Aparat de măsurare a tensiunii. Cum se măsoară tensiunea cu un multimetru. Metodă de măsurare a valorii efective a tensiunii folosind μ

Tensiunea electrică se referă la munca efectuată de un câmp electric pentru a muta o sarcină de 1 C (coulomb) dintr-un punct al conductorului în altul.

Cum apare tensiunea?

Toate substanțele constau din atomi, care sunt un nucleu încărcat pozitiv în jurul căruia electronii negativi mai mici se rotesc cu viteză mare. În general, atomii sunt neutri deoarece numărul de electroni se potrivește cu numărul de protoni din nucleu.

Cu toate acestea, dacă un anumit număr de electroni este luat de la atomi, aceștia vor tinde să atragă același număr, formând un câmp pozitiv în jurul lor. Dacă adăugați electroni, atunci va apărea un exces al acestora și va apărea un câmp negativ. Se formează potențiale - pozitive și negative.

Când interacționează, va apărea atracție reciprocă.

Cu cât diferența este mai mare - diferența de potențial - cu atât electronii din material cu conținutul în exces vor fi atrași de material cu deficiența lor mai puternici. Cu cât câmpul electric și tensiunea acestuia vor fi mai puternice.

Dacă conectați potențiale cu sarcini diferite ale conductorilor, atunci va apărea electrică - o mișcare direcționată a purtătorilor de sarcină, încercând să elimine diferența de potențial. Pentru a deplasa sarcini de-a lungul unui conductor, forțele câmpului electric efectuează un lucru, care se caracterizează prin conceptul de tensiune electrică.

In ce se masoara?

Temperaturi;

Tipuri de tensiune

Presiune constantă

Tensiunea din rețeaua electrică este constantă atunci când există întotdeauna un potențial pozitiv pe o parte și un potențial negativ pe cealaltă. Electricul în acest caz are o singură direcție și este constant.

Tensiunea într-un circuit de curent continuu este definită ca diferența de potențial la capetele sale.

Când conectați o sarcină la un circuit de curent continuu, este important să nu amestecați contactele, altfel dispozitivul se poate defecta. Un exemplu clasic de sursă de tensiune constantă sunt bateriile. Rețelele sunt utilizate atunci când nu este nevoie de transmiterea energiei pe distanțe lungi: în toate tipurile de transport - de la motociclete la nave spațiale, în echipamente militare, energie electrică și telecomunicații, pentru alimentarea de urgență, în industrie (electroliza, topirea în cuptoare cu arc electric). , etc.).

Tensiune AC

Dacă schimbați periodic polaritatea potențialelor sau le mutați în spațiu, atunci cel electric se va repezi în direcția opusă. Numărul de astfel de schimbări de direcție într-un anumit timp este indicat de o caracteristică numită frecvență. De exemplu, standardul 50 înseamnă că polaritatea tensiunii din rețea se modifică de 50 de ori pe secundă.

Tensiunea în rețelele electrice de curent alternativ este o funcție de timp.

Cel mai des este folosită legea oscilațiilor sinusoidale.

Acest lucru se întâmplă din cauza a ceea ce se întâmplă în bobina motoarelor asincrone din cauza rotației unui electromagnet în jurul acesteia. Dacă extindeți rotația în timp, obțineți o sinusoidă.

Constă din patru fire - trei faze și unul neutru. tensiunea dintre firele neutru și de fază este de 220 V și se numește fază. Există și tensiuni între faze, numite liniare și egale cu 380 V (diferență de potențial între două fire de fază). În funcție de tipul de conexiune într-o rețea trifazată, puteți obține fie tensiune de fază, fie tensiune liniară.

Măsurarea curentului. Pentru a măsura curentul din circuit, la circuitul electric este conectat ampermetrul 2 (Fig. 332, a) sau miliampermetrul în serie cu receptorul 3 de energie electrică.

Pentru a se asigura că pornirea ampermetrului nu afectează funcționarea instalațiilor electrice și nu creează pierderi mari de energie, ampermetrele sunt realizate cu rezistență internă scăzută. Prin urmare, practic rezistența sa poate fi considerată egală cu zero și căderea de tensiune pe care o provoacă poate fi neglijată. Ampermetrul poate fi conectat numai în serie cu sarcina. Dacă ampermetrul este conectat direct la sursa 1, atunci un curent foarte mare va curge prin bobina dispozitivului (rezistența ampermetrului este scăzută) și se va arde.

Pentru a extinde limitele de măsurare ale ampermetrelor destinate funcționării în circuite de curent continuu, acestea sunt incluse în circuitul paralel cu șuntul 4 (Fig. 332,b). În acest caz, doar o parte I A din curentul măsurat I trece prin dispozitiv, invers proporțional cu rezistența acestuia R A. B O Majoritatea acestui curent trece prin șunt. Dispozitivul măsoară căderea de tensiune pe șunt, care depinde de curentul care trece prin șunt, adică este folosit ca milivoltmetru. Scara instrumentului este gradată în amperi. Cunoscând rezistența dispozitivului R A și șuntul R w, se poate determina curentul măsurat din curentul I A înregistrat de dispozitiv:

I = I A (RA +R w)/R w = I A n (105)

unde n = I/I A = (R A + R w)/R w - coeficientul de șunt. Este de obicei aleasă să fie egală cu sau un multiplu de 10. Rezistența de șunt necesară pentru a măsura un curent de n ori mai mare decât curentul dispozitivului I A,

R w = R A /(n-1) (106)

Din punct de vedere structural, șunturile sunt fie montate în corpul dispozitivului (sunturi pentru curenți de până la 50 A), fie instalate în afara acestuia și conectate la dispozitiv cu fire. Dacă dispozitivul este destinat funcționării constante cu șunt, atunci scara sa este calibrată imediat în valorile curentului măsurat, ținând cont de coeficientul de șunt și nu sunt necesare calcule pentru a determina curentul. În cazul utilizării șunturilor externe (separate de dispozitive), acestea sunt indicate de curentul nominal pentru care sunt proiectate și de tensiunea nominală la borne (shunturi calibrate). Conform standardelor, această tensiune poate fi de 45, 75, 100 și 150 mV. Shunturile sunt selectate pentru dispozitive astfel încât la tensiunea nominală la bornele de șunt, acul dispozitivului să se devieze la scara maximă. Prin urmare, tensiunile nominale ale dispozitivului și șuntul trebuie să fie aceleași. Există, de asemenea, șunturi individuale concepute pentru a funcționa cu un anumit dispozitiv. Shunt-urile sunt împărțite în cinci clase de precizie (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Denumirea clasei corespunde erorii admisibile în procente.

Pentru a se asigura că o creștere a temperaturii șuntului atunci când curentul trece prin acesta nu afectează citirile dispozitivului, șunturile sunt realizate din materiale cu rezistivitate ridicată și un coeficient de temperatură scăzut (constantan, manganina, nichel etc.). Pentru a reduce efectul temperaturii asupra citirilor ampermetrului, în unele cazuri, un rezistor suplimentar din bronz constant sau alt material similar este conectat în serie cu bobina dispozitivului.

Măsurarea tensiunii. Pentru a măsura tensiunea U care acționează între oricare două puncte ale circuitului electric, voltmetrul 2 (Fig. 332, c) este conectat la aceste puncte, adică paralel cu sursa 1 de energie electrică sau receptorul 3.

Pentru a se asigura că pornirea voltmetrului nu afectează funcționarea instalațiilor electrice și nu creează pierderi mari de energie, voltmetrele sunt realizate cu rezistență ridicată. Prin urmare, este practic posibil să neglijăm curentul care trece prin voltmetru.

Pentru a extinde limitele de măsurare ale voltmetrelor, un rezistor suplimentar 4 (R d) este conectat în serie cu înfășurarea dispozitivului (Fig. 332, d). În acest caz, dispozitivul reprezintă doar o parte U v din tensiunea măsurată U, proporțională cu rezistența dispozitivului R v .

Cunoscând rezistența rezistenței suplimentare și a voltmetrului, puteți determina tensiunea care acționează în circuit din valoarea tensiunii U v înregistrată de voltmetru:

U = (R v+R d)/R v*U v= nU v (107)

Valoarea n = U/U v =(R v +R d)/R v arată de câte ori tensiunea măsurată U este mai mare decât tensiunea U v atribuibilă dispozitivului, adică de câte ori limita de măsurare a tensiunii a unui voltmetru crește la utilizarea unui rezistor suplimentar.

Rezistența rezistorului suplimentar necesar pentru măsurarea tensiunii U, de n ori mai mare decât tensiunea dispozitivului Uv, este determinată de formula R d = (n- 1) R v .

Un rezistor suplimentar poate fi încorporat în dispozitiv și, în același timp, utilizat pentru a reduce influența temperaturii ambientale asupra citirilor dispozitivului. În acest scop, rezistorul este realizat dintr-un material cu un coeficient de temperatură scăzut, iar rezistența sa depășește semnificativ rezistența bobinei, drept urmare rezistența totală a dispozitivului devine aproape independentă de schimbările de temperatură. În ceea ce privește precizia, rezistențele suplimentare sunt împărțite în aceleași clase de precizie ca și șunturile.

Divizoare de tensiune. Pentru a extinde limitele de măsurare ale voltmetrelor, se folosesc și divizoare de tensiune. Acestea vă permit să reduceți tensiunea de măsurat la o valoare corespunzătoare tensiunii nominale a unui voltmetru dat (tensiunea maximă pe scara sa). Raportul dintre tensiunea de intrare a divizorului U 1 și tensiunea de ieșire U 2 (Fig. 333, a) se numește factor de diviziune. La ralanti, U 1 /U 2 = (R 1 + R 2)/R2 = 1 + R 1 /R 2. În divizoarele de tensiune, acest raport poate fi ales să fie 10, 100, 500 etc., în funcție de care

Un voltmetru este conectat la bornele divizorului (Fig. 333b). Divizorul de tensiune introduce o mică eroare în măsurători numai dacă rezistența voltmetrului R v este suficient de mare (curentul care trece prin divizor este mic) și rezistența sursei la care este conectat divizorul este mică.

Transformatoare de instrumente. Pentru pornirea instrumentelor electrice de măsură în circuitele de curent alternativ se folosesc transformatoare de instrumente, asigurând siguranța personalului de exploatare la efectuarea măsurătorilor electrice în circuite de înaltă tensiune. Includerea instrumentelor electrice de măsură în aceste circuite fără astfel de transformatoare este interzisă de reglementările de siguranță. În plus, transformatoarele de instrumente extind limitele de măsurare ale instrumentelor, adică fac posibilă măsurarea curenților și tensiunilor mari folosind instrumente simple concepute pentru a măsura curenți și tensiuni mici.

Transformatoarele de instrumente sunt împărțite în transformatoare de tensiune și transformatoare de curent. Transformatorul de tensiune 1 (Fig. 334, a) este utilizat pentru a conecta voltmetre și alte dispozitive care trebuie să răspundă la tensiune. Se realizează ca un transformator coborâtor obișnuit cu două înfășurări: înfășurarea primară este conectată la două puncte între care trebuie măsurată tensiunea, iar înfășurarea secundară este conectată la un voltmetru 2.

În diagrame, transformatorul de măsurare a tensiunii este reprezentat ca un transformator obișnuit (în Fig. 334, prezentat într-un cerc).

Deoarece rezistența înfășurării voltmetrului conectat la transformatorul de tensiune este mare, transformatorul funcționează practic în modul fără sarcină și putem presupune cu un grad rezonabil de precizie că tensiunile U 1 și U 2 pe primar și secundar înfășurările vor fi direct proporționale cu numărul de spire? 1 si? 2 din ambele înfășurări ale transformatorului, adică.

U 1 / U 2 = ? 1/? 2 = n (108)

Astfel, alegerea numărului adecvat de ture? 1 si? 2 înfășurări de transformator, tensiunile înalte pot fi măsurate prin aplicarea unor tensiuni mici la instrumentul electric de măsură.

Tensiunea U 1 poate fi determinată prin înmulțirea tensiunii secundare măsurate U 2 cu raportul de transformare n.

Voltmetrele proiectate pentru funcționare continuă cu transformatoare de tensiune sunt calibrate din fabrică ținând cont de raportul de transformare, iar valorile tensiunii măsurate pot fi citite direct de pe scara instrumentului.

Pentru a preveni riscul de electrocutare pentru personalul de exploatare în cazul deteriorării izolației transformatorului, un terminal al înfășurării secundare a acestuia și carcasa de oțel a transformatorului trebuie să fie împământate.

Transformator de curent 3 (Fig. 334,b) este utilizat pentru a conecta ampermetre și alte dispozitive care trebuie să răspundă la curentul alternativ care curge prin circuit. Se realizează sub formă

un transformator de creștere convențional cu două înfășurări; Înfășurarea primară este conectată în serie la circuitul de curent măsurat, iar la înfășurarea secundară este conectat un ampermetru 4.

Denumirea circuitului transformatoarelor de curent de măsurare este prezentată în Fig. 334, b într-un cerc.

Deoarece rezistența înfășurării unui ampermetru conectat la un transformator de curent este de obicei mică, transformatorul funcționează practic în modul de scurtcircuit și, cu un grad rezonabil de precizie, putem presupune că curenții I 1 și I 2 care trec prin înfășurările sale vor fie invers proporțional cu numărul de spire? 1 si? 2 dintre aceste înfășurări, adică

I 1 /I 2 = ? 1/? 2 = n (109)

Prin urmare, alegeți numărul de ture în consecință? 1 si? 2 înfășurări de transformator, puteți măsura curenți mari I 1 trecând curenți mici I 2 prin dispozitivul electric de măsurare. Curentul I 1 poate fi determinat prin înmulțirea curentului secundar măsurat I 2 cu valoarea n.

Ampermetrele destinate funcționării continue împreună cu transformatoarele de curent sunt calibrate din fabrică ținând cont de raportul de transformare, iar valorile curentului măsurat I 1 pot fi citite direct de pe scara instrumentului.

Pentru a preveni pericolul de electrocutare pentru personalul de exploatare în cazul deteriorării izolației transformatorului, unul dintre bornele înfășurării secundare și carcasa transformatorului sunt împământate.

Unu. p.s. se folosesc așa-numitele transformatoare de curent de trecere (Fig. 335). Într-un astfel de transformator, circuitul magnetic 3 și înfășurarea secundară 2 sunt montate pe un izolator de bucșă 4, care servește la introducerea de înaltă tensiune în corp, iar rolul înfășurării primare a transformatorului este jucat de o tijă de cupru 1 care trece în interiorul izolatorului.

Condițiile de funcționare ale transformatoarelor de curent diferă de cele obișnuite. De exemplu, deschiderea înfășurării secundare a unui transformator de curent în timp ce înfășurarea primară este pornită este inacceptabilă, deoarece aceasta va provoca o creștere semnificativă a fluxului magnetic și, în consecință, a temperaturii miezului și înfășurării transformatorului, de exemplu. , eșecul său. În plus, un e mare poate fi indus în înfășurarea secundară în circuit deschis a transformatorului. d.s., periculos pentru personalul care efectuează măsurători.

La pornirea dispozitivelor prin transformatoare de măsurare, apar erori de două tipuri: o eroare în raportul de transformare și o eroare unghiulară (cu modificări ale tensiunii sau curentului, rapoartele U 1 / U 2 și I 1 / I 2 se modifică ușor și faza unghiul de deplasare între tensiunile și curenții primar și secundar se abate de la 180°). Aceste erori cresc atunci când sarcina transformatorului depășește sarcina nominală. Eroarea unghiulară afectează rezultatele măsurătorii

cu instrumente ale căror citiri depind de unghiul de fază dintre tensiune și curent (de exemplu, wattmetre, contoare de electricitate etc.). În funcție de erorile admise, transformatoarele de instrumente sunt împărțite în clase de precizie. Clasa de precizie (0,2; 0,5; 1 etc.) corespunde celei mai mari erori admisibile în raportul de transformare ca procent din valoarea sa nominală.

Amintiți-vă o regulă atunci când măsurați: atunci când măsurați curentul, conectați în serie cu sarcina și când măsurați alte cantități - în paralel.

Figura de mai jos arată cum să conectați corect sondele și sarcina pentru a măsura curentul:

Nu atingem sonda neagră, care este conectată la mufa COM, ci o transferăm pe cea roșie în priza unde este scris mA sau xA, unde în loc de x este valoarea maximă a curentului pe care o poate măsura dispozitivul. În cazul meu, acesta este 20 Amperi, deoarece lângă priză sunt scrise 20 A. În funcție de valoarea curentului pe care urmează să o măsurați, lipim acolo sonda roșie. Dacă nu știți aproximativ cât de mult curent va curge în circuit, atunci puneți în priza xA:

Să verificăm cum funcționează totul în acțiune.În cazul nostru, sarcina este ventilatorul computerului. Sursa noastră de alimentare are o indicație încorporată pentru a arăta puterea curentului și, după cum știți de la cursul de fizică, puterea curentului este măsurată în Amperi. Îl setăm la 12 volți, rotim butonul de pe multimetru pentru a măsura curentul continuu. Am stabilit limita de măsurare a desenului animat la 20 de amperi. Asamblam conform diagramei de mai sus și ne uităm la citirile de pe desene animate. A coincis exact cu ampermetrul încorporat de pe .

Pentru a măsura curentul Tensiune AC Amplasăm butonul multimetrului pe pictograma pentru măsurarea intensității curentului de tensiune alternativă - „A~” și luăm măsurători exact în același mod.

Cum se măsoară tensiunea DC cu un multimetru

Să luăm o baterie ca asta

După cum vedem, scrie un curent de 550 mAh, pe care îl poate furniza încărcăturii timp de o oră, adică miliamperi pe oră, precum și tensiunea pe care o are bateria noastră - 1,2 Volți. Tensiunea este de înțeles, dar ce este „curent pentru o oră”? Să presupunem că sarcina noastră, un bec, consumă un curent de 550 mA. Aceasta înseamnă că becul va străluci timp de o oră. Sau să luăm un bec care strălucește mai slab și să-l lăsăm să consume 55 mA, ceea ce înseamnă că poate funcționa 10 ore.

Împărțim valoarea de 550 mA care este scrisă pe baterie la valoarea care este scrisă pe sarcină și obținem timpul în care toate acestea vor funcționa până când bateria se epuizează. Pe scurt, oricine se pricepe la matematică nu va avea nicio dificultate să înțeleagă acest miracol :-)

Să măsurăm tensiunea bateriei, să setăm o sondă multimetru pe pozitiv și cealaltă pe negativ, adică să conectăm paralel, și voila!

În acest caz, tensiunea bateriei este de 1,28 volți. Valoarea unei baterii noi ar trebui să fie întotdeauna mai mare decât cea scrisă pe etichetă.

Să măsurăm tensiunea de pe sursa de alimentare. Îl setăm la 10 volți și îl măsurăm.

Roșu este un plus, negrul este un minus. Totul se potrivește, tensiunea este de 10,09 volți. Vom șterge 0,09 volți ca eroare.

Dacă confundăm sondele multimetrului sau sondele unității, atunci nu se va întâmpla nimic rău. Multimetrul ne va arata aceeasi valoare, dar cu semnul minus.

Rețineți că acest lucru nu funcționează pe astfel de multimetre

Pentru a determina cu exactitate polaritatea fără multimetru, puteți apela la mai multe sfaturi care sunt descrise în articol.

Cum se măsoară tensiunea AC cu un multimetru

Am stabilit limita pentru măsurarea tensiunii alternative pe desene animate și măsurăm tensiunea în priză. Nu contează cum introduci sondele. Nu există plus sau minus. Există o fază și un zero. În linii mari, un fir dintr-o priză nu reprezintă un pericol - este un zero, în timp ce celălalt vă poate distruge foarte mult bunăstarea sau chiar sănătatea - aceasta este o fază.

În teorie, priza ar trebui să aibă 220 de volți. Dar al meu arată 215. Nu e nimic rău în asta. Tensiunea din priză „se joacă”. Este puțin probabil să vedeți exact 220 de volți când măsurați tensiunea în prizele casei dvs. :-)

Unitatea de măsură de bază pentru tensiunea electrică este voltul. În funcție de mărime, tensiunea poate fi măsurată în volți(ÎN), kilovolti(1 kV = 1000 V), milivolti(1 mV = 0,001 V), microvolți(1 µV = 0,001 mV = 0,000001 V). În practică, cel mai adesea ai de-a face cu volți și milivolți.

Există două tipuri principale de stres - permanentȘi variabil. Bateriile și acumulatorii servesc ca sursă de tensiune constantă. Sursa de tensiune alternativă poate fi, de exemplu, tensiunea din rețeaua electrică a unui apartament sau a unei case.

Pentru a măsura utilizarea tensiunii voltmetru. Sunt voltmetre întrerupătoare(analogic) și digital.

Astăzi, voltmetrele indicator sunt inferioare celor digitale, deoarece acestea din urmă sunt mai convenabile de utilizat. Dacă, atunci când se măsoară cu un voltmetru indicator, citirile de tensiune trebuie calculate pe o scară, atunci cu una digitală, rezultatul măsurării este imediat afișat pe indicator. Și din punct de vedere al dimensiunilor, un instrument indicator este inferior celui digital.

Dar asta nu înseamnă că instrumentele pointer nu sunt folosite deloc. Există unele procese care nu pot fi văzute cu un instrument digital, astfel încât comutatoarele sunt mai folosite în întreprinderi industriale, laboratoare, ateliere de reparații etc.

Pe schemele de circuite electrice, un voltmetru este indicat printr-un cerc cu o literă latină majusculă „ V" interior. Lângă simbolul voltmetrului este indicată litera sa „ P.U." și numărul de serie din diagramă. De exemplu. Dacă există doi voltmetre în circuit, atunci lângă primul scriu „ PU 1", și despre al doilea" PU 2».

La măsurarea tensiunii continue, diagrama indică polaritatea conexiunii voltmetrului, dar dacă se măsoară tensiunea alternativă, polaritatea conexiunii nu este indicată.

Tensiunea se măsoară între două puncte circuite: în circuite electronice între pozitivȘi minus poli, în circuitele electrice între fazăȘi zero. Voltmetru conectat paralel cu sursa de tensiune sau paralel cu secțiunea lanțului- o rezistență, o lampă sau o altă sarcină pe care trebuie măsurată tensiunea:

Să luăm în considerare conectarea unui voltmetru: în diagrama de sus, tensiunea este măsurată pe lampă HL1și simultan pe sursa de alimentare GB1. În diagrama de mai jos, tensiunea este măsurată pe lampă HL1 si rezistenta R1.

Înainte de a măsura tensiunea, determinați-o vedereși aproximativă mărimea. Faptul este că partea de măsurare a voltmetrelor este proiectată pentru un singur tip de tensiune, iar acest lucru duce la rezultate diferite de măsurare. Un voltmetru pentru măsurarea tensiunii continue nu vede tensiune alternativă, dar un voltmetru pentru tensiune alternativă, dimpotrivă, poate măsura tensiunea continuă, dar citirile sale nu vor fi precise.

De asemenea, este necesar să cunoașteți valoarea aproximativă a tensiunii măsurate, deoarece voltmetrele funcționează într-un domeniu de tensiune strict definit și, dacă faceți o greșeală în alegerea intervalului sau a valorii, dispozitivul poate fi deteriorat. De exemplu. Domeniul de măsurare al unui voltmetru este de 0...100 Volți, ceea ce înseamnă că tensiunea poate fi măsurată numai în aceste limite, deoarece dacă o tensiune este măsurată peste 100 Volți, dispozitivul se va defecta.

