Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Измерение импульсных напряжений
Процесс определения амплитудных и временных параметров импульсных сигналов с помощью осциллографа длителен и выполняется с большой погрешностью (см. 4.3). Воспроизведение импульсов малой длительности и с фронтами порядка единиц наносекунд без искажений сопряжено с тщательным выбором осциллографа по диапазону частот, экранировкой соединительных проводов, согласованием с соединительным кабелем и др. Более высокую точность измерения амплитуды импульса при удобной и быстрой индикации 'обеспечивают аналоговые и цифровые импульсные вольтметры. В связи с повышением быстродействия импульсных устройств диапазон длительности импульсов уменьшился с микросекундного до нано- и пикосекундного, одновременно уменьшилась и амплитуда импульса до значений 0,01-1 В, характерных для полупроводниковых приборов, микромодульных и интегральных схем. Диапазон частот повторения импульсов простирается от одиночных и редко повторяющихся импульсов (частота повторения доли герца) до частот, измеряемых сотнями мегагерц. Как и в стробоскопических осциллографах, все специализированные измерители импульсных напряжений наносекундного диапазона имеют на входе широкополосные преобразователи импульсов, которые их расширяют, сужая тем самым спектр частот. Преобразователи импульсов содержат быстродействующий нелинейный элемент (полупроводниковый диод), у которого имеются участки вольтамперной характеристики с наименьшим радиусом кривизны, характеризующие переход от запертого к открытому состоянию. Этот участок обычно мал, протяженность его по оси напряжений 0,5- 0,7 В. Если амплитуда импульсного сигнала меньше 0,7 В, то весь сигнал «укладывается» на участке вольтамперной характеристики с наименьшим радиусом кривизны (режим малого сигнала) и показания вольтметра связаны со всей площадью сигнала определенными интегральными соотношениями. При измерении импульсного сигнала с амплитудой больше 0,7 В работа вольтметра осуществляется на линейном участке характеристики диода и на его показания влияет лишь вершина импульса (режим большого сигнала). В качестве преобразователей импульсов используют также чувствительные быстродействующие пороговые схемы с туннельными диодами. Включенные после преобразователей импульсные вольтметры могут быть узкополосными, так как работают уже с преобразованными сигналами. Измерение импульсного напряжения диодно-конденсаторным вольтметром.Импульсный диодно-конденсаторный вольтметр работает как электронный вольтметр синусоидального напряжения и выполняется по схеме преобразователь пикового значения - усилитель постоянного тока - магнитоэлектрический измерительный прибор (см. § 5.2). Шкала выходного магнитоэлектрического прибора градуируется в пиковых значениях. Для этих вольтметров характерно наличие сильной зависимости показаний от длительности импульса и скважности. Если на вход преобразователя пикового значения подать периодическую последовательность прямоугольных импульсов (рис. 85),то конденсатор емкостью заряжается во время существования импульса на входе, а в промежутке между импульсами медленно разряжается на резистор сопротивлением . Если же время будет мало, а велико, то за время действия короткого импульса конденсатор не успевает полностью зарядиться, а в интервале между импульсами успеет значительно разрядиться, и среднее значение напряжения на конденсаторе за период повторения импульса может значительно отличаться от амплитудного (пикового) значения измеряемого импульса. Рисунок 7.14 – Временные диаграммы поясняющие работу импульсного вольтметра При выполнении условий постоянная времени заряда постоянная времени разряда показания вольтметра будут пропорциональны амплитуде импульса . Импульсные волы-метры выполняют чаще по схеме с закрытым входом (см. 5.2); при этом вольтметр измеряет пиковое значение импульсных напряжений без постоянной составляющей , т. е. . При большой скважности постоянная напряжения, равная , мала и практически не влияет на показания вольтметра. Для измерения размаха напряжения может быть рекомендован импульсный вольтметр, схема которого представлена на рис. 7.15. При подведении к вольтметру измеряемого импульсного напряжения в первый положительный полупериод конденсаторы с одинаковым значением емкостей заряжаются через открытый диод до значения, равного . В течение действия отрицательного полупериода импульсного напряжения диод открыт, а диод закрыт, в результате чего конденсатор перезаряжается примерно до значения , т. е. знак напряжения на изменится на противоположный, а напряжение на конденсаторе останется почти постоянным, поскольку разряд конденсатора происходит через большое сопротивление . Поэтому, когда вновь поступает положительный импульс измеряемое напряжение оказывается включенным последовательно с напряжением на конденсаторе исовпадает по фазе с напряжением на конденсаторе . Под действием суммарного напряжения, равного размаху , диод будет открыт, происходит заряд конденсатора и разряд конденсатора . Таким образом, через несколько периодов на конденсаторе установится напряжение, равное полному размаху . Шкалы импульсных вольтметров градуируются при синусоидальном напряжении в амплитудных значениях образцового напряжения. Такая шкала справедлива также и при измерении пиковых значений импульсных сигналов.
