Измерение величины постоянного и переменного напряжения. Вольтметр: описание прибора, принцип действия и назначение
Почти каждому из нас рано или поздно доводилось (или еще придется) столкнуться с задачей измерить электрическое напряжение.
Это может понадобиться вам в одной из бесконечного множества бытовых ситуаций, и хорошо бы заранее знать, как и при помощи чего это можно сделать.
Для измерения напряжения вам понадобится всего лишь один прибор под названием "мультиметр" и источник электроэнергии. Измерить напряжение завалявшейся батарейки, блока питания для ноутбука, оголенных проводов в квартире - это одни из наиболее частых применений.
В этой статье мы на примере рассмотрим как измерять напряжение электрической энергии при помощи бытового мультиметра.
В качестве примера, для чего это нужно знать каждому, можно привести несколько бытовых ситуаций: замерив напряжение на батарейке можно понять, насколько она "здорова", или может быть её уже можно выбрасывать; лампа в люстре не горит, хотя лампочка новая - стоит проверить, возможно проблема в проводке; при отключении электричества на щитке в подъезде не лишним будет убедиться, действительно ли вы обесточили всю квартиру. В общем, применений масса.
С задачами разобрались, теперь стоит рассказать о том, что вам для понадобится для измерений. В 99% бытовых ситуаций вам будет нужен лишь источник переменного или постоянного тока и "мультиметр" - прибор измеряющий напряжение, также называемый "тестером", и другие электрические показатели, а конкретно одна из его функций - вольтметр . Для домашних замеров подойдет самая простая модель, которую можно найти в магазине по цене от 200 рублей.
И совсем немного о токе. Напряжение электрического тока измеряется в вольтах (V) . Сам ток может быть постоянным (DCV) или переменным (ACV) . В розетке и домашней проводке ток всегда переменный, а у всего, где есть "+" и "-" (батареек, аккумуляторов и т.д.) постоянный. Первым делом определите, какой ток вы собрались измерять и выберите на мультиметре соответствующее положение переключателя: DCV - постоянный ток, ACV - переменный ток.
Цифровые значения на мультиметре - это максимальные измеряемые показатели. Если вы даже приблизительно не знаете какое напряжение вам предстоит измерить, начните с установки на самое высокое значение.
Стоит учесть, что многие современные мультиметры умеют сами определять какой ток на них подается - постоянный или переменный. Если ваш мультиметр из таких, то вместо положений переключателя DCV и ACV у вас будет одно положение - V. В таком случае просто выставьте его.
Как подключить провода мультиметра
У многих новичков после покупки часто возникает вопрос - куда вставлять провода (а если быть точным, то они называются щупы ) мультиметра и как это правильно сделать.
Большинство мультиметров имеют три разъема для подключения проводов и два провода - черный и красный. Черный провод вставляется в гнездо с надписью COM , красный же в гнездо, где в числе символов есть обозначение V .
Третье гнездо служит для замера высоких токов и для измерения напряжения оно нам не понадобится, а вообще в него при необходимости перетыкается красный провод, а черный всегда остается в одном гнезде.
Как измерить напряжение в розетке
Одной из самых частых задач является измерение напряжение в розетке либо в квартирной проводке. При помощи мультиметра это сделать очень просто. Как мы уже писали выше, в розетках течет переменный ток, поэтому для его измерения нужно выставить переключатель на мультиметре в зону ACV .
Мы знаем, что напряжение должно быть примерно 220 вольт, поэтому если у вас мультиметр как на примере с фотографии выше - выставьте переключатель на отметку больше предполагаемого значения , в данном случае на 750 в диапазоне ACV.
Настроив прибор самое время засунуть пальцы щупы в розетку. Не имеет разницы какой провод в какое отверстие розетки вставлять. В целом здесь бояться нечего, главное держаться за изолированную часть щупов и не касаться металлической их части (хотя сделать это довольно сложно даже при большом желании), а также не допускать их касания друг друга, пока они вставлены в розетку, иначе можно устроить короткое замыкание.
Если вы все сделали правильно на экране вашего мультиметра будет показано текущее напряжение в розетке и вашей внутриквартирной проводке.
В нашем случае это 235.8 вольт - в пределах нормы. Ровно 220V на экране вы никогда не увидите, так что погрешность в +-20 - это нормально.
Как измерить напряжение аккумулятора или батареи
Всевозможные батарейки и различные аккумуляторы, в общем все, где вы видите "+" и "-" - все это источники постоянного электрического тока. Измерить постоянное напряжение ни чуть не сложнее, чем переменное.
Для этого возьмите, к примеру, самую обыкновенную пальчиковую батарейку. Соедините красный провод мультиметра с "+" - вым контактом батарейки, а черный с "-" - вым . Если вы соедините их наоборот - ничего страшного не произойдет, просто на экране мультиметра показания будут отображаться со знаком "минус", примерно вот так.
Обычно напряжение на аккумуляторах маленькое, так что можно не бояться и прижимать щупы пальцами. До 20 вольт вы скорее всего ничего не почувствуете. В случае батарейки типа AAA - её максимальное напряжение 1.5 вольта, что совсем не страшно для человека.
Как мы видим из показаний мультиметра, напряжение в нашей батарейке 1.351 вольта, а значит батарейка еще вполне себе заряженная и может использоваться.
Аналогичным образом можно проверять любые другие элементы питания и измерять их вольтаж, и как вы теперь знаете, ничего сложного в этом нет.
В радиолюбительской практике это наиболее распространенный вид измерений. Например, при ремонте телевизора измеряются напряжения в характерных точках устройства, а именно на выводах транзисторов и микросхем. Если есть под рукой принципиальная схема, и на ней указаны режимы транзисторов и микросхем, то найти неисправность опытному мастеру не составит труда.
При налаживании конструкций, собранных своими руками, без измерения напряжений обойтись нельзя. Исключения составляют лишь классические схемы, про которые пишут примерно так: «Если конструкция собрана из исправных деталей, то наладки не требуется, заработает сразу».
Как правило, это классические схемы электроники, например, . Такой же подход может получиться даже к усилителю звуковой частоты, если он собран на специализированной микросхеме. Как наглядный пример TDA 7294 и еще много микросхем этой серии. Но качество «интегральных» усилителей невелико, и истинные ценители строят свои усилители на дискретных транзисторах, а порою на электронных лампах. И вот тут-то без налаживания и связанных с этим измерений напряжений просто не обойтись.
Как и что предстоит измерять
Показано на рисунке 1.
Рисунок 1.
Возможно, кто-то скажет, мол, что тут можно измерять? И какой смысл собирать подобную цепь? Да, практического применения для такой схемы найти, наверно, трудно. А для познавательных целей она вполне подойдет.
Прежде всего, следует обратить внимание на то, как подключается вольтметр. Поскольку на рисунке показана цепь постоянного тока, то и вольтметр подключается с соблюдением полярности, указанной на приборе в виде знаков «плюс» и «минус». В основном это замечание справедливо для стрелочного прибора: при несоблюдении полярности стрелка отклонится в обратную сторону, по направлению к нулевому делению шкалы. Так что получится какой-то отрицательный ноль.
