Thực đơn
trang chủTrình duyệt

Thiết bị đo điện áp. Cách đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng. Phương pháp đo giá trị hiệu dụng của điện áp sử dụng μ

Điện áp đề cập đến công được thực hiện bởi một điện trường để di chuyển điện tích 1 C (coulomb) từ điểm này trên dây dẫn sang điểm khác.

Căng thẳng nảy sinh như thế nào?

Tất cả các chất đều bao gồm các nguyên tử, là một hạt nhân tích điện dương xung quanh đó các electron âm nhỏ hơn quay tròn với tốc độ cao. Nói chung, các nguyên tử trung hòa vì số lượng electron bằng số lượng proton trong hạt nhân.

Tuy nhiên, nếu một số lượng electron nhất định bị lấy đi khỏi nguyên tử, chúng sẽ có xu hướng hút cùng số lượng electron đó, tạo thành một trường dương xung quanh chúng. Nếu bạn thêm electron, thì lượng electron dư thừa sẽ xuất hiện và trường âm sẽ xuất hiện. Tiềm năng được hình thành - tích cực và tiêu cực.

Khi họ tương tác, sự hấp dẫn lẫn nhau sẽ nảy sinh.

Sự chênh lệch - hiệu điện thế càng lớn - các electron từ vật liệu có hàm lượng dư thừa sẽ bị hút về vật liệu có hàm lượng thiếu càng mạnh. Điện trường và điện áp của nó càng mạnh.

Nếu bạn kết nối các điện thế với các điện tích khác nhau của dây dẫn, thì sẽ xuất hiện điện - một chuyển động có hướng của các hạt mang điện, có xu hướng loại bỏ sự khác biệt về điện thế. Để di chuyển các điện tích dọc theo dây dẫn, lực điện trường thực hiện công, được đặc trưng bởi khái niệm điện áp.

Nó được đo bằng gì?

Nhiệt độ;

Các loại điện áp

Áp suất không đổi

Điện áp trong mạng điện không đổi khi luôn có một bên là điện thế dương và một bên là điện thế âm. Điện trong trường hợp này có một hướng và không đổi.

Điện áp trong mạch điện một chiều được định nghĩa là hiệu điện thế ở hai đầu của nó.

Khi kết nối tải với mạch DC, điều quan trọng là không được nhầm lẫn các tiếp điểm, nếu không thiết bị có thể bị hỏng. Một ví dụ kinh điển về nguồn điện áp không đổi là pin. Mạng được sử dụng khi không có nhu cầu truyền năng lượng trên khoảng cách xa: trong tất cả các loại phương tiện giao thông - từ xe máy đến tàu vũ trụ, trong thiết bị quân sự, năng lượng điện và viễn thông, để cung cấp điện khẩn cấp, trong công nghiệp (điện phân, luyện kim trong lò hồ quang điện , vân vân.) .

điện xoay chiều

Nếu bạn định kỳ thay đổi cực của các điện thế hoặc di chuyển chúng trong không gian, thì điện thế sẽ lao theo hướng ngược lại. Số lần thay đổi hướng như vậy trong một thời gian nhất định được biểu thị bằng một đặc tính gọi là tần số. Ví dụ: tiêu chuẩn 50 có nghĩa là cực tính của điện áp trong mạng thay đổi 50 lần mỗi giây.


Điện áp trong mạng điện xoay chiều là một hàm thời gian.

Định luật dao động hình sin thường được sử dụng nhất.

Điều này xảy ra do những gì xảy ra trong cuộn dây của động cơ không đồng bộ do sự quay của nam châm điện xung quanh nó. Nếu bạn mở rộng vòng quay theo thời gian, bạn sẽ có được một hình sin.

Bao gồm bốn dây - ba pha và một dây trung tính. điện áp giữa dây trung tính và dây pha là 220 V và được gọi là pha. Giữa các pha cũng tồn tại điện áp, gọi là tuyến tính và bằng 380 V (hiệu điện thế giữa hai dây pha). Tùy thuộc vào loại kết nối trong mạng ba pha, bạn có thể nhận được điện áp pha hoặc điện áp tuyến tính.

Đo lường hiện tại.Để đo dòng điện trong mạch, ampe kế 2 (Hình 332, a) hoặc mili ampe kế được mắc vào mạch điện nối tiếp với máy thu năng lượng điện 3.

Để đảm bảo việc bật ampe kế không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống lắp đặt điện và không tạo ra tổn thất năng lượng lớn, ampe kế được chế tạo với điện trở trong thấp. Do đó, trên thực tế, điện trở của nó có thể được coi là bằng 0 và sự sụt giảm điện áp mà nó gây ra có thể được bỏ qua. Ampe kế chỉ có thể mắc nối tiếp với tải. Nếu ampe kế nối trực tiếp vào nguồn 1 thì một dòng điện rất lớn sẽ chạy qua cuộn dây của thiết bị (điện trở của ampe kế thấp) và sẽ cháy.

Để mở rộng giới hạn đo của ampe kế dùng để hoạt động trong mạch DC, chúng được đưa vào mạch song song với shunt 4 (Hình 332,b). Trong trường hợp này, chỉ phần I A của dòng điện đo được I đi qua thiết bị, tỷ lệ nghịch với điện trở của nó R A. B ồ Phần lớn dòng điện này đi qua shunt. Thiết bị đo độ sụt điện áp trên shunt, điều này phụ thuộc vào dòng điện đi qua shunt, tức là nó được sử dụng như một milivolt kế. Thang đo của dụng cụ được chia độ theo ampe. Biết điện trở của thiết bị R A và shunt R w, có thể xác định được dòng điện đo được từ dòng điện I A mà thiết bị ghi được:

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

trong đó n = I/I A = (R A + R w)/R w - hệ số shunt. Nó thường được chọn bằng hoặc bội số của 10. Điện trở shunt cần thiết để đo dòng điện I n lớn hơn dòng điện I A của thiết bị,

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

Về mặt cấu trúc, các shunt được gắn trong thân thiết bị (shunt cho dòng điện lên đến 50 A) hoặc được lắp đặt bên ngoài thiết bị và kết nối với thiết bị bằng dây. Nếu thiết bị được thiết kế để hoạt động liên tục với shunt, thì thang đo của nó sẽ được hiệu chỉnh ngay lập tức theo các giá trị của dòng điện đo được, có tính đến hệ số shunt và không cần tính toán để xác định dòng điện. Trong trường hợp sử dụng các shunt bên ngoài (tách biệt với các thiết bị), chúng được biểu thị bằng dòng điện danh định mà chúng được thiết kế và điện áp danh định tại các đầu nối (các shunt đã hiệu chuẩn). Theo tiêu chuẩn, điện áp này có thể là 45, 75, 100 và 150 mV. Shunt được chọn cho các thiết bị sao cho ở điện áp định mức tại các đầu cực shunt, kim của thiết bị lệch toàn bộ thang đo. Do đó, điện áp danh định của thiết bị và shunt phải giống nhau. Ngoài ra còn có các shunt riêng lẻ được thiết kế để hoạt động với một thiết bị cụ thể. Shunt được chia thành năm loại chính xác (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Việc chỉ định lớp tương ứng với sai số cho phép theo tỷ lệ phần trăm.