Pe lângă dispozitivele care măsoară un singur parametru (tensiune, curent, rezistență, capacitate, frecvență), există și cele multifuncționale care măsoară toți acești parametri într-un singur dispozitiv. Un astfel de dispozitiv este numit tester(în cea mai mare parte instrumente de măsurare cu indicatori) sau multimetru digital.

Nu ne vom opri asupra testerului, acesta este subiectul unui alt articol, dar să trecem direct la multimetrul digital. În cea mai mare parte, multimetrele pot măsura două tipuri de tensiune în intervalul 0...1000 Volți. Pentru ușurința măsurării, ambele tensiuni sunt împărțite în două sectoare, iar în cadrul sectoarelor în subdomenii: tensiunea DC are cinci subdomeni, tensiunea AC are două.

Fiecare subdomeniu are propria sa limită maximă de măsurare, care este indicată printr-o valoare digitală: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. De exemplu. La limita „200V”, tensiunea este măsurată în intervalul 0...200 Volți.

Acum procesul de măsurare în sine.

1. Măsurarea tensiunii continue.

Mai întâi ne hotărâm vedere tensiunea măsurată (DC sau AC) și mutați comutatorul în sectorul dorit. De exemplu, să luăm o baterie AA, a cărei tensiune constantă este de 1,5 volți. Selectăm sectorul de tensiune constantă, iar în el limita de măsurare este „2V”, al cărui domeniu de măsurare este de 0...2 volți.

Cablurile de testare trebuie introduse în mufe, așa cum se arată în figura de mai jos:

roșu de obicei se numește joja pozitiv, și se introduce în priză, vizavi de care se află pictogramele parametrilor măsurați: „VΩmA”;
negru se numeste joja minus sau generalși este introdus în soclul vizavi de care există pictograma „COM”. Toate măsurătorile sunt făcute în raport cu această sondă.

Atingem polul pozitiv al bateriei cu sonda pozitivă, iar polul negativ cu cel negativ. Rezultatul măsurării de 1,59 volți este vizibil imediat pe indicatorul multimetrului. După cum puteți vedea, totul este foarte simplu.

Acum există o altă nuanță. Dacă sondele de pe baterie sunt schimbate, în fața celei va apărea un semn minus, care indică faptul că polaritatea conexiunii multimetrului este inversată. Semnul minus poate fi foarte convenabil în procesul de configurare a circuitelor electronice, atunci când trebuie să determinați magistralele pozitive sau negative de pe placă.

Ei bine, acum să luăm în considerare opțiunea când valoarea tensiunii este necunoscută. Vom folosi o baterie AA ca sursă de tensiune.

Să presupunem că nu cunoaștem tensiunea bateriei și, pentru a nu arde dispozitivul, începem să măsurăm de la limita maximă „600V”, care corespunde domeniului de măsurare de 0...600 Volți. Folosind sondele multimetrului atingem polii bateriei iar pe indicator vedem rezultatul masurarii egal cu „ 001 " Aceste numere indică faptul că nu există tensiune sau valoarea acesteia este prea mică sau domeniul de măsurare este prea mare.

Să mergem mai jos. Mutăm comutatorul în poziția „200V”, care corespunde domeniului 0...200 Volți și atingem polii bateriei cu sondele. Indicatorul a arătat citiri egale cu „ 01,5 " În principiu, aceste citiri sunt deja suficiente pentru a spune că tensiunea bateriei AA este de 1,5 volți.

Cu toate acestea, zeroul din față sugerează să mergi și mai jos și să măsori tensiunea mai precis. Coborâm la limita „20V”, care corespunde intervalului de 0...20 Volți, și luăm din nou măsurarea. Indicatorul arăta „ 1,58 " Acum putem spune cu certitudine că tensiunea unei baterii AA este de 1,58 Volți.

În acest fel, fără să cunoască valoarea tensiunii, o găsesc, scăzând treptat de la o limită mare de măsurare la una scăzută.

Există și situații când, la efectuarea măsurătorilor, unitatea „” este afișată în colțul din stânga indicatorului. 1 " O unitate indică faptul că tensiunea sau curentul măsurat este mai mare decât limita de măsurare selectată. De exemplu. Dacă măsurați o tensiune de 3 volți la limita „2V”, atunci va apărea o unitate pe indicator, deoarece domeniul de măsurare a acestei limite este de numai 0...2 volți.

Mai rămâne o limită „200m” cu un domeniu de măsurare de 0...200 mV. Această limită este menită să măsoare tensiuni foarte mici (milivolți), care sunt uneori întâlnite la configurarea unui proiect de radio amator.

2. Măsurarea tensiunii AC.

Procesul de măsurare a tensiunii alternative nu este diferit de măsurarea tensiunii continue. Singura diferență este că pentru tensiune alternativă nu este necesară polaritatea sondelor.

Sectorul de tensiune de curent alternativ este împărțit în două subdomeni 200VȘi 600V.
La limita „200V”, puteți măsura, de exemplu, tensiunea de ieșire a înfășurărilor secundare ale transformatoarelor descendente sau orice altă tensiune în intervalul 0...200 volți. La limita „600V”, puteți măsura tensiuni de 220 V, 380 V, 440 V sau orice altă tensiune în intervalul 0...600 Volți.

De exemplu, să măsurăm tensiunea unei rețele de acasă de 220 de volți.
Mutăm comutatorul în poziția „600V” și introducem sondele multimetrului în priză. Rezultatul măsurării de 229 de volți a apărut imediat pe indicator. După cum puteți vedea, totul este foarte simplu.

Și un moment.
Înainte de a măsura tensiuni înalte, verificați ÎNTOTDEAUNA de două ori dacă izolația sondelor și a firelor voltmetrului sau multimetrului este în stare bună. și, de asemenea, verificați limita de măsurare selectată. Și numai după ce toate aceste operații se fac măsurători. Astfel te vei proteja pe tine si pe dispozitivul de surprize neasteptate.

Și dacă ceva rămâne neclar, atunci urmăriți videoclipul, care arată cum să măsurați tensiunea și curentul folosind un multimetru.

Informații generale. Necesitatea de a măsura tensiunea în practică apare foarte des. În circuitele și dispozitivele electrice și radio, tensiunea curentului continuu și alternativ (sinusoidal și pulsat) este cel mai adesea măsurată.

Tensiune DC (Fig. 3.5, A) se exprimă ca . Sursele unei astfel de tensiuni sunt generatoarele de curent continuu și sursele de alimentare chimică.

Orez. 3.5. Diagrame de temporizare a tensiunii: curent continuu (a), sinusoidal alternativ (b) și impuls alternativ (c)

Tensiunea curentului sinusoidal AC (Fig. 3.5, b) se exprimă ca și se caracterizează prin rădăcină pătrată medie și valori de amplitudine:

Sursele unei astfel de tensiuni sunt generatoarele de joasă și înaltă frecvență și rețeaua electrică.

Tensiunea curentului de impuls AC (Fig. 3.5 V) se caracterizează prin valori ale amplitudinii și tensiunii medii (componentă constantă). Sursa unei astfel de tensiuni sunt generatoarele de impulsuri cu semnale de diferite forme.

Unitatea de bază de măsură pentru tensiune este voltul (V).

În practica măsurătorilor electrice, unitățile submultiple și multiple sunt utilizate pe scară largă:

Kilovolt (1 kV - V);

Milivolt (1mV - V);

Microvolt (1 µV - V).

Denumirile internaționale ale unităților de tensiune sunt date în apendicele 1.

În clasificarea catalogului, voltmetrele electronice sunt desemnate după cum urmează: B1 - exemplar, B2 - curent continuu, VZ - curent sinusoidal alternativ, B4 - curent de impuls alternativ, B5 - sensibil la fază, B6 - selectiv, B7 - universal.

Pe scalele indicatoarelor analogice și pe panourile frontale (pe întrerupătoarele de limită) ale voltmetrelor electronice și electromecanice autohtone și străine, se folosesc următoarele denumiri: V - voltmetre, kV - kilometri, mV - milivoltmetre, V - microvoltmetre.

Măsurarea tensiunii continue. Pentru măsurarea tensiunii DC se folosesc voltmetre și multimetre electromecanice, voltmetre electronice analogice și digitale și osciloscoape electronice.

Voltmetre electromecanice Evaluarea directă a valorii măsurate constituie o clasă mare de dispozitive de tip analog și are următoarele avantaje:

Abilitatea de a lucra fără conectarea la o sursă de alimentare;

Dimensiuni generale mici;

Pret mai mic (fata de cele electronice);

Simplitatea designului și ușurința în operare.

Cel mai adesea, atunci când se efectuează măsurători electrice în circuite cu curent mare, se folosesc voltmetre bazate pe sisteme electromagnetice și electrodinamice, iar în circuitele cu curent scăzut se utilizează un sistem magnetoelectric. Deoarece toate sistemele de mai sus sunt ele însele contoare de curent (ampermetre), pentru a crea voltmetre pe baza lor, este necesar să se mărească rezistența internă a dispozitivului, de exemplu. conectați un rezistor suplimentar în serie cu mecanismul de măsurare (Fig. 3.6, A).

Voltmetrul este conectat la circuitul testat în paralel (Fig. 3.6, b), iar impedanța sa de intrare trebuie să fie suficient de mare.

Pentru a extinde domeniul de măsurare al voltmetrului, se folosește și o rezistență suplimentară, care este conectată la dispozitiv în serie (Fig. 3.6, V).

Valoarea rezistenței rezistorului suplimentar este determinată de formula:

Orez. 3.6. Schema pentru crearea unui voltmetru bazat pe un ampermetru ( A), conectarea voltmetrului la sarcină ( 6 ), conectarea unui rezistor suplimentar la un voltmetru ( V)

(3.8)

Unde este un număr care arată de câte ori se extinde limita de măsurare a voltmetrului:

unde este limita de măsurare inițială;

— nouă limită de măsurare.

Rezistoarele suplimentare plasate în interiorul corpului dispozitivului sunt numite interne, în timp ce cele conectate la dispozitiv din exterior sunt numite externe. Voltmetrele pot fi multi-gamă. Există o relație directă între limita de măsurare și rezistența internă a unui voltmetru cu limite multiple: cu cât limita de măsurare este mai mare, cu atât rezistența voltmetrului este mai mare.

Voltmetrele electromecanice au următoarele dezavantaje:

Domeniu limitat de măsurare a tensiunii (chiar și în voltmetre cu intervale multiple);

Rezistență scăzută de intrare, prin urmare, consum mare de energie internă din circuitul studiat.

Aceste dezavantaje ale voltmetrelor electromecanice determină utilizarea preferată a voltmetrelor electronice pentru măsurarea tensiunii în electronică.

Voltmetre electronice analogice DC construit după schema prezentată în fig. 3.7. Dispozitivul de intrare este format dintr-un emițător urmăritor (pentru a crește rezistența de intrare) și un atenuator - un divizor de tensiune.

Avantajele voltmetrelor electronice analogice în comparație cu cele analogice sunt evidente:

Orez. 3.7. Schema bloc a unui voltmetru DC analog electronic

Gamă largă de măsurare a tensiunii;

Rezistență mare de intrare, prin urmare, consum intrinsec de putere redus din circuitul studiat;

Sensibilitate ridicată datorită prezenței unui amplificator la intrarea dispozitivului;

Imposibilitatea suprasolicitarilor.

Cu toate acestea, voltmetrele electronice analogice au o serie de dezavantaje:

Disponibilitatea surselor de energie, în mare parte stabilizate;

Eroarea relativă redusă este mai mare decât cea a voltmetrelor electromecanice (2,5-6%);

Greutate si dimensiuni mari, pret mai mare.

În prezent, voltmetrele electronice analogice DC nu sunt utilizate pe scară largă, deoarece parametrii lor sunt considerabil inferiori voltmetrelor digitale.

Măsurarea tensiunii AC.

Pentru măsurarea tensiunii AC se folosesc voltmetre și multimetre electromecanice, voltmetre electronice analogice și digitale și osciloscoape electronice.

Să luăm în considerare voltmetrele electromecanice ieftine și destul de precise. Este recomandabil să faceți acest lucru în intervalele de frecvență.

La frecvențele industriale de 50, 100, 400 și 1000 Hz, voltmetrele sistemelor electromagnetice, electrodinamice, ferodinamice, redresoare, electrostatice și termoelectrice sunt utilizate pe scară largă.

La frecvențe joase (până la 15-20 kHz) se folosesc voltmetre de redresor, sisteme electrostatice și termoelectrice.

La frecvențe înalte (până la câteva - zeci de megaherți) sunt utilizate dispozitive de sisteme electrostatice și termoelectrice.

Pentru măsurătorile electrice, instrumentele universale - multimetre - sunt utilizate pe scară largă.

Multimetre(testere, amper-volt-ohmmetre, dispozitive combinate) vă permit să măsurați mulți parametri: puterea curentului continuu și alternativ, tensiunea curentului continuu și alternativ, rezistența rezistenței, capacitatea condensatorului (nu toate dispozitivele), unii parametri statici ai tranzistoarelor de putere redusă (, , Și ).

Multimetrele sunt disponibile cu citire analogică și digitală.

Utilizarea pe scară largă a multimetrelor se explică prin următoarele avantaje:

Multifunctionalitate, de ex. Posibilitate de utilizare ca ampermetre, voltmetre, ohmmetre, faradometre, contoare de parametri ai tranzistoarelor de putere redusă:

Gamă largă de parametri măsurați datorită prezenței mai multor limite de măsurare pentru fiecare parametru;

Posibilitate de utilizare ca dispozitive portabile, deoarece nu există alimentare de la rețea;

Greutate și dimensiuni reduse;

Versatilitate (capacitatea de a măsura curenți și tensiuni alternative și continue),

Multimetrele au, de asemenea, o serie de dezavantaje:

Gama îngustă de frecvență de aplicabilitate;

Consum mare de energie proprie de la primul circuit studiat;

Eroare mare redusă pentru multimetre analogice (1,5, 2,5 și 4) și digitale;

Inconsecvența rezistenței interne la diferite limite 4 ale măsurătorilor de curent și tensiune.

Conform clasificării catalogului intern, multimetrele sunt desemnate Ts43 și apoi numărul modelului, de exemplu, Ts4352.

Pentru a determina rezistența internă a unui multimetru analogic la limita de măsurare inclusă, rezistența specifică poate fi dată în pașaportul dispozitivului 1. De exemplu, în pașaportul testerului Ts4341, rezistivitatea = 16,7 kOhm/V, limitele de măsurare pentru tensiunea continuă sunt 1,5 - 3 - 6 - 15 V.

În acest caz, rezistența multimetrului la limita de 6 V DC este determinată de formula:

Pașaportul dispozitivului poate conține informațiile necesare pentru a calcula rezistența conform legii lui Ohm.

Dacă testerul este folosit ca voltmetru, atunci rezistența sa de intrare este determinată de formula:

unde este limita de măsurare selectată;

Valoarea curentă în limita selectată (indicată pe panoul din spate al dispozitivului sau în pașaportul acestuia).

Dacă testerul este folosit ca ampermetru, atunci rezistența sa de intrare este determinată de formula:

Unde este limita de măsurare selectată;

— valoarea tensiunii afișată pe panoul din spate al dispozitivului sau în fișa tehnică a acestuia.

