Лабораторная работа л-01-2 Исследование влияния на показание вольтметра частоты и формы кривой измеряемого напряжения

Цель работы: изучение влияния неинформативных параметров сигнала измеряемой величины на показания комбинированного аналогового прибора при измерении напряжения переменного тока.

Задачами лабораторной работы являются:

– изучение функциональной электрической схемы и метрологических характеристик комбинированного аналогового прибора в режиме измерения переменного напряжения;

– проведение эксперимента по определению влияния частоты измеряемого напряжения на показания прибора и оценивание частотной погрешности;

– проведение эксперимента по определению влияния формы кривой измеряемого напряжения на показания прибора;

– расчет действительного значения напряжения по показаниям вольтметра при известной форме кривой измеряемого напряжения.

Используемое оборудование:

• комбинированный аналоговый прибор (тестер);

• функциональный генератор сигналов (сигналы  синусоидальный, пилообразный и импульсный прямоугольной формы);

• источник постоянного напряжения.

1. Подготовка к работе

1.1. Изучите теоретический материал, относящийся к данной работе по литературе [1, с. 104109] и [2, с. 176179] и описанию работы.

1.2. Подготовьте ответы к тесту (прил. 3).

1.3. Действие аналоговых комбинированных приборов в режиме измерения переменных напряжений основано на преобразовании с помощью полупроводниковых диодов измеряемого переменного напряжения в ток, регистрируемый магнитоэлектрическим измерительным механизмом, отсчет по шкале которого производится в значениях измеряемой величины.

Электрические схемы аналоговых комбинированных приборов в режиме измерения переменного напряжения приведены на рис. 1, где ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм; R_д – добавочное сопротивление; VD₁...VD₄ – полупроводниковые диоды; U₁, U₂, U₃ – пределы измерений; U₁ < U₂ < U₃.

Рис. 1. Электрические схемы аналоговых комбинированных приборов в режиме измерения переменного напряжения:

а  однополупериодная схема выпрямления; б  двухполупериодная схема выпрямления

В однополупериодной схеме (рис. 1,а) ток через ИМ, включенный последовательно с диодом VD, протекает только в один полупериод переменного напряжения u(t). В отрицательный полупериод, когда VD₁ заперт и его сопротивление велико, ток протекает через диод VD₂, включенный параллельно ИМ. Диод VD₂ защищает диод VD₁ от пробоя. Для уравнивания сопротивлений параллельных ветвей последовательно со вторым диодом включен резистор R, номинальное сопротивление которого должно быть равно сопротивлению цепи измерительного механизма R_им. Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма из-за ее инерционности при частотах выше 20 Гц не успевает следить за мгновенным значением измеряемого сигнала и поэтому реагирует на средневыпрямленное значение U_ср в (рис. 2,а)

В двухполупериодной схеме выпрямления (рис. 1,б) среднее значение тока через ИМ увеличивается вдвое по сравнению со значением тока при однополупериодном выпрямлении. В положительный полупериод ток проходит через VD₁, ИМ, диод VD₃. В течение отрицательного полупериода ток проходит через диоды VD₂, VD₄ и ИМ, т.е. ток через ИМ проходит в одном и том же направлении в оба полупериода (рис. 2,б).

Рис. 2. Формы кривых напряжения и тока при однополупериодном (а) и двухполупериодном (б) выпрямлении

Следовательно, показания прибора будут пропорциональны:

(1)

Среднеквадратическое значение переменного напряжения U определяется как положительный квадратный корень из суммы квадратов мгновенных значений напряжения за период сигнала:

(2)

Связь между среднеквадратическим и средневыпрямленным значением осуществляется через коэффициент формы

где U_ср в для двухполупериодного выпрямления определяется по формуле (1).

Коэффициент формы для синусоидального напряжения равен 1,11 (прил. 1).

При измерении напряжений и токов неинформативными параметрами сигнала измеряемой величины являются частота и форма.