Để đảm bảo rằng việc tăng nhiệt độ của shunt khi dòng điện chạy qua nó không ảnh hưởng đến số đọc của thiết bị, các shunt được làm từ vật liệu có điện trở suất cao và hệ số nhiệt độ thấp (constantan, manganin, niken, v.v.). Để giảm ảnh hưởng của nhiệt độ đến số chỉ của ampe kế, trong một số trường hợp, một điện trở bổ sung làm bằng hằng số hoặc vật liệu tương tự khác được nối nối tiếp với cuộn dây của thiết bị.

Đo điện thế.Để đo điện áp U tác dụng giữa hai điểm bất kỳ của mạch điện, vôn kế 2 (Hình 332, c) được nối vào các điểm này, tức là song song với nguồn 1 của năng lượng điện hoặc máy thu 3.

Để đảm bảo việc bật vôn kế không ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện và không tạo ra tổn thất năng lượng lớn, vôn kế được chế tạo có điện trở cao. Vì vậy, trên thực tế có thể bỏ qua dòng điện chạy qua vôn kế.

Để mở rộng giới hạn đo của vôn kế, một điện trở bổ sung 4 (R d) được mắc nối tiếp với cuộn dây của thiết bị (Hình 332,d). Trong trường hợp này, thiết bị chỉ chiếm phần Uv của điện áp U đo được, tỷ lệ thuận với điện trở Rv của thiết bị.

Biết điện trở của điện trở bổ sung và vôn kế, có thể xác định điện áp tác dụng trong mạch từ giá trị điện áp U v mà vôn kế ghi được:

U = (R v+R d)/R v*bạn v= nU v (107)

Giá trị n = U/U v =(R v +R d)/R v cho biết điện áp đo được U lớn hơn điện áp Uv cấp cho thiết bị bao nhiêu lần, tức là bao nhiêu lần giới hạn đo điện áp của vôn kế tăng khi sử dụng thêm điện trở.

Điện trở của điện trở bổ sung cần dùng để đo điện áp U, lớn hơn n lần so với điện áp Uv của thiết bị, được xác định theo công thức R d = (n-1) R v.

Một điện trở bổ sung có thể được tích hợp vào thiết bị và đồng thời được sử dụng để giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến số đọc của thiết bị. Với mục đích này, điện trở được làm bằng vật liệu có hệ số nhiệt độ thấp và điện trở của nó vượt quá đáng kể điện trở của cuộn dây, do đó tổng điện trở của thiết bị gần như không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ. Về độ chính xác, các điện trở bổ sung được chia thành các cấp chính xác giống như các shunt.

Bộ chia điện áp.Để mở rộng giới hạn đo của vôn kế, người ta cũng sử dụng bộ chia điện áp. Chúng cho phép bạn giảm điện áp cần đo xuống giá trị tương ứng với điện áp định mức của một vôn kế nhất định (điện áp tối đa trên thang đo của nó). Tỷ số giữa điện áp đầu vào của bộ chia U 1 với điện áp đầu ra U 2 (Hình 333, a) được gọi là hệ số chia. Khi không hoạt động, U 1 /U 2 = (R 1 +R 2)/R2 = 1 + R 1 /R 2. Trong các bộ chia điện áp, tỷ số này có thể được chọn là 10, 100, 500, v.v. tùy thuộc vào

Một vôn kế được nối với các cực của bộ chia (Hình 333b). Bộ chia điện áp chỉ đưa ra một sai số nhỏ trong các phép đo nếu điện trở R v của vôn kế đủ cao (dòng điện đi qua bộ chia nhỏ) và điện trở của nguồn mà bộ chia được nối vào nhỏ.

Máy biến áp dụng cụ.Để bật các dụng cụ đo điện trong mạch điện xoay chiều, người ta sử dụng máy biến áp dụng cụ, đảm bảo an toàn cho người vận hành khi thực hiện các phép đo điện trong mạch điện cao thế. Các quy định an toàn nghiêm cấm việc đưa các dụng cụ đo điện vào các mạch này mà không có máy biến áp như vậy. Ngoài ra, máy biến áp dụng cụ mở rộng giới hạn đo của dụng cụ, tức là, chúng có thể đo dòng điện và điện áp lớn bằng các dụng cụ đơn giản được thiết kế để đo dòng điện và điện áp nhỏ.

Máy biến áp đo lường được chia thành máy biến điện áp và máy biến dòng điện. Máy biến điện áp 1 (Hình 334, a) dùng để nối vôn kế và các thiết bị khác phải phản ứng với điện áp. Nó được thực hiện giống như một máy biến áp giảm áp hai cuộn dây thông thường: cuộn sơ cấp được nối với hai điểm mà giữa đó cần đo điện áp và cuộn thứ cấp được nối với vôn kế 2.

Trong sơ đồ, máy biến áp đo điện áp được mô tả như một máy biến áp thông thường (trong Hình 334, hình tròn).

Do điện trở của cuộn dây vôn kế nối với máy biến điện áp cao nên máy biến áp thực tế hoạt động ở chế độ không tải và chúng ta có thể giả định với mức độ chính xác hợp lý rằng điện áp U 1 và U 2 trên sơ cấp và thứ cấp cuộn dây sẽ tỉ lệ thuận với số vòng dây? 1 và? 2 của cả hai cuộn dây của máy biến áp, tức là

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

Như vậy, chọn số lượt rẽ thích hợp? 1 và? 2 cuộn dây máy biến áp, điện áp cao có thể được đo bằng cách đặt điện áp nhỏ vào dụng cụ đo điện.

Điện áp U 1 có thể được xác định bằng cách nhân điện áp thứ cấp đo được U 2 với tỷ số biến áp n của máy biến áp.

Vôn kế được thiết kế để hoạt động liên tục với máy biến điện áp được hiệu chuẩn tại nhà máy có tính đến tỷ số biến đổi và các giá trị của điện áp đo được có thể được đọc trực tiếp trên thang đo của thiết bị.

Để ngăn ngừa nguy cơ bị điện giật cho người vận hành trong trường hợp hư hỏng cách điện của máy biến áp, một đầu của cuộn dây thứ cấp và vỏ thép của máy biến áp phải được nối đất.

Máy biến dòng điện 3 (Hình 334,b) được sử dụng để kết nối ampe kế và các thiết bị khác phải phản ứng với dòng điện xoay chiều chạy qua mạch. Nó được thực hiện dưới hình thức

máy biến áp tăng áp hai cuộn dây thông thường; Cuộn dây sơ cấp được nối nối tiếp với mạch dòng điện đo được và ampe kế 4 được nối với cuộn dây thứ cấp.

Ký hiệu mạch của máy biến dòng đo lường được thể hiện trong hình. 334, b trong một vòng tròn.

Do điện trở cuộn dây của ampe kế nối với máy biến dòng thường nhỏ nên máy biến áp thực tế hoạt động ở chế độ ngắn mạch và với mức độ chính xác hợp lý, chúng ta có thể giả sử rằng dòng điện I1 và I2 đi qua cuộn dây của nó sẽ tỉ lệ nghịch với số vòng quay? 1 và? 2 trong số các cuộn dây này, tức là

Tôi 1 /Tôi 2 = ? 1 /? 2 = n (109)

Vì vậy, lựa chọn số lượt cho phù hợp? 1 và? 2 cuộn dây máy biến áp, bạn có thể đo dòng điện lớn I1 bằng cách cho dòng điện nhỏ I2 đi qua thiết bị đo điện. Dòng điện I1 có thể được xác định bằng cách nhân dòng điện thứ cấp đo được I2 với giá trị n.

Ampe kế dành cho hoạt động liên tục kết hợp với máy biến dòng được hiệu chuẩn tại nhà máy có tính đến tỷ số biến đổi và các giá trị của dòng điện đo được I 1 có thể được đọc trực tiếp trên thang đo của thiết bị.

Để ngăn ngừa nguy cơ điện giật cho người vận hành trong trường hợp hư hỏng cách điện của máy biến áp, một trong các đầu của cuộn dây thứ cấp và vỏ máy biến áp phải được nối đất.

Một. tái bút cái gọi là máy biến dòng cấp qua được sử dụng (Hình 335). Trong một máy biến áp như vậy, mạch từ 3 và cuộn thứ cấp 2 được gắn trên một ống lót cách điện 4, dùng để đưa điện áp cao vào thân máy và vai trò của cuộn dây sơ cấp của máy biến áp được thực hiện bởi một thanh đồng 1 đi qua bên trong chất cách điện.

Các điều kiện hoạt động của máy biến dòng điện khác với máy biến áp thông thường. Ví dụ, việc mở cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng trong khi cuộn sơ cấp đang bật là không thể chấp nhận được, vì điều này sẽ gây ra sự gia tăng đáng kể từ thông và do đó, nhiệt độ của lõi và cuộn dây của máy biến áp, tức là. , sự thất bại của nó. Ngoài ra, điện tử lớn có thể được tạo ra trong cuộn thứ cấp hở của máy biến áp. d.s., nguy hiểm cho người thực hiện phép đo.

Khi bật thiết bị thông qua máy biến áp đo sẽ phát sinh hai loại lỗi: lỗi về tỷ số biến đổi và lỗi góc (khi thay đổi điện áp hoặc dòng điện, các tỷ số U 1 / U 2 và I 1 / I 2 thay đổi một chút và pha góc dịch chuyển giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp và dòng điện lệch 180°). Các lỗi này tăng lên khi tải máy biến áp vượt quá tải định mức. Sai số góc ảnh hưởng tới kết quả đo

với các dụng cụ có số đọc phụ thuộc vào góc pha giữa điện áp và dòng điện (ví dụ, oát kế, đồng hồ đo điện, v.v.). Tùy thuộc vào sai số cho phép, máy biến áp đo lường được chia thành các cấp chính xác. Cấp chính xác (0,2; 0,5; 1, v.v.) tương ứng với sai số cho phép lớn nhất trong tỷ số biến đổi tính theo phần trăm của giá trị danh nghĩa của nó.

Hãy nhớ một quy tắc khi đo: khi đo dòng điện, nối nối tiếp với tải và khi đo các đại lượng khác - mắc song song.

Hình dưới đây cho thấy cách kết nối chính xác các đầu dò và tải để đo dòng điện:

Chúng ta không chạm vào đầu dò màu đen cắm vào ổ COM mà chuyển đầu dò màu đỏ vào ổ cắm có ghi mA hoặc xA, trong đó thay vì x là giá trị dòng điện tối đa mà thiết bị có thể đo được. Trong trường hợp của tôi, đây là 20 Ampe, vì 20 A được viết bên cạnh ổ cắm. Tùy thuộc vào giá trị hiện tại mà bạn định đo, chúng tôi dán đầu dò màu đỏ vào đó. Nếu bạn không biết khoảng bao nhiêu dòng điện sẽ chạy trong mạch, thì hãy cắm vào ổ cắm xA:


Hãy kiểm tra xem tất cả hoạt động như thế nào.Trong trường hợp của chúng tôi, tải là quạt máy tính. Bộ nguồn của chúng tôi có chỉ báo tích hợp để hiển thị cường độ dòng điện và như bạn đã biết từ khóa học vật lý, cường độ dòng điện được đo bằng Ampe. Chúng ta đặt ở mức 12V, vặn núm trên đồng hồ vạn năng để đo dòng điện một chiều. Chúng tôi đặt giới hạn đo trên phim hoạt hình là 20 Amps. Chúng tôi lắp ráp theo sơ đồ trên và xem các bài đọc trên phim hoạt hình. Nó trùng khớp chính xác với ampe kế tích hợp trên .


Để đo dòng điện điện xoay chiều Chúng tôi đặt núm vạn năng lên biểu tượng đo dòng điện xoay chiều - “A~” và thực hiện các phép đo theo cách tương tự.

Cách đo điện áp DC bằng đồng hồ vạn năng

Hãy lấy một cục pin như thế này


Như chúng ta có thể thấy, nó cho biết dòng điện 550 mAh, nó có thể cung cấp cho tải trong một giờ, tức là milliamp mỗi giờ, cũng như điện áp mà pin của chúng ta có - 1,2 Volts. Điện áp là điều dễ hiểu, nhưng “dòng điện trong một giờ” là gì? Giả sử tải của chúng ta, một bóng đèn, tiêu thụ dòng điện 550 mA. Điều này có nghĩa là bóng đèn sẽ sáng trong một giờ. Hoặc hãy lấy một bóng đèn chiếu sáng yếu hơn và cho nó tiêu thụ 55 mA, nghĩa là nó có thể hoạt động trong 10 giờ.

Chúng tôi chia giá trị 550 mA được ghi trên pin cho giá trị được ghi trên tải và lấy thời gian mà tất cả điều này sẽ hoạt động cho đến khi hết pin. Tóm lại ai giỏi toán sẽ không khó hiểu điều kỳ diệu này :-)

Hãy đo điện áp trên pin, đặt một đầu dò vạn năng thành dương và đầu kia thành âm, nghĩa là kết nối song song, và Voila!


Trong trường hợp này, điện áp trên pin là 1,28 Volts. Giá trị trên pin mới phải luôn cao hơn giá trị ghi trên nhãn.

Hãy đo điện áp trên nguồn điện. Chúng tôi đặt nó ở mức 10 Volt và đo nó.


Màu đỏ là điểm cộng, màu đen là điểm trừ. Mọi thứ đều khớp, điện áp là 10,09 Volts. Chúng tôi sẽ coi 0,09 Vôn là một lỗi.

Nếu chúng ta nhầm lẫn giữa đầu dò vạn năng và đầu dò đơn vị thì sẽ không có điều gì xấu xảy ra. Đồng hồ vạn năng sẽ hiển thị cho chúng ta giá trị tương tự nhưng có dấu trừ.


Hãy nhớ rằng, điều này không hoạt động trên các đồng hồ vạn năng như vậy


Để xác định chính xác cực tính mà không cần đồng hồ vạn năng, bạn có thể sử dụng một số mẹo được mô tả trong bài viết.

Cách đo điện áp xoay chiều bằng đồng hồ vạn năng

Chúng tôi đặt giới hạn đo điện áp xoay chiều trên phim hoạt hình và đo điện áp trong ổ cắm. Việc bạn lắp đầu dò như thế nào không quan trọng. Không có điểm cộng hoặc điểm trừ. Có một pha và một số không. Nói một cách đại khái, một dây trong ổ cắm không gây nguy hiểm - nó là số 0, trong khi dây kia có thể hủy hoại nghiêm trọng sức khỏe hoặc thậm chí sức khỏe của bạn - đây là một giai đoạn.

Về lý thuyết, ổ cắm phải có điện áp 220 Volt. Nhưng của tôi hiển thị 215. Điều đó không có gì sai cả. Điện áp trong ổ cắm "phát". Bạn khó có thể nhìn thấy chính xác 220 Vôn khi đo điện áp trong ổ cắm trong nhà :-)

Đơn vị đo cơ bản của điện áp là vôn. Tùy thuộc vào cường độ, điện áp có thể được đo bằng vôn(TRONG), kilovolt(1 kV = 1000 V), milivolt(1 mV = 0,001 V), microvolt(1 µV = 0,001 mV = 0,000001 V). Trong thực tế, bạn thường phải đối mặt với vôn và mili vôn.

Có hai loại căng thẳng chính - Vĩnh viễn Và Biến đổi. Pin và ắc quy đóng vai trò là nguồn điện áp không đổi. Ví dụ, nguồn điện áp xoay chiều có thể là điện áp trong mạng điện của một căn hộ hoặc một ngôi nhà.

Để đo điện áp sử dụng vôn kế. Có vôn kế công tắc(tương tự) và điện tử.

Ngày nay, vôn kế con trỏ kém hơn so với vôn kế kỹ thuật số vì loại vôn kế này thuận tiện hơn khi sử dụng. Nếu khi đo bằng vôn kế quay số, các số đọc điện áp phải được tính theo thang đo thì với đồng hồ kỹ thuật số, kết quả đo được hiển thị ngay trên đồng hồ đo. Và về kích thước, dụng cụ con trỏ kém hơn so với dụng cụ kỹ thuật số.

Nhưng điều này không có nghĩa là các công cụ con trỏ hoàn toàn không được sử dụng. Có một số quy trình không thể nhìn thấy bằng thiết bị kỹ thuật số, vì vậy công tắc được sử dụng nhiều hơn trong các doanh nghiệp công nghiệp, phòng thí nghiệm, xưởng sửa chữa, v.v.

Trên sơ đồ mạch điện, vôn kế được ký hiệu bằng một vòng tròn có chữ Latinh in hoa “ V." bên trong. Bên cạnh ký hiệu của vôn kế, ký hiệu chữ cái của nó được biểu thị “ P.U." và số sê-ri trong sơ đồ. Ví dụ. Nếu có hai vôn kế trong mạch thì bên cạnh vôn kế đầu tiên họ viết “ PU 1", và về thứ hai" PU 2».

Khi đo điện áp một chiều, sơ đồ chỉ ra cực tính của kết nối vôn kế, nhưng nếu đo điện áp xoay chiều thì không chỉ ra cực tính của kết nối.

Điện áp được đo giữa hai điểm mạch: trong các mạch điện tử giữa tích cực Và dấu trừ các cực, trong các mạch điện giữa giai đoạn Và số không. Vôn kế được kết nối song song với nguồn điện áp hoặc song song với phần chuỗi- điện trở, đèn hoặc tải khác cần đo điện áp:

Hãy xem xét việc kết nối một vôn kế: trong sơ đồ trên, điện áp được đo trên đèn HL1 và đồng thời trên nguồn điện GB1. Trong sơ đồ dưới đây, điện áp được đo trên đèn HL1 và điện trở R1.

Trước khi đo điện áp, hãy xác định nó xem và xấp xỉ kích cỡ. Thực tế là bộ phận đo của vôn kế chỉ được thiết kế cho một loại điện áp và điều này dẫn đến các kết quả đo khác nhau. Vôn kế đo điện áp một chiều không thấy điện áp xoay chiều, còn vôn kế đo điện áp xoay chiều thì ngược lại, có thể đo điện áp một chiều nhưng số đọc sẽ không chính xác.

Cũng cần phải biết giá trị gần đúng của điện áp đo được, vì vôn kế hoạt động trong một dải điện áp được xác định nghiêm ngặt và nếu bạn chọn sai dải hoặc giá trị, thiết bị có thể bị hỏng. Ví dụ. Phạm vi đo của vôn kế là 0...100 Vôn, có nghĩa là điện áp chỉ có thể đo được trong giới hạn này, vì nếu điện áp được đo trên 100 Vôn, thiết bị sẽ hỏng.

Ngoài các thiết bị chỉ đo một thông số (điện áp, dòng điện, điện trở, điện dung, tần số), còn có những thiết bị đa chức năng đo tất cả các thông số này trong một thiết bị. Một thiết bị như vậy được gọi là kiểm thử(chủ yếu là dụng cụ đo con trỏ) hoặc vạn năng kỹ thuật số.

Chúng ta sẽ không tập trung vào máy kiểm tra, đó là chủ đề của một bài viết khác, mà hãy chuyển thẳng sang đồng hồ vạn năng kỹ thuật số. Phần lớn, đồng hồ vạn năng có thể đo hai loại điện áp trong phạm vi 0...1000 Vôn. Để dễ đo, cả hai điện áp được chia thành hai phần và trong các phần đó thành các dải phụ: Điện áp DC có năm dải phụ, điện áp xoay chiều có hai dải.

Mỗi phạm vi con có giới hạn đo tối đa riêng, được biểu thị bằng giá trị kỹ thuật số: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. Ví dụ. Ở giới hạn “200V”, điện áp được đo trong khoảng 0…200 Vôn.

Bây giờ chính quá trình đo lường.

1. Đo điện áp một chiều.

Đầu tiên chúng tôi quyết định xemđo điện áp (DC hoặc AC) và di chuyển công tắc sang khu vực mong muốn. Ví dụ: hãy lấy một cục pin AA có điện áp không đổi là 1,5 Vôn. Chúng tôi chọn khu vực điện áp không đổi và trong đó giới hạn đo là “2V”, phạm vi đo là 0...2 Volts.

Dây đo phải được cắm vào ổ cắm như minh họa trong hình bên dưới:

màu đỏ que thăm thường được gọi là tích cực, và nó được cắm vào ổ cắm, đối diện với đó là các biểu tượng của các thông số đo được: “VΩmA”;
đen que thăm được gọi là dấu trừ hoặc tổng quan và nó được cắm vào ổ cắm đối diện có biểu tượng “COM”. Tất cả các phép đo được thực hiện liên quan đến đầu dò này.

Chúng ta chạm vào cực dương của pin bằng đầu dò dương và cực âm với cực âm. Kết quả đo 1,59 Volts hiển thị ngay trên chỉ báo vạn năng. Như bạn có thể thấy, mọi thứ đều rất đơn giản.

Bây giờ có một sắc thái khác. Nếu các đầu dò trên pin bị tráo đổi, một dấu trừ sẽ xuất hiện ở phía trước đầu dò, cho biết cực tính của kết nối vạn năng bị đảo ngược. Dấu trừ có thể rất thuận tiện trong quá trình lắp đặt các mạch điện tử, khi cần xác định các bus dương hay âm trên bo mạch.

Chà, bây giờ chúng ta hãy xem xét tùy chọn khi không xác định được giá trị điện áp. Chúng ta sẽ sử dụng pin AA làm nguồn điện áp.

Giả sử chúng ta không biết điện áp pin và để không làm cháy thiết bị, chúng ta bắt đầu đo từ giới hạn tối đa “600V”, tương ứng với phạm vi đo là 0...600 Vôn. Sử dụng đầu dò vạn năng, chúng ta chạm vào các cực của pin và trên đèn báo, chúng ta thấy kết quả đo bằng “ 001 " Những con số này cho thấy không có điện áp hoặc giá trị của nó quá nhỏ hoặc phạm vi đo quá lớn.

Hãy đi thấp hơn. Chúng tôi di chuyển công tắc sang vị trí “200V”, tương ứng với phạm vi 0...200 Vôn và chạm vào các cực của pin bằng đầu dò. Chỉ báo cho thấy số đọc bằng “ 01,5 " Về nguyên tắc, những số đọc này đã đủ để nói rằng điện áp của pin AA là 1,5 Volts.

Tuy nhiên, số 0 ở phía trước cho thấy mức điện áp thậm chí còn thấp hơn và đo điện áp chính xác hơn. Chúng tôi giảm xuống giới hạn “20V”, tương ứng với phạm vi 0...20 Vôn và thực hiện lại phép đo. Chỉ số cho thấy “ 1,58 " Bây giờ chúng ta có thể nói chính xác rằng điện áp của pin AA là 1,58 Volts.

Bằng cách này, không biết giá trị điện áp, họ tìm thấy nó, giảm dần từ giới hạn đo cao xuống giới hạn đo thấp.

Cũng có những trường hợp khi thực hiện phép đo, đơn vị "" được hiển thị ở góc bên trái của chỉ báo. 1 " Một đơn vị cho biết điện áp hoặc dòng điện đo được cao hơn giới hạn đo đã chọn. Ví dụ. Nếu bạn đo điện áp 3 Vôn ở giới hạn “2V”, thì một đơn vị sẽ xuất hiện trên chỉ báo, vì phạm vi đo của giới hạn này chỉ là 0…2 Vôn.

Vẫn còn một giới hạn nữa là “200m” với phạm vi đo là 0...200 mV. Giới hạn này nhằm mục đích đo điện áp rất nhỏ (mV), đôi khi gặp phải khi thiết lập một số thiết kế vô tuyến nghiệp dư.

2. Đo điện áp xoay chiều.

Quá trình đo điện áp xoay chiều không khác gì đo điện áp một chiều. Sự khác biệt duy nhất là đối với điện áp xoay chiều, không cần phân cực của đầu dò.

Khu vực điện áp xoay chiều được chia thành hai dải con 200V Và 600V.
Ở giới hạn “200V”, bạn có thể đo, chẳng hạn như điện áp đầu ra của cuộn dây thứ cấp của máy biến áp giảm áp hoặc bất kỳ điện áp nào khác trong phạm vi 0...200 Vôn. Ở giới hạn “600V”, bạn có thể đo điện áp 220 V, 380 V, 440 V hoặc bất kỳ điện áp nào khác trong phạm vi 0...600 Vôn.

Ví dụ: hãy đo điện áp của mạng gia đình 220 Volt.
Chúng tôi di chuyển công tắc sang vị trí “600V” và cắm đầu dò vạn năng vào ổ cắm. Kết quả đo 229 Volts ngay lập tức xuất hiện trên đồng hồ. Như bạn có thể thấy, mọi thứ đều rất đơn giản.

Và một khoảnh khắc.
Trước khi đo điện áp cao, LUÔN LUÔN kiểm tra kỹ xem cách điện của đầu dò và dây dẫn của vôn kế hoặc đồng hồ vạn năng có ở tình trạng tốt hay không. và cũng kiểm tra thêm giới hạn đo đã chọn. Và chỉ sau khi tất cả các thao tác này mới thực hiện phép đo. Bằng cách này, bạn sẽ bảo vệ bản thân và thiết bị khỏi những bất ngờ không mong muốn.

Và nếu còn điều gì chưa rõ ràng, hãy xem video hướng dẫn cách đo điện áp và dòng điện bằng đồng hồ vạn năng.

Thông tin chung. Nhu cầu đo điện áp trong thực tế phát sinh rất thường xuyên. Trong các mạch và thiết bị điện và vô tuyến, điện áp của dòng điện một chiều và xoay chiều (hình sin và xung) thường được đo nhiều nhất.

Điện áp DC (Hình 3.5, MỘT) được biểu thị dưới dạng . Nguồn điện áp như vậy là máy phát điện một chiều và nguồn cung cấp năng lượng hóa học.

Cơm. 3.5. Sơ đồ định thời điện áp: dòng điện một chiều (a), hình sin xoay chiều (b) và xung xoay chiều (c)

Điện áp dòng điện xoay chiều hình sin (Hình 3.5, b) được biểu thị dưới dạng và được đặc trưng bởi các giá trị biên độ và bình phương gốc:

Nguồn điện áp như vậy là các máy phát tần số thấp và tần số cao và mạng điện.

Điện áp xung AC (Hình 3.5 V.) được đặc trưng bởi biên độ và giá trị điện áp trung bình (thành phần không đổi). Nguồn điện áp như vậy là các máy phát xung có tín hiệu có hình dạng khác nhau.

Đơn vị cơ bản của điện áp là vôn (V).

Trong thực hành đo điện, bội số và nhiều đơn vị được sử dụng rộng rãi:

Kilovolt (1 kV - V);

Millivolt (1mV - V);

Microvolt (1 µV - V).

Ký hiệu quốc tế của các đơn vị điện áp được nêu trong Phụ lục 1.

Trong phân loại danh mục, vôn kế điện tử được chỉ định như sau: B1 - mẫu, B2 - dòng điện một chiều, VZ - dòng điện hình sin xoay chiều, B4 - dòng xung xoay chiều, B5 - nhạy pha, B6 - chọn lọc, B7 - phổ quát.

Trên thang đo của các chỉ báo tương tự và trên bảng mặt trước (trên các công tắc giới hạn) của vôn kế điện tử và cơ điện trong và ngoài nước, các ký hiệu sau được sử dụng: V - vôn kế, kV - kilovoltmeter, mV - milivolt mét, V - microvoltmet.

Đo điện áp DC.Để đo điện áp DC, người ta sử dụng vôn kế điện cơ và đồng hồ vạn năng, vôn kế điện tử tương tự và kỹ thuật số, và máy hiện sóng điện tử.

Vôn kế điện cơ Việc đánh giá trực tiếp giá trị đo được tạo thành một loại thiết bị loại tương tự lớn và có những ưu điểm sau:

Khả năng làm việc mà không cần kết nối với nguồn điện;

kích thước tổng thể nhỏ;

Giá thấp hơn (so với giá điện tử);

Sự đơn giản của thiết kế và dễ vận hành.

Thông thường, khi thực hiện các phép đo điện trong mạch dòng điện cao, vôn kế dựa trên hệ thống điện từ và điện động lực được sử dụng, và trong các mạch dòng điện thấp, hệ thống điện từ được sử dụng. Vì tất cả các hệ thống này đều là máy đo dòng điện (ampe kế), nên để tạo ra vôn kế dựa trên chúng, cần phải tăng điện trở trong của thiết bị, tức là. nối thêm một điện trở nối tiếp với cơ cấu đo (Hình 3.6, MỘT).


Vôn kế được mắc song song vào mạch điện đang thử nghiệm (Hình 3.6, b), và trở kháng đầu vào của nó phải đủ lớn.

Để mở rộng phạm vi đo của vôn kế, người ta cũng sử dụng thêm một điện trở nối tiếp với thiết bị (Hình 3.6, V).

Giá trị điện trở của điện trở bổ sung được xác định theo công thức:

Cơm. 3.6. Sơ đồ tạo vôn kế dựa trên ampe kế ( MỘT), nối vôn kế với tải ( 6 ), nối một điện trở bổ sung với vôn kế ( V.)

(3.8)

Đâu là con số cho biết giới hạn đo của vôn kế mở rộng bao nhiêu lần:

giới hạn đo ban đầu ở đâu;

- giới hạn đo mới.

Các điện trở bổ sung được đặt bên trong thân thiết bị được gọi là bên trong, trong khi những điện trở được kết nối với thiết bị từ bên ngoài được gọi là bên ngoài. Vôn kế có thể có nhiều dải đo. Có mối quan hệ trực tiếp giữa giới hạn đo và điện trở trong của vôn kế đa giới hạn: giới hạn đo càng lớn thì điện trở của vôn kế càng lớn.

Vôn kế điện cơ có những nhược điểm sau:

Phạm vi đo điện áp hạn chế (ngay cả trong vôn kế nhiều dải);

Điện trở đầu vào thấp, do đó, mức tiêu thụ điện năng bên trong lớn của mạch đang nghiên cứu.

Những nhược điểm này của vôn kế điện cơ xác định việc sử dụng vôn kế điện tử được ưu tiên để đo điện áp trong thiết bị điện tử.

Vôn kế DC tương tự điện tửđược xây dựng theo sơ đồ thể hiện trong hình. 3.7. Thiết bị đầu vào bao gồm một bộ theo dõi bộ phát (để tăng điện trở đầu vào) và bộ suy giảm - bộ chia điện áp.

Ưu điểm của vôn kế analog điện tử so với vôn kế analog là rõ ràng:

Cơm. 3.7. Sơ đồ khối của vôn kế DC analog điện tử

Phạm vi đo điện áp rộng;

Điện trở đầu vào lớn, do đó, mức tiêu thụ điện năng nội tại của mạch đang nghiên cứu thấp;

Độ nhạy cao do có bộ khuếch đại ở đầu vào của thiết bị;

Không thể xảy ra tình trạng quá tải.

Tuy nhiên, vôn kế analog điện tử có một số nhược điểm:

Nguồn điện sẵn có, hầu hết đã ổn định;

Sai số tương đối giảm lớn hơn so với vôn kế điện cơ (2,5-6%);

Trọng lượng và kích thước lớn, giá cao hơn.

Hiện nay, vôn kế DC điện tử tương tự không được sử dụng rộng rãi vì các thông số của chúng kém hơn đáng kể so với vôn kế kỹ thuật số.

Đo điện áp xoay chiều.

Để đo điện áp xoay chiều, vôn kế điện cơ và đồng hồ vạn năng, vôn kế điện tử tương tự và kỹ thuật số, và máy hiện sóng điện tử được sử dụng.

Chúng ta hãy xem xét các vôn kế điện cơ rẻ tiền và khá chính xác. Đó là khuyến khích để làm điều này trong dải tần số.

Ở tần số công nghiệp 50, 100, 400 và 1000 Hz, vôn kế của hệ thống điện từ, điện động lực, sắt động, chỉnh lưu, tĩnh điện và nhiệt điện được sử dụng rộng rãi.

Ở tần số thấp (lên đến 15-20 kHz), vôn kế của bộ chỉnh lưu, hệ thống tĩnh điện và nhiệt điện được sử dụng.