De exemplu, pașaportul testerului Ts4341 arată o cădere de tensiune pe dispozitiv egală cu 0,3 V în intervalul 0,06 - 0,6 - 6 - 60 - 600 mA DC și o cădere de tensiune de 1,3 V în intervalul: 0,3 - 3 - 30 - 300 mA AC. Impedanța de intrare a multimetrului în limita de 3 mA AC va fi

Voltmetre electronice analogice de curent alternativ sunt construite conform uneia dintre schemele bloc (Fig. 3.8), care diferă în ordinea de aranjare a blocurilor principale - amplificatorul și convertorul (detectorul) de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu. Proprietățile acestor voltmetre depind în mare măsură de circuitul ales.

Orez. 3.8. Scheme bloc ale voltmetrelor electronice analogice de tip curent alternativ U-D ( A) și tip D-U (b)

Voltmetrele din primul grup - tipul amplificator-detector (A-D) - au o sensibilitate ridicată, care este asociată cu prezența unui amplificator suplimentar. Prin urmare, toate micro- și milivoltmetrele sunt construite conform circuitului V-D. Cu toate acestea, intervalul de frecvență al unor astfel de voltmetre nu este larg (până la câțiva megaherți), deoarece crearea unui amplificator AC în bandă largă este asociată cu anumite dificultăți. Voltmetrele de tip U-D sunt clasificate ca neuniversale (subgrupa VZ), adică poate măsura doar tensiunea AC.

Voltmetrele din a doua grupă - tipul detector-amplificator (D-A) - au o gamă largă de frecvență (până la câțiva gigaherți) și o sensibilitate scăzută. Voltmetrele de acest tip sunt universale (subgrupa B7), adică. măsurați tensiunea nu numai a curentului alternativ, ci și a curentului continuu; poate măsura tensiunea la un nivel semnificativ, deoarece nu este dificil să se asigure un câștig mare folosind CNT-uri.

În ambele tipuri de voltmetre, o funcție importantă este îndeplinită de convertoarele tensiunii AC în tensiune DC - detectoare, care, pe baza funcției de conversie a tensiunii de intrare în tensiunea de ieșire, pot fi clasificate în trei tipuri: valori de amplitudine, rms și rms rectificate. .

Proprietățile dispozitivului depind în mare măsură de tipul de detector. Voltimetrele cu detector de valoare a amplitudinii sunt cele cu cea mai mare frecvență; voltmetrele cu un detector de valoare RMS vă permit să măsurați tensiunea AC de orice formă; voltmetrele cu detector de valoare medie redresată sunt potrivite pentru măsurarea tensiunii doar a unui semnal armonic și sunt cele mai simple, mai fiabile și mai ieftine.

Detector de valoare a amplitudinii este un dispozitiv a cărui tensiune de ieșire corespunde valorii de amplitudine a semnalului măsurat, care este asigurată prin stocarea tensiunii pe condensator.

Pentru ca circuitul de sarcină reală al oricărui detector să filtreze eficient semnalul util și să suprima armonicile de înaltă frecvență nedorite, trebuie îndeplinită următoarea condiție:

Sau , (3.12)

unde este capacitatea filtrului de ieșire;

— rezistența la sarcină a detectorului.

A doua condiție pentru buna funcționare a detectorului:

Figura 3.9 prezintă schema bloc și diagramele de timp ale tensiunii de ieșire a detectorului de valoare de amplitudine cu o diodă conectată în paralel și intrarea închisă. Un detector cu intrare închisă are un condensator conectat în serie, care nu permite trecerea componentei DC. Să luăm în considerare funcționarea unui astfel de detector atunci când la intrarea acestuia este aplicată o tensiune sinusoidală .

Orez. 3.9. Schema bloc a unui detector de valori de amplitudine cu conexiune paralelă a unei diode și a unei intrări închise (A)și diagrame de temporizare a tensiunii (b) Când sosește o semiundă pozitivă a unei undă sinusoidală, condensatorul CU este încărcată printr-o diodă VD, care are rezistență scăzută atunci când este deschisă.

Constanta de timp de încărcare a condensatorului este mică, iar condensatorul se încarcă rapid la valoarea sa maximă . Când se schimbă polaritatea semnalului de intrare, dioda este închisă și condensatorul este descărcat lent prin rezistența de sarcină, care este selectată mare - 50-100 MOhm.

Astfel, constanta de descărcare se dovedește a fi semnificativ mai mare decât perioada semnalului sinusoidal. Ca rezultat, condensatorul rămâne încărcat la o tensiune apropiată de .

Modificarea tensiunii la rezistorul de sarcină este determinată de diferența dintre amplitudinile tensiunii de intrare și tensiunea pe condensator .Ca urmare, tensiunea de ieșire va pulsa cu dublul amplitudinii tensiunii măsurate (vezi Fig. 3.9, b).

Acest lucru este confirmat de următoarele calcule matematice:

la , , la , la .

Pentru a izola componenta constantă a semnalului, ieșirea detectorului este conectată la un filtru capacitiv, care suprimă toate celelalte armonici de curent.

Pe baza celor de mai sus, urmează concluzia: cu cât perioada semnalului studiat este mai scurtă (cu cât frecvența acestuia este mai mare), cu atât egalitatea este mai precisă. , ceea ce explică proprietăţile de înaltă frecvenţă ale detectorului. Atunci când utilizați voltmetre cu un detector de amplitudine, trebuie avut în vedere faptul că aceste dispozitive sunt cel mai adesea calibrate în valorile pătrate medii ale semnalului sinusoidal, adică citirile indicatorului dispozitivului sunt egale cu coeficientul. a valorii amplitudinii împărțită la factorul de amplitudine al sinusoidei:

unde este factorul de amplitudine.

detector RMS(Fig. 3.10) convertește tensiunea AC în tensiune DC, proporțional cu pătratul valorii pătrate medii a tensiunii măsurate. Prin urmare, măsurarea tensiunii rms presupune efectuarea a trei operații: punerea la pătrat a valorii instantanee a semnalului, media valorii acestuia și luarea rădăcinii rezultatului medierii (ultima operație se asigură prin calibrarea scalei voltmetrului). Pătratarea valorii semnalului instantaneu este de obicei realizată de o celulă cu diodă utilizând porțiunea pătratică a caracteristicii sale.

Orez. 3.10. Detector RMS: A - celulă cu diodă; b— CVC al diodei

În celula cu diode VD, R1(vezi Fig. 3.10, A) o tensiune constantă este aplicată diodei VD în așa fel încât să rămână închisă atâta timp cât tensiunea măsurată () pe rezistor R2 nu va depăși valoarea .

Secțiunea inițială a caracteristicii curent-tensiune a diodei este scurtă (vezi Fig. 3.10, b), Prin urmare, partea pătratică este prelungită artificial prin metoda de aproximare liniară pe bucăți prin utilizarea mai multor celule de diodă.

La proiectarea voltmetrelor RMS, apar dificultăți în furnizarea unui interval larg de frecvență. În ciuda acestui fapt, astfel de voltmetre sunt cele mai populare, deoarece pot măsura tensiunea de orice formă complexă.

Detector mediu rectificat convertește tensiunea AC în tensiune DC proporțional cu valoarea medie a tensiunii redresate. Curentul de ieșire al unui dispozitiv de măsurare cu un astfel de detector este similar cu curentul de ieșire al sistemului redresor.

Tensiunile de curent alternativ care funcționează în dispozitivele electronice se pot modifica în timp, conform diferitelor legi. De exemplu, tensiunea la ieșirea oscilatorului principal al unui transmițător radio conectat variază în funcție de o lege sinusoidală, la ieșirea unui generator de baleiaj de osciloscop impulsurile au formă de dinte de ferăstrău, iar impulsurile de sincronizare ale unui semnal complet de televiziune sunt dreptunghiulare. .

În practică, este necesar să se efectueze măsurători în diferite secțiuni ale circuitelor, tensiunile în care pot diferi ca valoare și formă. Măsurarea tensiunii nesinusoidale are propriile caracteristici care trebuie luate în considerare pentru a evita erorile.

Este foarte important să alegeți tipul potrivit de dispozitiv și metoda de conversie a citirilor voltmetrului în valoarea parametrului necesar al tensiunii măsurate. Pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți clar cum sunt evaluate și comparate tensiunile AC și modul în care forma tensiunii afectează valorile coeficienților care leagă parametrii individuali de tensiune.

Criteriul de evaluare a unei tensiuni de curent alternativ de orice formă este conectarea cu tensiunea de curent continuu corespunzătoare pentru același efect termic (valoare efectivă U), definit prin expresie

(3.14)

unde este perioada de repetare a semnalului;

- o funcție care descrie legea modificării valorii tensiunii instantanee. Nu este întotdeauna posibil ca operatorul să aibă la dispoziție un voltmetru, cu ajutorul căruia să măsoare parametrul de tensiune dorit. În acest caz, parametrul de tensiune necesar este măsurat indirect utilizând un voltmetru existent, utilizând coeficienți de creastă și formă. Să luăm în considerare un exemplu de calcul a parametrilor necesari ai unei tensiuni sinusoidale.

Este necesar să se determine amplitudinea () și valorile medii redresate () ale tensiunii sinusoidale cu un voltmetru, calibrate în valorile pătratice medii ale tensiunii sinusoidale, dacă aparatul a arătat .

Efectuăm calculul după cum urmează. Deoarece voltmetrul este calibrat în valori eficace , apoi în Anexa 3 pentru acest dispozitiv, citirea de 10 V corespunde unei citiri directe pe scara valorilor rms, i.e.

Tensiunea alternativă este caracterizată prin valori medii, amplitudine) (maximum) și pătrate medii.

Valoarea medie(componentă constantă) pentru o perioadă de tensiune alternativă:

(3.15)

Valoare maximă este cea mai mare valoare instantanee a tensiunii alternative în timpul perioadei semnalului:

Valoarea medie rectificată - aceasta este tensiunea medie la ieșirea unui redresor cu undă completă având o tensiune alternativă la intrare :

(3.17)

Raportul dintre rădăcina pătrată medie, valorile medii și maxime ale tensiunii curentului alternativ depinde de forma sa și este determinat în general de doi coeficienți:

(factor de amplitudine), (3,18)

(factor de formă). (3,19)

Valorile acestor coeficienți pentru tensiuni de diferite forme și rapoartele acestora sunt date în tabel. 3.1

Tabelul 3.1

Valori și pentru tensiuni de diferite forme

Notă, - ciclu de lucru: .

Într-un număr de dispozitive, tensiunea este evaluată nu în unități absolute (V, mV, µV), ci într-o unitate logaritmică relativă - decibeli (dB sau dB). Pentru a simplifica trecerea de la unitățile absolute la unitățile relative și, dimpotrivă, majoritatea voltmetrelor analogice (autonome și încorporate în alte dispozitive: generatoare, multimetre, contoare de distorsiune neliniară) au o scară de decibeli împreună cu cea obișnuită. Această scară se distinge printr-o neliniaritate clar definită, care, dacă este necesar, vă permite să obțineți rezultatul imediat în decibeli, fără calcule adecvate și utilizarea tabelelor de conversie. Cel mai adesea, pentru astfel de dispozitive, scala zero decibeli corespunde unei tensiuni de intrare de 0,775 V.

Tensiunea mai mare decât nivelul zero convențional este caracterizată de decibeli pozitivi, mai puțin decât acest nivel - negativ. Pe comutatorul de limită, fiecare subdomeniu de măsurare diferă ca nivel de cel învecinat cu 10 dB, ceea ce corespunde unui factor de tensiune de 3,16. Citirile luate pe scara decibelilor se adaugă algebric la citirile de pe limitatorul de măsurare și nu se înmulțesc, ca în cazul citirilor de tensiune absolută.

De exemplu, comutatorul de limită este setat la „- 10 dB”, în timp ce săgeata indicator este setată la „- 0,5 dB”. Nivelul total va fi: ---- 10 + (- 0,5) = - 10,5 dB, iar baza pentru conversia tensiunii de la valori absolute la valori relative este formula

(3.20)

Unde = 0,775V.

Deoarece bel este o unitate mare, în practică se folosește o parte fracționară (a zecea) din bel - decibel.

Voltmetre digitale și puls. La măsurarea tensiunilor impulsurilor cu amplitudine mică, se utilizează amplificarea preliminară a impulsurilor. Schema bloc a unui voltmetru cu impuls analogic (Fig. 3.11) constă dintr-o sondă la distanță cu un emițător urmăritor, un atenuator, un preamplificator de bandă largă, un detector de valoare a amplitudinii, un amplificator de curent continuu (DCA) și un indicator electromecanic. Voltmetrele implementate conform acestei scheme măsoară direct tensiuni de 1 mV - 3 V cu o eroare de ± (4 - 10)%, o durată a impulsului de 1 - 200 μs și un ciclu de lucru de 100 ... 2500.

Orez. 3.11.t Schema bloc a unui voltmetru cu impulsuri

Pentru a măsura tensiuni mici pe o gamă largă de durate (de la nanosecunde la milisecunde), se folosesc voltmetre care funcționează pe baza metodei de autocompensare.

Voltmetrele electronice digitale au avantaje semnificative față de cele analogice:

Viteză mare de măsurare;

Eliminarea posibilității de eroare subiectivă a operatorului;

Mică eroare redusă.

Datorită acestor avantaje, voltmetrele electronice digitale sunt utilizate pe scară largă în scopuri de măsurare. Figura 3.12 prezintă o diagramă bloc simplificată a unui voltmetru digital.

Orez. 3.12. Schema bloc simplificată a unui voltmetru digital

Dispozitiv de intrare conceput pentru a crea o rezistență mare de intrare, pentru a selecta limitele de măsurare, pentru a reduce interferența și pentru a determina automat polaritatea tensiunii DC măsurate. În voltmetrele AC, dispozitivul de intrare include și un convertor de tensiune AC-DC.

De la ieșirea dispozitivului de intrare, tensiunea măsurată este furnizată către convertor analog-digital(ADC), în care tensiunea este convertită într-un semnal digital (discret) sub formă de cod electric sau impulsuri, al căror număr este proporțional cu tensiunea măsurată. Rezultatul apare pe tabela de marcaj indicator digital. Funcționarea tuturor blocurilor este controlată dispozitiv de control.

Voltmetrele digitale, în funcție de tipul de ADC, sunt împărțite în patru grupe: cod de impuls, impuls de timp, frecvență de impuls, codare spațială.

În prezent utilizat pe scară largă voltmetre digitale cu impuls de timp , dintre care convertoare efectuează conversia intermediară a tensiunii măsurate într-un interval de timp proporțional umplut cu impulsuri cu o frecvență de repetiție cunoscută. Ca urmare a acestei transformări, semnalul discret de informație de măsurare la intrarea ADC are forma unui pachet de impulsuri de numărare, al căror număr este proporțional cu tensiunea măsurată.

Eroarea voltmetrelor timp-impuls este determinată de eroarea de eșantionare a semnalului măsurat, instabilitatea frecvenței impulsului de numărare, prezența unui prag de sensibilitate al circuitului de comparație și neliniaritatea tensiunii convertite la intrarea comparației. circuit.

Există mai multe opțiuni pentru soluții de proiectare a circuitelor atunci când se construiesc voltmetre cu impuls de timp. Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui voltmetru cu impulsuri cu un generator de tensiune care variază liniar (GLIN).

Figura 3.13 prezintă o diagramă bloc a unui voltmetru digital timp-impuls cu GLIN și diagrame de timp care explică funcționarea acestuia.

Semnalul discret de informații de măsurare la ieșirea convertorului are forma unui pachet de impulsuri de numărare, al căror număr este proporțional cu valoarea tensiunii de intrare . De la ieșirea GLIN, o tensiune care crește liniar în timp este furnizată intrărilor 1 ale dispozitivelor de comparație. Intrarea 2 a dispozitivului de comparație II este conectată la carcasă.