Рисунок 7.15 – Схема импульсного вольтметра для измерения размаха напряжения Измерение амплитуды импульсного напряжения автокомпенсационным вольтметром. Измерение амплитуды импульсного напряжения осуществляют методом сравнения последнего с калиброванным постоянным напряжением. Компенсирующее постоянное напряжение при компенсационном методе устанавливают вручную, а при автокомпенсационном - автоматически с помощью замкнутой следящей системы. На рис. 7.16 представлена схема авто компенсационного вольтметра с открытым входом. Положительный импульс с амплитудой после прохождения через диод частично заряжает емкость и поступает на вход усилителя импульсов. Усиленный импульс той же полярности, пройдя через диод , заряжает конденсатор большой емкости, который по цепи обратной связи через резистор разряжается на конденсатор так, что напряжения на конденсаторах становятся одинаковыми до прихода следующего импульса. Напряжение на конденсаторе создает отрицательное смещение на диоде поэтому следующий положительный импульс частично пройдет через него. Таким образом, каждый последующий импульс будет заряжать конденсаторы и до тех пор, пока напряжение на них не сделается равным амплитуде положительного импульса. Значение этого напряжения фиксируется на резисторе и измеряется электронным вольтметром постоянного тока. Входное сопротивление вольтметра может быть от нескольких десятков килоом до сотен мегаом в зависимости от частоты следования и длительности измеряемых импульсов. Рисунок 7.16 – Схема автокомпенсационного вольтметра с открытым входом Измерение напряжения одиночных импульсов. Одиночные импульсы длительностью от сотых долей микросекунды до нескольких миллисекунд встречаются в технике лазерной, полупроводниковой плазмы и т. д. При измерении одиночного импульса энергия, необходимая для измерения, поступает в измерительную систему (элемент преобразования) лишь в течение существования импульса. Поэтому измерительная система должна «успевать» регистрировать напряжение импульса во время его действия, т. е. система должна быть либо безынерционной, либо запасать необходимую информацию о напряжении импульса за время его действия. Для этой цели могут быть использованы специальные осциллографы с фоторегистрацией или запоминанием однократных процессов. Измерить амплитуду одиночных импульсов можно также с помощью аналоговых вольтметров, принцип действия которых основан на преобразовании одиночного импульсного напряжения в квазипостоянное напряжение или интервал времени. Уменьшение амплитуды и длительности измеряемых импульсов, отсутствие предварительной информации о их полярности и значении амплитуды усложняют схему преобразования и требуют построения автоматических входных устройств.
Рисунок 7.17 – Схема измерителя с преобразованием импульсного напряжения в квазипостоянное напряжение (а) и временные диаграммы поясняющие его работу (б) При преобразовании одиночного импульсного напряжения в квазипостоянное напряжение роль накопителя информации об амплитуде одиночного импульса выполняют одно- и многоступенчатые диодно-конденсаторные преобразователи импульсов ( см рис. 5.5) в сочетании с системами долговременного запоминания. Схема измерителя с преобразованием амплитуды импульса в квазипостоянное напряжение представлена на рис. 7.17, а. Преобразователь амплитуды импульса в квазипостоянное напряжение расширяет (запоминает) сигнал на уровне, близком к его пиковому значению . Накопительный конденсатор преобразователя быстро заряжается через прямое сопротивление диода во время действия на входе импульса. После окончания действия импульса диод запирается, и накопительный конденсатор медленно разряжается на измерительный прибор с большим входным сопротивлением (постоянная времени разряда много больше постоянной времени заряда). Входное сопротивление прибора должно быть велико, поэтому используют измеритель постоянного напряжения с высокоомным входом - электростатический вольтметр (1014 Ом и выше), ламповый электрометр и др. Временные диаграммы, поясняющие принцип преобразования, показаны на рис. 7.17, б, где - напряжения исследуемого импульса соответственно на входе и выходе преобразователя; - длительность исследуемого импульса; - время запоминания импульса; -абсолютная погрешность запоминания импульса; – абсолютная погрешность из-за недозаряда; -максимальное напряжение на выходе преобразователя после окончания импульса.
Рисунок 7.18 – Схема измерителя амплитуды одиночных импульсов с дискретным преобразователем (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б) К основным характеристикам преобразования относят: относительную погрешность при заряде, равную ; относительную погрешность запоминания, равную ;минимальную длительность преобразуемого импульса; время запоминания в течение которого погрешность запоминания не превосходит заданную; коэффициент расширения, . Для преобразования одиночного импульсного напряжения в интервал времени используется амплитудно-временное преобразование (см. 6.4). Входной сигнал преобразуют в интервал времени, длительность которого пропорциональна амплитуде измеряемого импульса, т. е. ( - коэффициент, определяющий масштаб преобразования). Длительность преобразованного импульса определяется последовательным счетом числа импульсов образцовой частоты, заполняющих временной интервал с выдачей результата измерения либо на цифровой индикатор, либо цифропечатающее устройство, т.е. . Схема измерителя амплитуды одиночных импульсов с дискретным преобразованием представлена на рис. 7.18, а. В качестве амплитудно-временного преобразователя может быть использован преобразователь, построенный на принципе разряда накопительного конденсатора, предварительно заряженного за время действия до амплитуды измеряемого импульса. По окончании импульса начинается разряд конденсатора через токостабилизирующее устройство до первоначального значения напряжения. Начало и конец разряда фиксируются ограничителем интервала преобразования, и так как разряд конденсатора происходит по линейному закону (рис 7.18, б), то время между началом и концом разряда соответствует времени преобразования и пропорционально амплитуде импульса, т. е. . Погрешность преобразования определяется непостоянством коэффициента амплитудно-временного преобразования и интервала преобразования, амплитудной погрешностью параметров преобразуемого сигнала и др.
СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (Вариант 1) Общие сведения Для учета электрической энергии изготовляют специальные приборы, называемые счетчиками электрической энергии. Эти приборы показывают значение измеряемой величины за определенный промежуток времени, т. е. являются интегрирующими (суммирующими). В отличие от обычного показывающего прибора подвижная часть электрического счетчика имеет неограниченный угол отклонения (вращения). По своей конструкции счетчик представляет собой сочетание измерителя мощности (ваттметра) со счетным механизмом. Счетчики электрической энергии бывают: постоянного тока, однофазные – СО, активной энергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные) - САЗ и СА4, реактивной энергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные) - СРЗ и СР4, специального назначения. |
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 398. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |