- •Раздел 1 основные сведения о метрологии.
- •Тема 1.1 Основы теории и практики измерений
- •1 Общие сведения.
- •2 Основные понятия, термины, определения.
- •3 Классификация измерительных приборов и их шкал.
- •Тема 1.2 Основы теории погрешностей
- •1 Основные понятия.
- •2 Погрешности прямых измерений.
- •3 Погрешности косвенных измерений.
- •Раздел 2. Средства электротехнических измерений
- •Тема 2.1. Особенности цифровых измерительных приборов
- •Общие сведения.
- •Общие сведения.
- •Принципы построения.
- •Режимы работы и параметры.
- •Тема 2.2. Измерительные генераторы
- •Общие сведения.
- •1 Общие сведения.
- •2 Низкочастотные генераторы.
- •3 Высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы.
- •4 Импульсные генераторы.
- •Тема 2.3. Электронные осциллографы
- •Общие сведения.
- •Общие сведения.
- •Структурная электрическая схема универсального аналогового осциллографа.
- •Осциллографические развертки.
- •4. Разновидности осциллографов.
- •Раздел 3. Измерение основных электротехнических параметров.
- •Тема 3.1. Измерение силы тока
- •Общие сведения.
- •Общие сведения.
- •2 Измерение силы постоянного тока и тока низких частот.
- •3 Измерение силы тока высоких частот.
- •3.2. Измерение напряжения
- •Значения и для напряжений разной формы
- •3.3. Измерение мощности
- •4.2. Метод амперметра—вольтметра
- •4.3. Мостовой метод
- •4.5. Резонансный метод
- •Глава 5. Измерение параметров сигнала
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Измерение частоты и периода повторения сигнала
- •5.3. Измерение фазового сдвига
- •5.5. Измерение амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников
- •Глава 6. Измерение параметров
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Измерение параметров полупроводниковых диодов
- •6.3. Измерение параметров биполярных и униполярных транзисторов
- •6.4. Измерение параметров интегральных микросхем
- •6.5. Логические анализаторы
- •7.2. Информационно-измерительные системы
- •7.4. Виртуальные приборы
4.2. Метод амперметра—вольтметра
Метод амперметра—вольтметра является одним из наиболее простых, но и менее точных методов измерений и может использоваться в цепях постоянного и переменного тока. Для реализации этого метода в цепях постоянного тока используют амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы, в цепях переменного тока промышленных частот — приборы электромагнитной и электродинамической систем, в цепях, питаемых звуковыми и высокими частотами, — приборы термоэлектрической системы. Во всех случаях использования приборы высокого класса точности дают меньшую погрешность измерения.
Метод амперметра—вольтметра является косвенным, так как (к поили на использовании закона Ома, по которому измеряемое сопротивление прямо пропорционально падению напряжения на нем и обратно пропорционально силе тока, протекающего по нему.
Измерение сопротивления резисторов выполняется по одной из схем, приведенных на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Схемы измерения сопротивления резисторов при измерении методом А—V (а) и методом V—А (6)
Для первой схемы (см. рис. 4.1, а) искомое сопротивление Rx находится по формуле
(4.1)
где Rв - внутреннее сопротивление вольтметра.
Для второй схемы (см. рис. 4.1. б) измеряемое сопротивление Rx определяется по формуле
(4.2)
где RA — внутреннее сопротивление амперметра.
При использовании обеих схем имеет место методическая погрешность, обусловленная собственным потреблением мощности приборами (рис. 4.2).
И з анализа формул (4.1) и (4.2), а также из графиков зависимости (см. рис. 4.2) следует, что метод амперметра-вольтметра (А—V) необходимо использовать при измерении малых сопротивлений резисторов, когда Rx<<RB, а метод вольтметра-амперметра (V—А) — при измерении больших сопротивлений, когда Rx<<RA.
Погрешность обоих методов достаточно велика (1,5...2%) и напрямую зависит от стабильности напряжения источника питания и от класса точности используемых приборов.
И
Рис. 4.2. График
зависимости
погрешности измерения
от сопротивления
резистора при измерении
методами
А—V
и V—А
xL=2πFL; xC=1 / 2πFC.
Измерение емкости конденсаторов выполняется по одной из схем, приведенных на рис. 4.3.
Рис. 4.3. Схема измерения емкости конденсаторов методом А—V (а) и методом V-A (б)
Если пренебречь влиянием сопротивления утечки конденсатора, то
откуда
(4.3)
Из формулы (4.3) следует, что при измерении емкости конденсаторов необходимо знать частоту источника питания схемы.
В зависимости от значения емкостного сопротивления измеряемого конденсатора можно уменьшить влияние внутреннего сопротивления вольтметра на результат измерения, используя первую схему (см. рис. 4.3. a), а для конденсаторов большой емкости — вторую схему (см. рис. 4.3, б).
Измерение индуктивности катушек выполняется методом V—А при соотношении RL<<хL(активное сопротивление катушки должно быть значительно меньше ее реактивного сопротивления). На рисунке 4.4 приведена схема измерения индуктивности катушек.
На основании закона Ома
Откуда
Рис.
4.4.
Схема измерения индуктивности катушек
Измерение индуктивности на низких частотах будет приблизительным, так как не учтено активное сопротивление катушки RL, а на высоких частотах погрешность измерения обусловлена влиянием собственной емкости CL катушки и входной емкости СВ вольтметра, которая, как известно, складывается с CL:
Собщ = СL + СB.
В результате образуется параллельный колебательный контур с собственной частотой колебаний:
При приближении частоты источника питания схемы к f0 сопротивление контура возрастает, что соответствует увеличению индуктивности катушки L.
М етод V—А (А—V) реализуется с помощью широко распространенных приборов в условиях, соответствующих режиму работы элементов цепи. К недостаткам метода следует отнести его косвенность, трудоемкость измерений, большую погрешность измерений (единицы процентов), ограниченный диапазон измерения параметров. В связи со столь существенными недостатками этот метод не получил широкого распространения.
Л
Рис.
4.5.
Принципиальная схема электронного
омметра
Напряжение на выходе усилителя омметра
(4.5)
где kU — коэффициент усиления УПТ без цепи обратной связи;
β — коэффициент передачи пени обратной связи:
При большом коэффициенте усиления kU, произведение (kU •β) >> 1 и выходное напряжение
(4.6)
В результате шкала аналогового прибора получается равномерной и практически не зависит от внешних элементов, подключенных к усилителю. Погрешность измерения аналоговых омметров большая — примерно 1...4%.
В тераомметрах резисторы R1 и Rx меняются местами и шкала аналогового индикатора становится обратной (нуль шкалы - справа).
(4.7)
Погрешность тераомметров при измерении достигает 10%.
К достоинствам электронных омметров следует отнести прямой отсчет и широкий диапазон измерения сопротивления резисторов.