Цифровые приборы, мультиметры, в этом плане более демократичны. Даже если подключены в обратной полярности, напряжение все равно будет измерено, только на шкале перед результатом появится знак «минус».
Еще на что следует обратить внимание при измерении напряжений это диапазон измерений прибора. Если предполагаемое напряжение находится в пределах, например, 10…200 милливольт, то такому диапазону соответствует шкала прибора 200 милливольт, а измерение упомянутого напряжения по шкале 1000 вольт вряд ли даст вразумительный результат.
Так же следует выбирать диапазон измерений и в других случаях. Для измеряемого напряжения 100 вольт вполне подойдет диапазон 200В и даже 1000В. Результат будет один и тот же. Это что касается .
Если же измерения производятся старым добрым стрелочным прибором, то для измерения напряжения 100В следует выбрать диапазон измерений, когда показания находятся в середине шкалы, что позволяет осуществить более точный отсчет.
И еще одна классическая рекомендация по использованию вольтметра, а именно: если величина измеряемого напряжения неизвестна, то измерения следует начинать, установив вольтметр на самый большой диапазон. Ведь если измеряемое напряжение будет 1В, а диапазон будет 1000В, самая большая опасность в неверных показаниях прибора. Если же получится наоборот, - диапазон измерений 1В, а измеряемое напряжение 1000, покупки нового прибора просто не избежать.
Что покажет вольтметр
Но, пожалуй, вернемся к рисунку 1, и попробуем определить, что, же покажут оба вольтметра. Для того, чтобы это определить, придется . Задачу можно решить за несколько шагов.
Во-первых, рассчитать ток в цепи. Для этого надо напряжение источника (на рисунке это гальваническая батарея с напряжением 1,5 В) разделить на сопротивление цепи. При последовательном соединении резисторов это будет просто сумма их сопротивлений. В виде формулы это выглядит примерно так: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (А) = 180 (мА).
Маленькое замечание: если выражение 4,5 / (100 + 150) скопировать в буфер обмена, затем вставить в окно виндоус-калькулятора, то после нажатия клавиши «равно» будет получен результат вычислений. На практике вычисляются еще более сложные выражения, содержащие квадратные и фигурные скобки, степени и функции.
Во-вторых, получить результаты измерений, как падение напряжения на каждом резисторе:
U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (В),
U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (В),
Для проверки правильности вычислений достаточно сложить оба получившиеся значения падения напряжений. Сумма должна быть равна напряжению батареи.
Возможно, у кого-то может возникнуть вопрос: «А если делитель будет не из двух резисторов, а из трех или даже из десяти? Как определить падение напряжения на каждом из них?». Точно так же, как и в описанном случае. Сначала надо определить общее сопротивление цепи и рассчитать общий ток.
После чего этот уже известный ток просто умножить на . Иногда такие вычисления делать приходится, но тут тоже есть одно но. Чтобы не сомневаться в полученных результатах ток в формулы следует подставлять в Амперах, а сопротивление в Омах. Тогда, вне всяких сомнений, результат получится в Вольтах.
Сейчас все привыкли пользоваться приборами китайского производства. Но это не говорит о том, что качество у них никудышное. Просто в отечестве никто не додумался до производства собственных мультиметров, а стрелочные тестеры делать, видимо, разучились. Просто обидно за державу.
Рис. 2. Мультиметр DT838
Когда-то в инструкциях к приборам указывались их технические характеристики. В частности для вольтметров и стрелочных тестеров это было входное сопротивление, и указывалось оно в Килоомах/Вольт. Были приборы с сопротивлением 10 К/В и 20 К/В. Последние считались более точными, поскольку меньше подсаживали измеряемое напряжение и показывали более точный результат. Сказанное можно подтвердить рисунком 3.
Рисунок 3.
Действующее напряжение U составляет 0,707 амплитудного напряжения Uм.
U = Uм/√2 = 0,707 * Uм, откуда можно сделать вывод, что Uм = U * √2 = 1,41 * U
Здесь уместно привести широко распространенный пример. При измерении переменного напряжения прибор показал 220В, значит, амплитудное значение по формуле получится
Uм = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310В.
Этот расчет подтверждается каждый раз, когда сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом после которого стоит хотя бы один электролитический конденсатор: если померить постоянное напряжение на выходе моста, то прибор покажет как раз 310В. Эту цифру следует запомнить, она может пригодиться при разработке и ремонте импульсных блоков питания.
Указанная формула справедлива для всех напряжений, если они будут иметь синусоидальную форму. Например, после понижающего трансформатора имеется 12В переменки. Тогда после выпрямления и сглаживания на конденсаторе получится
12 * 1,41 = 16,92 почти 17В. Но это если не подключена нагрузка. При подключенной нагрузке постоянное напряжение подсядет почти до 12В. В случае, когда форма напряжения иная, чем синусоида эти формулы не работают, приборы показывают не то, что от них ожидалось. На этих напряжениях измерения производятся другими приборами, например, осциллографом.
Еще один фактор, влияющий на показания вольтметра это частота. Например, цифровой мультиметр DT838 согласно своих характеристик меряет переменные напряжения в диапазоне частот 45…450Гц. Несколько лучше в этом плане выглядит старенький стрелочный тестер ТЛ4.
В диапазоне напряжений до 30В его частотный диапазон составляет 40…15000Гц (почти весь звуковой диапазон, можно пользоваться при настройке усилителей), но с увеличением напряжения допустимая частота падает. В диапазоне 100В это 40…4000Гц, 300В 40…2000Гц, а в диапазоне 1000В всего 40…700Гц. Вот тут уже бесспорная победа над цифровым прибором. Эти цифры также справедливы лишь для напряжений синусоидальной формы.
Хотя иногда и не требуется никаких данных о форме, частоте и амплитуде переменных напряжений. Например, как определить работает гетеродин коротковолнового приемника или нет? Почему приемник ничего не «ловит»?
Оказывается, все очень просто, если воспользоваться стрелочным прибором. Надо включить его на любой предел измерения переменных напряжений и одним щупом (!) коснуться выводов транзистора гетеродина. Если есть высокочастотные колебания, то они продетектируются диодами внутри прибора, и стрелка отклонится на некоторую часть шкалы.
Чтоб измерять ЭДС, либо напряжение на определенном источнике тока, пользуются прибором под названием Вольтметр. Для подключения Вольтметра к выводам источника измерений используют выносные щупы. По виду индикаторы делятся на цифровые и стрелочные.
Для того чтоб провести замеры переменного или постоянного тока, используют различные приборы. Приборы могут быть универсальными и измерять как один, так и другой вид тока. К ним можно отнести вольтметр марки «Э533»
Как постоянное, так и переменное напряжение измеряют в Вольтах. В латинском обозначается «V», в русском «В». Если напряжение постоянное, перед буквой ставится символ «-», если переменное «~ ». Допустим, сеть переменного тока обозначается двумя способами: ~220V либо 220В. На аккумуляторах и батарейках маркировка наносится без знака.
Напряжение батареек обозначается 1,5V либо 1,5В . Сеть автомобиля указывается следующим образом12В , 12V. В обязательном порядке наносится маркировка положительного вывода, знак «+». Для измерения каждого типа тока необходимы различные приборы. Это обусловлено тем, что полярность постоянного тока не изменяется во времени, а переменного изменяется. К примеру, у нас есть бытовая сеть с изменением 50 раз в 1 секунду. Частота изменений меряется в Герцах, 1 Гц равен 1 изменению полярности напряжения в 1 сек.
Как измерять напряжение в электропроводке бытовой сети
Требования ГОСТ 13109-97 гласят о том, что напряжение в электросети не должно превышать 220V±10%. Минимальное напряжение в таком случае будет равно 198 В, максимальное – 242 В. Если не стабильно работает бытовая техника, тускло горят или перегораю лампочки, первым делом следует измерить напряжение электрической проводки.
Перед измерениями подготавливаем прибор:
На картинке видно, что предел измерений в тестере установлен на 300 В, мультиметре – 700 В. Многие модели тестеров требуют установки переключателей в несколько положений: вид измерений (Омы, А, В); вид тока (-, ~), а так же установить концы щупов в необходимые гнезда. Мультиметр требует установку черного щупа в COM порт (каким бы измерение ни было), красного в V (измерение напряжения, частоты, сопротивления). Гнездо ma предназначено для измерения малых токов, 10 А гнездо для тока, не превышающего 10 А.
Осторожно! Если вы вставите штекер в разъем 10 А и будите мерить напряжение, прибор выйдет из строя. В случае если имеется предохранитель, это спасет прибор. Если нет, придется приобретать новый. Это происходит довольно таки часто. Встречал не мало приборов с перегоревшими резисторами. После всего проделанного, можно приступать к измерениям.
Если во время включения прибора на дисплее нет цифр, батарейки не вставлены или вышли из строя. Чаще всего мультиметры используют «Крону», которая обеспечивает питание 9 В. Такой батарейки хватит на год. Поэтому, если прибор долго не использовался, батарейка могла разрядиться. В стационарных условиях лучше пользоваться адаптером ~220В/–9В вместо кроны. Концы щупов вставляются в розетку.
Мультиметр начнет работать, а вот показания стрелочного прибора нужно уметь читать. На первый взгляд это довольно сложная операция. Прибор «ТЛ-4», который у меня более 40 лет, имеется 5 шкал. Верхняя шкала предназначена для показаний, которые кратны 1 (0,1, 1 и так далее).
Шкала ниже для чисел, кратных 3 (0,3, 3 и так далее). Если измеряется переменный ток, величина которого 1 В, 3 В, имеется 2 вспомогательные шкалы. Под сопротивление нанесена специальная шкала. Все тестеры сделаны по этому принципу, только кратность чисел может отличаться.
Мы будем снимать показания со второй шкалы, умножая их на 100. Потому, что щуп вставлен в «~300В». Цена малого деления 0,1. Следовательно, 2,3+учтем, что стрелка между штрихами, получается 2,35*100=235 В. Это напряжение находится в пределах допустимого. Если при измерениях наблюдается постоянное отклонение стрелки, необходимо проверить контакт соединений. Если он плохой, проведите ревизию.
Как измерять напряжение постоянного тока батарейки
аккумулятора или блока питания
Поскольку источник тока не более 24 В, что не грозит жизни человека, можно не придерживаться мер безопасности. Чтоб определить пригодность батарейки, блока питания или аккумулятора к дальнейшей работе, следует измерить напряжения на выводах. На батарейке выводы располагаются на торцах. Положительный нанесен в виде знака «+»
Измерение постоянного тока ни чем не отличается от измерений переменного. Стоит только установить прибор в необходимый диапазон измерения и мерить, придерживаясь полярности.
Чтоб провести более точную оценку емкости, необходимо мерить напряжение под нагрузкой, которая подается к полюсам. Для батарейки, напряжением 1,5 В подойдет нагрузка в виде лампы накаливания на 1,5 В. Чтоб было удобно проводить испытательные работы, ее можно припаять к батарейке через проводники. Если отклонение напряжения от нормы не более 15%, батарейка пригодна.
Если прибора нет в наличии, определить степень разряда можно по свечению лампочки. Однако, такой способ не даст гарантии. Он лишь подтвердит, что на данный момент батарейку можно использовать. Если свечение лампочки тусклое, не выкидывайте батарейку. Ее можно установить в настенные часы, в которых она еще прослужит долгий срок. Все потому, что потребляемый ток часов слишком мал.
Общие сведения. Необходимость измерения напряжения на практике возникает очень часто. В электротехнических и радиотехнических цепях и устройствах чаще всего измеряют напряжение постоянного и переменного (синусоидального и импульсного) тока.
Напряжение постоянного тока (рис. 3.5, а ) выражается, как . Источниками такого напряжения являются генераторы постоянного тока и химические источники питания.
Рис. 3.5. Временные диаграммы напряжений: постоянного (а), переменного синусоидального (б) и переменного импульсного (в) тока
Напряжение переменного синусоидального тока (рис. 3.5, б ) выражается как и характеризуется среднеквадратичным и амплитудным значениями:
Источниками такого напряжения являются низко- и высокочастотные генераторы , электросеть.
Напряжение переменного импульсного тока (рис. 3.5 в ) характеризуется амплитудным и средним (постоянная составляющая) значениями напряжения. Источником такого напряжения являются импульсные генераторы с сигналом разной формы.
Основной единицей измерения напряжения является вольт (В).
В практике электротехнических измерений широко используются дольные и кратные единицы:
Киловольт (1 кВ - В);
Милливольт (1мВ - В);
Микровольт (1 мкВ - В).
Международные обозначения единиц измерения напряжения приведены в Приложении 1.
В каталоговой классификации электронные вольтметры обознача-ются следующим образом: В1 — образцовые, В2 — постоянного тока, ВЗ — переменного синусоидального тока, В4 — переменной) импульс-ного тока, B5 — фазочувствительные, В6 — селективные, В7 — уни-версальные.
На шкалах аналоговых индикаторов и на лицевых панелях (на пе-реключателях пределов) отечественных и зарубежных электронных и электромеханических вольтметров применяются следующие обо-значения: V — вольтметры, kV — киловольтметры, mV — милливольт-метры, V — микровольтметры.
Измерение напряжения постоянного тока. Для измерения напря-жения постоянного тока используются электромеханические вольт-метры и мультиметры, электронные аналоговые и цифровые вольт-метры, электронные осциллографы.
Электромеханические вольтметры непосредственной опенки измеряемой величины составляют большой класс приборов аналого-вого типа и имеют следующие достоинства:
Возможность работы без подключения к источнику питания;
Малые габаритные размеры;
Меньшая цена (по сравнению с электронными);
Простота конструкции и удобство эксплуатации.