Ở tần số cao (lên đến vài - hàng chục megahertz) các thiết bị của hệ thống tĩnh điện và nhiệt điện được sử dụng.

Để đo điện, các dụng cụ đa năng - đồng hồ vạn năng - được sử dụng rộng rãi.

Đồng hồ vạn năng(máy kiểm tra, ampe-volt-ohmmet, thiết bị kết hợp) cho phép bạn đo nhiều thông số: cường độ dòng điện một chiều và xoay chiều, điện áp dòng điện một chiều và xoay chiều, điện trở, công suất tụ điện (không phải tất cả các thiết bị), một số thông số tĩnh của bóng bán dẫn công suất thấp (, , Và ).

Đồng hồ vạn năng có sẵn với khả năng đọc tương tự và kỹ thuật số.

Việc sử dụng rộng rãi đồng hồ vạn năng được giải thích bởi những ưu điểm sau:

Đa chức năng, tức là Khả năng sử dụng làm ampe kế, vôn kế, ohm kế, máy đo khoảng cách, máy đo thông số của bóng bán dẫn công suất thấp:

Phạm vi rộng của các thông số đo do có một số giới hạn đo cho từng thông số;

Khả năng sử dụng như thiết bị di động vì không có nguồn điện lưới;

Trọng lượng và kích thước nhỏ;

Tính linh hoạt (khả năng đo dòng điện và điện áp xoay chiều và một chiều),

Đồng hồ vạn năng cũng có một số nhược điểm:

Dải tần số ứng dụng hẹp;

Tiêu thụ điện năng riêng lớn từ mạch 1 đang nghiên cứu;

Giảm sai số lớn cho đồng hồ vạn năng analog (1,5, 2,5 và 4) và kỹ thuật số;

Sự không nhất quán của điện trở trong ở các giới hạn khác nhau của phép đo dòng điện và điện áp.

Theo phân loại danh mục trong nước, đồng hồ vạn năng được chỉ định là Ts43 và sau đó là số kiểu, ví dụ: Ts4352.

Để xác định điện trở trong của đồng hồ vạn năng tương tự ở giới hạn đo đi kèm, điện trở cụ thể có thể được đưa ra trong hộ chiếu thiết bị 1. Ví dụ: trong hộ chiếu của máy thử Ts4341, điện trở suất = 16,7 kOhm/V, giới hạn đo cho điện áp DC là 1,5 - 3 - 6 - 15 V.

Trong trường hợp này, điện trở của đồng hồ vạn năng ở giới hạn 6 V DC được xác định theo công thức:

Hộ chiếu thiết bị có thể chứa thông tin cần thiết để tính toán điện trở theo định luật Ohm.

Nếu máy thử được sử dụng làm vôn kế thì điện trở đầu vào của nó được xác định theo công thức:

giới hạn đo đã chọn ở đâu;

Giá trị hiện tại trong giới hạn đã chọn (được chỉ định ở mặt sau của thiết bị hoặc trong hộ chiếu của thiết bị).

Nếu máy thử được sử dụng làm ampe kế thì điện trở đầu vào của nó được xác định theo công thức:

Giới hạn đo được chọn ở đâu;

— giá trị điện áp hiển thị ở mặt sau của thiết bị hoặc trong bảng dữ liệu của thiết bị.

Ví dụ: hộ chiếu của người thử nghiệm Ts4341 cho thấy mức giảm điện áp trên thiết bị bằng 0,3 V trong phạm vi 0,06 - 0,6 - 6 - 60 - 600 mA DC và giảm điện áp 1,3 V trong phạm vi: 0,3 - AC 3 - 30 - 300 mA. Trở kháng đầu vào của đồng hồ vạn năng trong giới hạn 3 mA AC sẽ là

Vôn kế AC tương tự điện tửđược xây dựng theo một trong các sơ đồ khối (Hình 3.8), khác nhau ở trình tự sắp xếp các khối chính - bộ khuếch đại và bộ chuyển đổi (máy dò) điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Đặc tính của các vôn kế này phần lớn phụ thuộc vào mạch được chọn.

Cơm. 3.8. Sơ đồ khối của vôn kế điện tử tương tự loại dòng điện xoay chiều U-D ( MỘT) và gõ D-U (b)

Vôn kế thuộc nhóm đầu tiên - loại máy dò-bộ khuếch đại (A-D) - có độ nhạy cao, liên quan đến sự hiện diện của bộ khuếch đại bổ sung. Do đó, tất cả các máy đo micro và milivolt đều được chế tạo theo mạch V-D. Tuy nhiên, dải tần của các vôn kế như vậy không rộng (lên đến vài megahertz), vì việc tạo ra bộ khuếch đại AC băng thông rộng có một số khó khăn nhất định. Vôn kế loại U-D được phân loại là không phổ dụng (nhóm con VZ), tức là chỉ có thể đo điện áp xoay chiều.

Vôn kế thuộc nhóm thứ hai - loại máy dò-khuếch đại (D-A) - có dải tần rộng (lên đến vài gigahertz) và độ nhạy thấp. Vôn kế loại này là phổ quát (phân nhóm B7), tức là. đo điện áp không chỉ của dòng điện xoay chiều mà còn của dòng điện một chiều; có thể đo được các mức điện áp đáng kể vì không khó để tạo ra mức tăng cao khi sử dụng CNT.

Trong cả hai loại vôn kế, một chức năng quan trọng được thực hiện bởi bộ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC - máy dò, dựa trên chức năng chuyển đổi điện áp đầu vào thành điện áp đầu ra, có thể được phân thành ba loại: giá trị chỉnh lưu biên độ, rms và rms .

Các đặc tính của thiết bị phần lớn phụ thuộc vào loại máy dò. Vôn kế có máy dò giá trị biên độ là loại có tần số cao nhất; vôn kế có bộ dò giá trị RMS cho phép bạn đo điện áp xoay chiều ở bất kỳ hình dạng nào; Vôn kế có đầu dò giá trị trung bình được hiệu chỉnh chỉ phù hợp để đo điện áp của tín hiệu hài và là loại đơn giản, đáng tin cậy nhất và rẻ tiền.

Máy dò giá trị biên độ là thiết bị có điện áp ra tương ứng với giá trị biên độ của tín hiệu đo được, được đảm bảo bằng cách lưu trữ điện áp trên tụ điện.

Để mạch tải thực của bất kỳ máy dò nào có thể lọc hiệu quả tín hiệu hữu ích và triệt tiêu các sóng hài tần số cao không mong muốn, phải đáp ứng điều kiện sau:

Hoặc , (3.12)

điện dung của bộ lọc đầu ra ở đâu;

- điện trở tải của máy dò.

