется по следующей схеме:

Градуировка заключается в том, что измеренное образцовым вольтметром напряжение переносится на шкалы градуируемых вольтметров. Если это специально не оговорено, то градуировку вольтметров проводят на сигнале синусоидальной формы, а шкалы градуируют в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Так как в рассматриваемых типах вольтметров измерительные преобразователи разные, а градуируем мы вольтметры в одних и тех же единицах, то градуировочные характеристики будут различны.

Определим значения градуировочных коэффициентов:

Вольтметр 1:

Вольтметр 2:

Вольтметр 3:

Таблица. Параметры сигнала для основных типов вольтметров.

Тип вольтметра	СК	СВ	ИВ	УВ
ИП	Uск	Uсв	Um	Um
Uоткл	Uск	Uсв	Um	Um
Uград	Uск	Uск	Um	Uск
С	1	1,11 (В/2) 2,22 (В/1)	1	0,707

Систематическая погрешность из-за не учета формы сигнала.

Данные вольтметры проградуированы по синусоидальному напряжению. Если теперь данными вольтметрами измерять не синусоидальное напряжение, то будем иметь:

1. 

2. 

3. 

В данных соотношениях коэффициент формы и коэффициент амплитуды соответствуют синусоидальному сигналу. Только в показаниях А_П3 мы имеем отсутствие влияния формы сигнала на показания. В показаниях А_П1 и А_П2 будет присутствовать систематическая погрешность из-за не учета влияния формы сигнала.

Определим значение систематической погрешности.

1. ;

2. ;

3. ;

Вывод:

Если вольтметр проградуирован в значениях параметра, на который реагирует его измерительный преобразователь, то показания вольтметра не зависят от формы измерительного сигнала. Если это условие не соблюдено, то будем иметь дополнительные систематические погрешности из-за не учета формы сигнала. Для их исключения мы должны пересчитывать выходное напряжение в напряжение отклика. Оно не содержит систематических погрешностей из-за не учета формы сигнала.