Чаще всего при электротехнических измерениях в сильноточных цепях используются вольтметры на основе электромагнитной и элек-тродинамической систем, в слаботочных цепях — магнитоэлектриче-ской системы . Поскольку все названные системы сами являются из-мерителями силы тока (амперметрами), то для создания на их основе вольтметров необходимо увеличить внутреннее сопротивление при-бора, т.е. подключить последовательно с измерительным механизмом добавочный резистор (рис. 3.6, а).
Вольтметр подключается к исследуемой цепи параллельно (рис. 3.6, б), и его входное сопротивление должно быть достаточно большим.
Для расширения диапазона измерения вольтметра также использу-ют добавочный резистор, который подключают к прибору последова-тельно (рис. 3.6, в).
Значение сопротивления добавочного резистора определяется по формуле:
Рис. 3.6. Схема создания вольтметра на основе амперметра (а ), подключение вольтметра к нагрузке (6 ), подключение добавочного резистора к вольтметру (в )
Где — число, показывающее, во сколько раз расширяется предел измерения вольтметра:
где — исходный предел измерения;
— новый предел измерения.
Добавочные резисторы, размещенные внутри корпуса прибора, называются внутренними, подключенные к прибору снаружи — внешними. Вольтметры могут быть многопредельными. Между пределом измерения и внутренним сопротивлением многопредельного вольтметра существует прямая зависимость: чем больше предел измерения, тембольше сопротивление вольтметра.
Электромеханические вольтметры имеют следующие недостатки:
Ограниченный диапазон измерения напряжений (даже в многопредельных вольтметрах);
Малое входное сопротивление, следовательно, большое собственное потребление мощности из исследуемой цепи.
Этими недостатками электромеханических вольтметров обусловлено предпочтительное использование для измерения напряжения в электронике электронных вольтметров.
Электронные аналоговые вольтметры постоянного тока построены по схеме, представленной на рис. 3.7. Входное устройство состоит из эмиттерного повторителя (для увеличения входного сопро-тивления) и аттенюатора — делителя напряжения.
Преимущества электронных аналоговых вольтметров по сравнению с аналоговыми очевидны:
Рис. 3.7. Структурная схема электронного аналогового вольтметра постоянного тока
Широкий диапазон измерения напряжений;
Большое входное сопротивление, следовательно, малое собствен-ное потребление мощности из исследуемой цепи;
Высокая чувствительность благодаря наличию усилителя на входе прибора;
Невозможность перегрузок.
Вместе с тем электронные аналоговые вольтметры имеют ряд не-достатков:
Наличие источников питания, большей частью стабилизирован-ных;
Большая, чем у электромеханических вольтметров, приведенная относительная погрешность (2,5-6%);
Большие массогабаритные размеры, более высокая цена.
В настоящее время аналоговые электронные вольтметры постоян-ного тока применяются недостаточно широко, так как по своим пара-метрам заметно уступают цифровым вольтметрам.
Измерение напряжения переменного тока.
Для измерения напря-жения переменного тока используются электромеханические вольт-метры и мультиметры, электронные аналоговые и цифровые вольт-метры, электронные осциллографы.
Рассмотрим недорогие и достаточно точные электромеханиче-ские вольтметры. Делать это целесообразно по частотным диапазо-нам.
На промышленных частотах 50, 100, 400 и 1000 Гц широко приме-няются вольтметры электромагнитной, электродинамической, ферро-динамической, выпрямительной, электростатической и термоэлектри-ческой систем.
На низких частотах (до 15-20 кГц) применяются вольтметры вы-прямительной, электростатической и термоэлектрической систем.
На высоких частотах (до единиц — десятков мегагерц) используют-ся приборы электростатической и термоэлектрической систем.
Для электротехнических измерений широко используются универ-сальные приборы — мультиметры.
Мультиметры (тестеры, ампервольтомметры, комбинированные приборы) позволяют измерять множество параметров: силу постоянного и переменного тока, напряжение постоянного и переменного тока, сопро-тивление резисторов, емкость конденсаторов (не все приборы), некото-рые статические параметры маломощных транзисторов ( , , и ).
Мультиметры выпускаются с аналоговым и цифровым отсчетом.
Широкое использование мультиметров объясняется следующими ихпреимуществами:
Многофункциональность, т.е. возможность использования в каче-стве амперметров, вольтметров, омметров, фарадомеров, измерителей параметров маломощных транзисторов:
Широкий диапазон измеряемых параметров благодаря наличию нескольких пределов измерения по каждому параметру;
Возможность использования в качестве переносных приборов, поскольку отсутствует сетевой источник питания;
Небольшие массогабаритные размеры;
Универсальность (возможность измерения переменных и постоянных токов и напряжений),
Мультиметры имеют также ряд недостатков:
Узкий частотный диапазон применимости;
Большое собственное потребление мощности из исследуемой 1 цепи;
Большая приведенная погрешность у аналоговых (1,5; 2,5 и 4) и у цифровых мультиметров;
Непостоянство внутреннего сопротивления на различных пределах 4 измерения силы тока и напряжения.
По отечественной каталоговой классификации мультиметры имеют обозначение Ц43 и далее номер модели, например, Ц4352.
Для определения внутреннего сопротивления аналогового мультиметра на включенном пределе измерения в паспорте прибора может 1 быть приведено удельное сопротивление. Например, в паспорте тестера Ц4341 удельное сопротивление = 16,7 кОм/В, пределы измерения по напряжению постоянного тока составляют 1,5 — 3 — 6 — 15 В.
В этом случае сопротивление мультиметра на пределе 6 В постоянного тока определяют по формуле:
В паспорте прибора могут быть приведены сведения, необходимые для расчета сопротивления по закону Ома .
Если тестер используется как вольтметр, то его входное сопротивление определяется по формуле:
где - выбранный предел измерения;
Значение силы тока в выбранном пределе (указанное на задней пане ли прибора или в его паспорте).
Если тестер используется как амперметр, то его входное сопротив-ление определяется по формуле:
Где — выбранный предел измерения;
— значение напряжения, приведенное на задней панели прибора или в его паспорте.
Например, в паспорте тестера Ц4341 приведено падение напря-жения на приборе, равное 0,3 В в пределах 0,06 — 0,6 — 6 — 60 — 600 мА постоянного тока, и падение напряжения 1,3 В в пределах: 0,3 — 3 — 30 — 300 мА переменного тока. Входное сопротивление мультиметра в пределе 3 мА переменного тока составит
Электронные аналоговые вольтметры переменного тока по-строены по одной из структурных схем (рис. 3.8), которые различа-ются последовательностью расположения основных блоков - усили-теля и преобразователя (детектора) напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Свойства этих вольтметров во многом зависят от выбранной схемы.
Рис. 3.8. Структурные схемы электронных аналоговых вольтметров переменного тока тина У—Д (а ) и типа Д—У (б)
Вольтметры первой группы - типа усилитель-детектор (У—Д) — имеют высокую чувствительность, что связано с наличием дополни-тельного усилителя. Поэтому все микро- и милливольтметры построе-ны по схеме У—Д. Однако частотный диапазон таких вольтметров неширок (до единиц мегагерц), так как создание широкополосного усилителя переменного тока связано с определенными трудностями. Вольтметры типа У—Д относятся к не универсальным (подгруппа ВЗ), т.е. могут измерять только напряжение переменного тока.
Вольтметры второй группы — типа детектор—усилитель (Д—У) -имеют широкий частотный диапазон (до единиц гигагерц) и низкую чувствительность. Вольтметры этого типа относятся к универсаль-ным (подгруппа В7), т.е. измеряют напряжение не только перемен-ного, но и постоянного тока; могут измерять напряжение значитель-ного уровня, так как обеспечить большое усиление с помощью УНТ несложно.
В вольтметрах обоих типов важную функцию выполняют преоб-разователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока — детекторы, которые по функции преобразования входного на-пряжения в выходное можно классифицировать на три типа: ампли-тудного, среднеквадратичного и средневыпрямленного значения.
От типа детектора во многом зависят свойства прибора. Вольт-метры с детектором амплитудного значения являются самыми высо-кочастотными; вольтметры с детектором среднеквадратичного значе-ния позволяют измерять напряжение переменного тока любой формы; вольтметры с детектором средневыпрямленного значения пригодны для измерения напряжения только гармонического сигнала и являют-ся самыми простыми, надежными и недорогими.
Детектор амплитудного значения представляет собой устройство, напряжение на выходе которого соответствует амплитудному значе-нию измеряемого сигнала, что обеспечивается путем запоминания на-пряжения на конденсаторе.
Чтобы цепь реальной нагрузки любого детектора эффективно от-фильтровывала полезный сигнал и подавляла нежелательные высоко-частотные гармоники, следует выполнить условие:
Или , (3.12)
где — емкость выходного фильтра;
— сопротивление нагрузки детектора.
Второе условие хорошей работы детектора:
На рисунке 3.9 приведены структурная схема и временные диа-граммы выходного напряжения детектора амплитудного значения с параллельным включением диода и закрытым входом. Детектор с за-крытым входом имеет последовательно включенный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую. Рассмотрим работу та-кого детектора при подаче на его вход синусоидального напряжения .
Рис. 3.9. Структурная схема детектора амплитудного значении параллельным включением диода и закрытым входом (а) и временные диаграммы напряжении (б) При поступлении положительной полуволны синусоиды конденса-тор С заряжается через диод VD, который в открытом состоянии имеет малое сопротивление .
Постоянная времени заряда конден-сатора мала, и конденсатор быстро заряжается до макси-мального значения . При смене полярности входного сигнала диод закрыт и конденсатор медленно разряжается через сопротивление на-грузки , которое выбирается большим — 50-100 МОм.
Таким обра-зом, постоянная разряда оказывается значительно больше периода синусоидального сигнала . В результате конденсатор остается заряженным до напряжения, близкого к .
Изменение напряжения на нагрузочном резисторе определяется разностью амплитуд входного напряжения и напряжения на кон-денсаторе .В результате выходное напряжение бу-дет пульсирующим с удвоенной амплитудой измеряемого напряжения (см. рис. 3.9, б).
Это подтверждается следующими математическими выкладками:
при , , при , при .
Для выделения постоянной составляющей сигнала вы-ход детектора подключен к емкостному фильтру, подавляющему всё остальные гармоники тока.
На основании изложенного следует вывод: чем меньше период ис-следуемого сигнала (чем больше его частота), тем точнее выполняется равенство , что объясняет высокочастотные свойства детектора. При использовании в работе вольтметров с детектором амплитудного значения следует иметь в виду, что эти приборы чаще всего градуиру-ются в среднеквадратичных значениях синусоидального сигнала, т.e показания индикатора прибора равны частному от деления амплитудного значения на коэффициент амплитуды синусоиды:
где — коэффициент амплитуды.
Детектор среднеквадратичного значения (рис. 3.10) преобразу-ет напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, про-порциональное квадрату среднеквадратичного значения измеряемого напряжения. Следовательно, измерение среднеквадратичного напряжения связано с выполнением трех операций: возведения в квадрат мгновенного значения сигнала, усреднения его значения и извлечение корня из результата усреднения (последняя операция обеспечивается градуировкой шкалы вольтметра). Возведение в квадрат мгновенного значения сигнала обычно осуществляется диодной ячейкой путем использования квадратичного участка его характеристики.
Рис. 3.10. Детектор среднеквадратичного значения: а — диодная ячейка; б — ВАХ диода
В диодной ячейке VD, R1 (см. рис. 3.10, а) постоянное напряжение приложено к диоду VD таким образом, что он оказывается закры-тым до тех пор, пока измеряемое напряжение () на резисторе R2 не превысит значение .
Начальный участок вольтамперной характеристики диода имеет малую протяженность (см. рис. 3.10, б), поэтому квадратичную часть искусственно удлиняют методом кусочно-линейной аппроксимации путем использования нескольких диодных ячеек.
При конструировании вольтметров среднеквадратичного значения возникают трудности с обеспечением широкого частотного диапазона. Несмотря на это такие вольтметры являются самыми востребованны-ми, так как ими можно измерять напряжение любой сложной формы.
Детектор средневыпрямленного значения преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, пропорциональное средневыпрямленному значению напряжения. Выходной ток измери-тельного прибора с таким детектором аналогичен выходному току вы-прямительной системы.
Напряжения переменного тока, действующие в электронных устройствах, могут изменяться во времени по различным законам. На-пример, напряжение на выходе задающего генератора связного радио-передатчика изменяется по синусоидальному закону, на выходе генера-тора развертки осциллографа импульсы имеют пилообразную форму, синхроимпульсы полного телевизионного сигнала прямоугольные.
На практике приходится проводить измерения в различных участ-ках схем, напряжения в которых могут отличаться по значению и по форме. Измерение напряжения несинусоидальной формы имеет свои особенности, которые необходимо учитывать, чтобы не допустить оши-бок.
Очень важно правильно выбрать тип прибора и способ пересчета показаний вольтметра в значение необходимого параметра измеряемо-го напряжения. Для этого необходимо четко представлять себе, каким образом производится оценка и сравнение напряжений переменного тока и как влияет форма напряжения на значения коэффициентов, свя-зывающих между собой отдельные параметры напряжения.
Критерием оценки напряжения переменного тока любой формы служит связь с соответствующим напряжением постоянного тока по одинаковому эффекту теплового действия (среднеквадратичное зна-чение U ), определяемое выражением
где — период повторения сигнала;
— функция, описывающая закон изменения мгновенного значения на-пряжения. Далеко не всегда в распоряжении оператора может оказаться вольт-метр, с помощью которого можно измерить нужный параметр напряжения. В таком случае необходимый параметр напряжения измеряется косвенно с помощью имеющегося вольтметра, с использованием коэффициентов амплитуды и формы . Рассмотрим пример расчета необходимых параметров напряжения синусоидальной формы.
Необходимо определить амплитудное () и средневыпрямленное () значения напряжения синусоидальной формы вольтметром, градуированным в среднеквадратичных значениях напряжения синусоидальной формы, если прибор показал .
Расчет выполняем следующим образом. Так как вольтметр градуирован в среднеквадратичных значениях , то в приложении 3 для дан-ного прибора показание 10 В соответствует прямому отсчету по шкале среднеквадратичного значения, т.е.
Переменное напряжение характеризуется средним, амплитудным) (максимальным) и среднеквадратичным значениями.
Среднее значение (постоянная составляющая) за период переменного напряжения:
Максимальное значение — это наибольшее мгновенное значение переменного напряжения за период сигнала:
Средневыпрямленное значение — это среднее напряжение на вы-ходе двухполупериодного выпрямителя, имеющего на входе перемен-ное напряжение :
Соотношение среднеквадратичного, среднего и максимального зна-чений напряжения переменного тока зависит от его формы и в общем виде определяются двумя коэффициентами:
(коэффициент амплитуды), (3.18)
(коэффициент формы). (3.19)
Значения этих коэффициентов для напряжений разной формы иих соотношения приведены в табл. 3.1
Таблица 3.1
Значения и для напряжений разной формы
Примечание , - скважность: .
В ряде приборов напряжение оценивают не в абсолютных единицах измерения (В, мВ, мкВ), а в относительной логарифмической единице — децибеле (dB, или дБ). Для упрощения перехода абсолютных единиц в относительную и, наоборот, большинство аналоговых вольте метров (автономных и встроенных в другие приборы: генераторы, мультиметры, измерители нелинейных искажений) наряду с обычной шкалой имеют децибельную. Эта шкала отличается четко выраженной нелинейностью, что при необходимости позволяет получать результат сразу в децибелах, без соответствующих расчетов и применения таблиц перевода. Чаще всего у таких приборов нуль шкалы децибел соответствует входному напряжению 0,775 В.
Напряжение больше условного нулевого уровня характеризуется положительными децибелами, меньше этого уровня — отрицательными. На переключателе пределов каждый поддиапазон измерения отличается по уровню от соседнего на 10 дБ, что соответствует кратности по напряжению 3,16. Показания, снятые по шкале децибел, алгебраически складываются с показаниями на переключателе пределов измерения, а не перемножаются, как в случае абсолютного отсчета напряжений.
Например, переключатель пределов установлен на «- 10 dB», при этом стрелка индикатора установилась на отметку «- 0,5 dB». Суммар-ный уровень составит: ---- 10 + (- 0,5) = - 10,5 dB, И основу перевода напряжения из абсолютных значений в относительные положена формула
Где = 0,775В.
Поскольку бел — большая единица, то на практике применяют дольную (десятую) часть бела — децибел.
Импульсные и цифровые вольтметры. При измерении импульсных напряжений с малой амплитудой применяют предварительное усиление импульсов. Структурная схема аналогового импульсного вольтметра (рис. 3.11) состоит из выносного пробника с эмиттерным повторителем, аттенюатора, широкополосного предварительного усилителя, детектора амплитудного значения, усилителя постоянного тока (УПТ) и электромеханического индикатора. Вольтметры, реа-лизованные по этой схеме, непосредственно измеряют напряжения 1 мВ - 3 В с погрешностью ± (4 — 10)%, длительностью импульсов 1 - 200 мкс и скважностью 100 ... 2500.
Рис. 3.11.т Структурная схема импульсного вольтметра
Для измерения малых напряжений в широком диапазоне длитель-ностей (от наносекунд до миллисекунд) применяют вольтметры, рабо-тающие на основе автокомпенсационного метода.
Электронные цифровые вольтметры имеют существенные преиму-щества перед аналоговыми:
Высокая скорость измерений;
Исключение возможности возникновения субъективной ошибки оператора;
Малая приведенная погрешность.
Благодаря этим преимуществам цифровые электронные вольтмет-ры широко используются для измерения. На рисунке 3.12 приведена упрощенная структурная схема цифрового вольтметра.
Рис. 3.12. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра
Входное устройство предназначено для создания большого вход-ного сопротивления, выбора пределов измерения, ослабления помех, автоматического определения полярности измеряемого напряжения постоянного тока. В вольтметрах переменного тока входное устрой-ство включает в себя также преобразователь напряжения перемен-ного тока в постоянный.
С выхода входного устройства измеряемое напряжение подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в котором напряжение преобразуется в цифровой (дискретный) сигнал в виде электрического кода или импульсов, количество которых про-порционально измеряемому напряжению. Результат появляется на табло цифрового индикатора. Работой всех блоков управляет устрой-ство управления.
Цифровые вольтметры в зависимости от типа АЦП подразделяют-ся на четыре группы: кодоимпульсные, времяимпульсные, частотно-импульсные, пространственного кодирования.
В настоящее время широко применяются цифровые времяимпульсные вольтметры , преобразователи которых выполняют промежуточное преобразование измеряемого напряжения в пропорцио-нальный интервал времени, заполняемый импульсами с известной частотой повторения. В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на входе АЦП имеет вид пачки счетных импульсов, количество которых пропорционально измеряе-мому напряжению.
Погрешность времяимпульсных вольтметров определяется погрешностью дискретизации измеряемого сигнала, нестабильностью частоты счетных импульсов, наличием порога чувствительности схемы сравнения, нелинейностью преобразованного напряжения на входе схемы сравнения.
Различают несколько вариантов схемотехнических решений при построении времяимпульсных вольтметров. Рассмотрим принцип работы время импульсного вольтметра с генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН).
На рисунке 3.13 представлены структурная схема цифрового времяимпульсного вольтметра с ГЛИН и временные диаграммы, поясняющие его работу.
Дискретный сигнал измерительной информации па выходе преоб-разователя имеет вид пачки счетных импульсов, количество которых пропорционально значению входного напряжения . С выхода ГЛИН на входы 1 устройств сравнения поступает линейно нарастающее во времени напряжение . Вход 2 устройства сравнения II соединен с корпусом.
В момент равенства на входе устройства сравнения II и на его выходе возникает импульс, который подается на единичный вход триггера (Т), вызывая появление сигнала на его выходе. Триггер возвращается в исходное положение импульсом, поступающим с выхода устройства сравнения II. Этот сигнал появляется в момент равенства линейно нарастающего напряжения и измеряемого . Сформированный таким образом сигнал длительностью (где — коэффициент преобразования) подается на вход 1 схемы логиче-ского умножения И, а на вход 2 поступает сигнал с генератора счетных импульсов (ГСИ). Импульсы следуют с частотой . Импульсный сигнал появляется тогда, когда на обоих входах есть импульсы, т.е. счетные импульсы проходят при наличии сигнала на выходе триггера.
Рис. 3.13. Структурная схема (а) ивременное диаграммы (б) цифрового времяимпульсного вольтметра с ГЛИН
Счетчик импульсов подсчитывает количество прошедших импуль-сов (с учетом коэффициента преобразования). Результат измерения отображается на табло цифрового индикатора (ЦИ). Приве-денная формула не учитывает погрешность дискретности из-за несовпа-дения появления счетных импульсов с началом и концом интервала
Кроме того, большую погрешность вносит фактор нелинейности коэффициента преобразования . В результате цифровые время импульсные вольтметры с ГЛИН являются наименее точными среди цифровых вольтметров.
Цифровые вольтметры с двойным интегрированием отличаются от времяимпульсных вольтметров принципом работ Ы. В них в тече-ние времени цикла измерения формируются два временных интервала — и . В первом интервале обеспечивается интегрирование измеряемого напряжения , во втором — опорного напряжения. Вре-мя цикла измерения предварительно устанавливают кратным периоду действующей на входе помехи, что приводит к улучшению помехоустойчивости вольтметра.
На рисунке 3.14 приведены структурная схема цифрового вольтме-тра с двойным интегрированием и временные диаграммы, поясняющие его работу.
Рис. 3.14. Структурная схема (а) и временные диаграммы (6) цифрового вольтметра с двойным интегрированием
При (в момент начала измерения) управляющее устройство вырабатывает калиброванный импульс с длительностью
, (3.21) переводит ключ в положение 2 и от источника образцового напряжения (ИОН) в интегратор подает-ся образцовое отрицательное напряжение становится равным нулю, устройство сравнения выдает сигнал, по-ступающий на триггер, и возвращает последний в исходное состояние. На выходе триггера сформированный импульс напряжения
; ; (3.25)
Из полученных соотношений следует, что погрешность результата измерения зависит только от уровня образцового напряжения, а не от нескольких параметров (как в кодоимпульсном вольт метре), но здесь также имеет место погрешность дискретности.
Преимуществами вольтметра с двойным интегрированием являются высокая помехозащищенность и более высокий класс точ-ности (0,005-0,02%) по сравнению с вольтметрами с ГЛИН.
Цифровые вольтметры со встроенным микропроцессором являются комбинированными и относятся к вольтметрам наивысшего класса точности. Принцип их работы основан на методах поразрядного уравновешивания и времяимпульсного интегрирующего преобразования.
Микропроцессор и дополнительные преобразователи, включенные в схему такого вольтметра, расширяют возможности при-бора, делая его универсальным в части измерения большого числа параметров. Такие вольтметры измеряют напряжение постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление резисторов, часто-ту колебаний и другие параметры. При использовании совместное с осциллографом могут измерять временные параметры: период, длительность импульсов и т.д. Наличие в схеме вольтметра микропроцессора позволяет осуществлять автоматическую коррекциям погрешности измерений, диагностику отказов, автоматическую калибровку.
На рисунке 3.15 приведена структурная схема цифрового вольтметра со встроенным микропроцессором.
Рис. 3.15. Структурная схема цифрового вольтметра со встроенным микропроцессором
С помощью соответствующих преобразователей блок нормали-зации сигналов приводит входные измеряемые параметры (97 стр) к унифицированному сигналу , поступающему на вход АЦП, ко-торый выполняет преобразование методом двойного интегрирования. Выбор режима работы вольтметра для заданного вида измерений осу-ществляет блок управления АЦП с дисплеем. Этот же блок обеспечи-вает нужную конфигурацию системы измерения.
Микропроцессор является основой блока управления и связан с другими блоками через сдвигающие регистры. С помощью клавиа-туры, находящейся на панели управления, обеспечивается управление микропроцессором. Управление может осуществляться также и через стандартный интерфейс подключаемого канала связи. В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранится программа работы микро-процессора, которая реализуется с помощью оперативного запомина-ющего устройства (ОЗУ).
Встроенные высокостабильные и точные резистивные делители опорного напряжения, дифференциальный усилитель (ДУ) и ряд внеш-них элементов (аттенюатор, устройство выбора режима, блок опорного напряжения ) выполняют непосредственно измерения. Все блоки синхронизируются сигналами от генератора тактовых импульсов.
Включение в схему вольтметра микропроцессора и ряда дополнительных преобразователей позволяет выполнять автоматическую коррекцию погрешностей, автоматическую калибровку и диагностику отказов.
Основными параметрами цифровых вольтметров являются точность преобразования, время преобразования, пределы изменения входной величины, чувствительность.
Точность преобразования определяется погрешностью квантова-ния по уровню, характеризуемой числом разрядов в выходном коде.
Погрешность цифрового вольтметра имеет две составляющие. Пер-вая составляющая (мультипликативная) зависит от измеряемой вели-чины, вторая составляющая (аддитивная) не зависит от измеряемой величины.
Такое представление связано с дискретным принципом измерения аналоговой величины, так как в процессе квантования возникает абсо-лютная погрешность, обусловленная конечным числом уровней квантования. Абсолютная погрешность измерения напряжения выражается как
знаков) или ( знаков), (3.27)
где — действительная относительная погрешность измерения;
— значение измеряемого напряжения;
— конечное значение на выбранном пределе измерения;
т знаков — значение, определяемое единицей младшего разряда ЦИ (аддитивная погрешность дискретности). Основную действительную относительную погрешность измере-ния можно представить и в другом виде:
Где a, b — постоянные числа, характеризующие класс точности прибора.
Первое слагаемое погрешности (а) не зависит от показаний при-бора, а второе (b) увеличивается при уменьшении .
Время преобразования — это время, затрачиваемое на выполнение одного преобразования аналоговой величины в цифровой код.
Пределы изменения входной величины — это диапазоны преобразования входной величины, которые полностью определяются числом разрядов и «весом» наименьшего разряда.
Чувствительность (разрешающая способность) — это наименьшее различимое преобразователем изменение значения входной величины.
К основным метрологическим характеристикам вольтметров, которые необходимо знать для правильного выбора прибора, относятся следующие характеристики:
Параметр измеряемого напряжения (среднеквадратичное, ампли-тудное);
Диапазон измерения напряжения;
Частотный диапазон;
Допустимая погрешность измерений;
Входной импеданс ().
Эти характеристики приводятся в техническом описании и паспор-те прибора.
1. Что называется амплитудным, средним, средневыпрямленным и средним квадратическим значениями напряжения?
2. Какие коэффициенты устанавливают связь между амплитудным и средним квадратическим, средним квадратическим и средним значениями напряжения? Чему равны эти коэффициенты для гармонической формы сигнала?
3. Из – за чего может появиться методическая погрешность при измерении несинусоидального сигнала? Приведите примеры приборов, в которых наблюдается такая погрешность?
4. На какие виды классифицируются вольтметры?
5. В чем состоят особенности измерения электрического напряжения?
6. Почему при построении вольтметра применяется преобразователь электрического напряжения в пропорциональное ему значение электрического тока?
7. Какие функции выполняет добавочный резистор?
9. Какие необходимо соблюдать требования при выборе прибора с целью уменьшения методической погрешности?
10. Какие системы измерительных механизмов применяют для измерения напряжения постоянного тока, напряжения тока промышленной частоты, напряжения токов звуковых и высоких частот?
11. Какие аналоговые вольтметры наиболее чаще применяют для измерения напряжения постоянного тока? Почему?
12. В чем заключаются особенности измерения напряжения электростатическим вольтметром?
13. Приборы каких систем применяют для измерения напряжения промышленной частоты?
14. Особенности измерения электрического напряжения приборами электродинамической системы.
15. Опишите конструктивные особенности и принцип действия измерительного трансформатора по напряжению.
16. Назовите особенности измерения напряжения переменного тока на НЧ.
17. Назовите особенности измерения напряжения переменного тока на ВЧ и СВЧ.
18. Приведите основные схемы построения электронных аналоговых вольтметров и их отличия.
19. Поясните метод число – импульсного преобразования напряжения в код.
20. Поясните метод поразрядного кодирования.
21. Что представляет собой цифровой измерительный прибор (ЦИП)?
22. Какие основные элементы схемы содержит любой ЦИП?
23. Для чего предназначен аналого – цифровой преобразователь (АЦП)?
24. Какие преобразования осуществляются в АЦП?
25. Что представляет собой дискретизация по времени?
26. Что представляет собой дискретизация по уровню?
27. К чему сводится процесс квантования?
28. Вносится ли погрешность измерения в результат при дискретизация по времени и дискретизация по уровню? Поясните.
29. Почему ЦИП получили название цифровые приборы?
30. Что представляет собой кодирование?
31. Для чего служит цифровое отсчетное устройство (ЦОУ)?
32. В каком устройстве цифровой код преобразуется в десятичную систему счисления?
33. Перечислите достоинства и недостатки ЦИП.
V – РАЗДЕЛ
Тема: Общие сведения и методы измерения частоты
1. Что представляет собой частота переменного тока?
2. Чему равен 1Гц?
3. Как частота и длина волны связаны между собой?
4. Какие существуют методы измерения частоты?
5. От чего зависит выбор метода измерения частоты?
6. Какие методы и приборы применяют для измерения частоты звукового диапазона?
7. Какие методы и приборы применяют для измерения частоты в диапазоне НЧ?
8. Опишите принцип измерения частоты электродинамическим и ферродинамическим логометрами.
9. Опишите конструкцию и принцип действия вибрационного частотомера.
10. На каких частотах используется метод сравнения?
11. Что представляют собой осциллографические методы измерения частоты?
12. Опишите особенности измерения частоты методом Фигур Лиссажу.
13. Опишите особенности измерения частоты методом круговой развертки.
14. В чем заключается принцип работы гетеродинного частотомера? (Метод нулевых биений).
15. В чем заключается принцип работы вибрационного частотомера?
16. Какова основная область применения резонансного метода измерения частота?
17. На чем основан принцип действия цифрового электронно – счетного частотомера?
18. Опишите принцип построения структурной схемы и принцип работы цифрового электронно – счетного частотомера.
ТЕМА: ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ .
1. Что называется текущей фазой?
2. Что называется начальной фазой?
3. Что называется фазовым сдвигом между двумя гармоническими сигналами?
4. Как определяется фазовый сдвиг?
5. Между какими электрическими сигналами осуществляется измерение фазового сдвига?
6. По каким причинам в электрической цепи может возникнуть фазовый сдвиг?
7. Чему равен фазовый сдвиг между синфазными сигналами?
8. Чему равен фазовый сдвиг между сигналами, которые находятся в противофазе и квадратуре?
9. Как называются приборы для измерения разности фаз? Приведите их классификацию.
10. Как называются устройства, предназначенные для искусственного внесения фазового сдвига?
11. В каких единицах измерения выражается фазовый сдвиг?
12. Какие методы измерения используются для измерения фазового сдвига?
13. Опишите особенности измерения фазового сдвига электромеханическими фазометрами.
14. Что представляют собой осциллографические методы измерения фазового сдвига?
15. Опишите метод линейной развертки.
16. Что представляет собой метод синусоидальной развертки?
17. Опишите принцип определения фазового сдвига методом эллипса.
18. Опишите принцип определения фазового сдвига методом круговой развертки.
Тема: Общие сведения и методы измерения мощности и энергии
1. Что представляет собой электрическая мощность?
2. Через какие основные электрические величины определяется мощность?
3. Какую различают мощность в цепях переменного тока синусоидальных колебаний?
4. Что представляет собой импульсная мощность?
5. Как определяется средняя мощность?
6. Что представляет собой уровень мощности?
7. Дайте определение мгновенной мощности.
8. В каких единицах измерения выражается мощность?
9. Каковы преимущества применения относительных единиц мощности?
10. Опишите особенности метода амперметра и вольтметра при определении мощности.
11. Как измеряется мощность постоянного и переменного однофазного тока ваттметрами?
12. От чего зависит погрешность измерения мощности в цепях постоянного тока с помощью ваттметра?
13. Какими факторами определяется рабочий диапазон частот ваттметров электромеханического типа?
14. Поясните принцип действия и схемы выпрямительного и термоэлектрического ваттметров.
15. Объясните принцип действия ваттметра электродинамической системы.
16. Опишите особенности измерения мощности на звуковых частотах.
17. Опишите особенности измерения мощности на высоких частотах.
Тема: Измерение параметров электронных полупроводниковых приборов и микро - электронных схем
1. Поясните особенности измерения параметров электронных ламп.
2. Поясните особенности измерения параметров полупроводниковых диодов.
3. Как измеряют основные параметры диодов и снимают их вольт – амперную характеристику?
4. Как измеряют емкость и добротность варикапов?
5. Каковы свойства тунельных диодов и схемы измерения их характеристик и параметров?
6. Каковы свойства переключающих диодов и схемы измерения их характеристик и параметров?
7. Как выполняют простейшую проверку работоспособности диодов и транзисторов?
8. Как измеряются параметры транзисторов?
9. Дайте определение h – параметров транзисторов, поясните методику измерения этих параметров.
10. Каковы свойства и характеристики полевых транзисторов разных структур?
11. Что представляет собой осциллографирование вольт – амперных характеристик диодов?
12. Как воспроизвести на экране осциллографа выходные характеристики транзисторов?
13. Поясните особенности измерения параметров интегральных микросхем.
14. Какими основными параметрами характеризуются цифровые интегральные схемы?
Тема: Методы измерения сопротивлений, емкостей и индуктивностей
1. Каково назначение резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности?
2. Что необходимо учитывать при измерении сопротивлений, емкостей, индуктивностей?
4. Н чем основан принцип действия прямопоказывающих омметров?
5. Какие схемы включения имеет однорамочный омметр магнитоэлектрической системы.
6. Опишите последовательную структурную схему и принцип работы прибора, построенного по данной схеме.
7. Опишите особенности измерений малых сопротивлений магнитоэлектрическим омметром.
8. Назовите основной недостаток однорамочных омметров магнитоэлектрической системы.
9. Опишите принцип измерения сопротивления логометрическим прибором?
10. Как измеряют параметры резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности методом вольтметра – амперметра?
11. Что представляет собой мостовой метод измерения?
12. Каковы особенности мостового метода измерений сопротивлений, емкостей и индуктивностей на постоянном и переменном токе?
13. Поясните принцип построения и принцип действия цифрового прибора для измерения емкости, индуктивности, сопротивления.
14. Поясните принцип работы электродинамического микрофарадометра.