În momentul egalității, apare un impuls la intrarea dispozitivului de comparație II și la ieșirea acestuia, care este alimentat la intrarea unică a declanșatorului (T), provocând apariția unui semnal la ieșirea acestuia. Declanșatorul revine la poziția inițială printr-un impuls provenit de la ieșirea dispozitivului de comparație II. Acest semnal apare in momentul egalitatii tensiunii in crestere liniar si a tensiunii masurate. Semnalul astfel generat cu o durată (unde — coeficientul de conversie) este furnizat la intrarea 1 a circuitului de multiplicare logică ȘI, iar intrarea 2 primește un semnal de la generatorul de impulsuri de numărare (CPG). Pulsurile urmează cu o frecvență. Un semnal de impuls apare atunci când există impulsuri la ambele intrări, de exemplu. Impulsurile de numărare trec atunci când există un semnal la ieșirea de declanșare.

Orez. 3.13. Schema structurala (A)și grafice de timp (b) voltmetru digital timp-impuls cu GLIN

Contorul de impulsuri numără numărul de impulsuri transmise (ținând cont de factorul de conversie). Rezultatul măsurării este afișat pe placa indicator digital (DI). Formula dată nu ține cont de eroarea de discretitate din cauza discrepanței dintre apariția impulsurilor de numărare și începutul și sfârșitul intervalului

În plus, o mare eroare este introdusă de factorul de neliniaritate al coeficientului de conversie . Ca rezultat, voltmetrele digitale cu impuls de timp cu GLIN sunt cele mai puțin precise dintre voltmetrele digitale.

Voltmetre digitale cu dublă integrare diferă de voltmetrele cu impuls de timp în principiul de funcționare. În ele, în timpul ciclului de măsurare, se formează două intervale de timp - și . În primul interval se asigură integrarea tensiunii măsurate , în al doilea - tensiunea de referință. Timpul ciclului de măsurare este prestabilit ca un multiplu al perioadei de zgomot care acționează la intrare, ceea ce duce la îmbunătățirea imunității la zgomot a voltmetrului.

Figura 3.14 prezintă o diagramă bloc a unui voltmetru digital cu dublă integrare și diagrame de timp care explică funcționarea acestuia.

Orez. 3.14. Schema structurala (A)și diagrame de timp (6) Voltmetru digital cu dublă integrare

La (în momentul în care începe măsurarea), dispozitivul de control generează un impuls calibrat cu o durată

, (3.21) mută comutatorul în poziția 2 și sursa de tensiune de referință (VS) este furnizată integratorului; tensiunea negativă de referință devine egală cu zero, dispozitivul de comparație produce un semnal trimis declanșatorului și îl readuce pe acesta din urmă la original. stat. La ieșirea declanșatorului, impulsul de tensiune generat

; ; (3.25)

Din relațiile obținute rezultă că eroarea în rezultatul măsurării depinde doar de nivelul tensiunii de referință și nu de mai mulți parametri (ca într-un voltmetru cu cod de impuls), dar aici există și o eroare de discretitate.

Avantajele unui voltmetru cu dublă integrare sunt imunitatea ridicată la zgomot și o clasă de precizie mai mare (0,005-0,02%) în comparație cu voltmetrele cu GLIN.

Voltmetre digitale cu incorporat microprocesoarele sunt combinate și aparțin voltmetrelor din cea mai înaltă clasă de precizie. Principiul funcționării lor se bazează pe metodele de echilibrare bit cu bit și transformare integratoare timp-puls.

Microprocesorul și convertoarele suplimentare incluse în circuitul unui astfel de voltmetru extind capacitățile dispozitivului, făcându-l universal în măsurarea unui număr mare de parametri. Astfel de voltmetre măsoară tensiunea DC și AC, puterea curentului, rezistența rezistenței, frecvența de oscilație și alți parametri. Când sunt utilizate împreună cu un osciloscop, pot măsura parametri de timp: perioadă, durata pulsului etc. Prezența unui microprocesor în circuitul voltmetrului permite corectarea automată a erorilor de măsurare, diagnosticarea defecțiunilor și calibrarea automată.

Figura 3.15 prezintă o diagramă bloc a unui voltmetru digital cu un microprocesor încorporat.

Orez. 3.15. Schema bloc a unui voltmetru digital cu microprocesor încorporat

Folosind convertoare adecvate, unitatea de normalizare a semnalului convertește parametrii măsurați de intrare (97 de pagini) într-un semnal unificat care ajunge la intrarea ADC, care realizează conversia folosind metoda dublei integrări. Selectarea modului de funcționare a voltmetrului pentru un anumit tip de măsurare este efectuată de unitatea de control ADC cu afișaj. Același bloc oferă configurația necesară a sistemului de măsurare.

Microprocesorul este baza unității de control și este conectat la alte unități prin registre de deplasare. Microprocesorul este controlat cu ajutorul tastaturii situate pe panoul de control. Managementul poate fi efectuat și printr-o interfață standard a unui canal de comunicație conectat. Memoria doar citire (ROM) stochează programul de operare al microprocesorului, care este implementat folosind memoria cu acces aleatoriu (RAM).

Divizoare de tensiune de referință rezistive foarte stabile și precise încorporate, un amplificator diferențial (DA) și o serie de elemente externe (atenuator, selector de mod, unitate de tensiune de referință ) efectuează măsurători directe. Toate blocurile sunt sincronizate prin semnale de la generatorul de ceas.

Includerea unui microprocesor și a unui număr de convertoare suplimentare în circuitul voltmetrului permite corectarea automată a erorilor, calibrarea automată și diagnosticarea defecțiunilor.

Principalii parametri ai voltmetrelor digitale sunt precizia conversiei, timpul de conversie, limitele pentru modificarea valorii de intrare și sensibilitatea.

Precizia conversiei este determinată de eroarea de cuantificare a nivelului, caracterizată prin numărul de biți din codul de ieșire.

Eroarea unui voltmetru digital are două componente. Prima componentă (multiplicativă) depinde de valoarea măsurată, a doua componentă (aditiv) nu depinde de valoarea măsurată.

Această reprezentare este asociată cu principiul discret al măsurării unei mărimi analogice, deoarece în timpul procesului de cuantizare apare o eroare absolută din cauza unui număr finit de niveluri de cuantizare. Eroarea absolută de măsurare a tensiunii este exprimată ca

semne) sau (semne), (3.27)

unde este eroarea relativă reală de măsurare;

— valoarea tensiunii măsurate;

— valoarea finală la limita de măsurare selectată;

T semne - valoarea determinată de unitatea cifrei celei mai puțin semnificative a CI (eroare de discreție aditivă). Principala eroare relativă reală de măsurare poate fi prezentată sub altă formă:

(3.2)

Unde a, b - numere constante care caracterizează clasa de precizie a dispozitivului.

Primul termen de eroare (A) nu depinde de citirile instrumentului, iar al doilea (b) crește la scădere .

Timp de conversie este timpul necesar pentru a finaliza o conversie a unei valori analogice într-un cod digital.

Limitele de modificare a valorii de intrare — Acestea sunt intervalele de transformare ale valorii de intrare, care sunt complet determinate de numărul de cifre și „greutatea” celei mai mici cifre.

Sensibilitate(rezoluția) este cea mai mică modificare a valorii cantității de intrare perceptibilă de convertor.

Principalele caracteristici metrologice ale voltmetrelor pe care trebuie să le cunoașteți pentru a selecta corect un dispozitiv includ următoarele caracteristici:

Parametrul tensiunii măsurate (rms, amplitudine);

Domeniu de măsurare a tensiunii;

Gama de frecvente;

Eroare de măsurare permisă;

Impedanta de intrare() .

Aceste caracteristici sunt date în descrierea tehnică și în pașaportul dispozitivului.