Điều kiện thứ hai để máy dò hoạt động tốt:

Hình 3.9 thể hiện sơ đồ khối và sơ đồ thời gian của điện áp đầu ra của bộ dò giá trị biên độ với một diode mắc song song và đầu vào đóng. Một máy dò có đầu vào đóng có tụ điện mắc nối tiếp, tụ điện này không cho thành phần DC đi qua. Hãy xem xét hoạt động của máy dò như vậy khi đặt điện áp hình sin vào đầu vào của nó .

Cơm. 3.9. Sơ đồ khối của bộ dò giá trị biên độ có kết nối song song của một diode và đầu vào đóng (MỘT) và sơ đồ thời gian điện áp (b) Khi có nửa sóng dương của sóng hình sin, tụ điện VỚIđược sạc qua một diode VD, có điện trở thấp khi mở.

Hằng số thời gian sạc của tụ điện nhỏ và tụ điện nhanh chóng tích điện đến giá trị cực đại . Khi cực tính của tín hiệu đầu vào thay đổi, diode đóng lại và tụ điện được phóng điện từ từ qua điện trở tải được chọn lớn - 50-100 MOhm.

Do đó, hằng số phóng điện hóa ra lớn hơn đáng kể so với chu kỳ của tín hiệu hình sin. Kết quả là tụ điện vẫn được tích điện đến điện áp gần bằng .

Sự thay đổi điện áp trên điện trở tải được xác định bởi sự chênh lệch biên độ của điện áp đầu vào và điện áp trên tụ điện Kết quả là điện áp đầu ra sẽ dao động với biên độ gấp đôi điện áp đo được (xem Hình 3.9, b).

Điều này được xác nhận bằng các tính toán toán học sau:

Tại , , tại , tại .

Để cách ly thành phần không đổi của tín hiệu, đầu ra của máy dò được kết nối với bộ lọc điện dung, bộ lọc này triệt tiêu tất cả các sóng hài hiện tại khác.

Dựa trên những điều đã nói ở trên, kết luận như sau: chu kỳ của tín hiệu được nghiên cứu càng ngắn (tần số của nó càng cao) thì đẳng thức được thỏa mãn càng chính xác , giải thích đặc tính tần số cao của máy dò. Khi sử dụng vôn kế có máy dò giá trị biên độ, cần lưu ý rằng các thiết bị này thường được hiệu chỉnh theo giá trị bình phương trung bình gốc của tín hiệu hình sin, tức là số đọc của chỉ báo thiết bị bằng thương số của giá trị biên độ chia cho hệ số biên độ của hình sin:

hệ số biên độ ở đâu.

Máy dò RMS(Hình 3.10) chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, tỷ lệ với bình phương giá trị bình phương trung bình gốc của điện áp đo được. Do đó, việc đo điện áp rms bao gồm thực hiện ba thao tác: bình phương giá trị tức thời của tín hiệu, lấy trung bình giá trị của nó và lấy gốc của kết quả lấy trung bình (thao tác cuối cùng được đảm bảo bằng cách hiệu chỉnh thang đo vôn kế). Việc bình phương giá trị tín hiệu tức thời thường được thực hiện bởi một tế bào diode bằng cách sử dụng phần bậc hai của đặc tính của nó.

Cơm. 3.10. Máy dò RMS: MỘT - tế bào diode; b- CVC của điốt

Trong tế bào diode VD, R1(xem hình 3.10, MỘT) một điện áp không đổi được đặt vào diode VD sao cho nó vẫn đóng chừng nào điện áp đo được () trên điện trở R2 sẽ không vượt quá giá trị .

Phần ban đầu của đặc tính dòng điện-điện áp của diode là ngắn (xem Hình 3.10, b), Do đó, phần bậc hai được kéo dài một cách giả tạo bằng phương pháp gần đúng tuyến tính từng đoạn bằng cách sử dụng một số tế bào diode.

Khi thiết kế vôn kế RMS, khó khăn nảy sinh trong việc cung cấp dải tần rộng. Mặc dù vậy, những vôn kế như vậy là phổ biến nhất, vì chúng có thể đo điện áp ở bất kỳ hình dạng phức tạp nào.

Máy dò trung bình đã chỉnh lưu chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC tỷ lệ thuận với giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình. Dòng điện đầu ra của thiết bị đo có đầu dò như vậy tương tự như dòng điện đầu ra của hệ thống chỉnh lưu.

Điện áp xoay chiều hoạt động trong các thiết bị điện tử có thể thay đổi theo thời gian theo nhiều quy luật khác nhau. Ví dụ, điện áp ở đầu ra của bộ tạo dao động chính của máy phát vô tuyến được kết nối thay đổi theo quy luật hình sin, ở đầu ra của bộ tạo dao động quét các xung có dạng răng cưa và các xung đồng bộ của tín hiệu truyền hình hoàn chỉnh có dạng hình chữ nhật. .

Trong thực tế, cần phải thực hiện các phép đo ở các phần khác nhau của mạch điện, các điện áp trong đó có thể khác nhau về giá trị và hình dạng. Đo điện áp không hình sin có những đặc điểm riêng cần phải tính đến để tránh sai sót.

Điều rất quan trọng là chọn đúng loại thiết bị và phương pháp chuyển đổi số đọc của vôn kế thành giá trị thông số yêu cầu của điện áp đo được. Để làm được điều này, cần phải hiểu rõ cách đánh giá và so sánh điện áp xoay chiều cũng như hình dạng của điện áp ảnh hưởng như thế nào đến giá trị của các hệ số liên quan đến các thông số điện áp riêng lẻ.

Tiêu chí để đánh giá điện áp dòng điện xoay chiều ở bất kỳ dạng nào là việc đấu nối với điện áp dòng điện một chiều tương ứng để có cùng hiệu ứng nhiệt (giá trị rms bạn), được xác định bởi biểu thức

(3.14)

khoảng thời gian lặp lại tín hiệu ở đâu;

- một hàm mô tả quy luật thay đổi giá trị điện áp tức thời. Người vận hành không phải lúc nào cũng có thể sử dụng vôn kế để có thể đo được thông số điện áp mong muốn. Trong trường hợp này, tham số điện áp yêu cầu được đo gián tiếp bằng vôn kế hiện có, sử dụng hệ số đỉnh và hình dạng. Hãy xem xét một ví dụ về tính toán các thông số cần thiết của điện áp hình sin.

Cần xác định biên độ () và các giá trị được hiệu chỉnh trung bình () của điện áp hình sin bằng vôn kế, được hiệu chỉnh theo giá trị bình phương trung bình gốc của điện áp hình sin, nếu thiết bị hiển thị .

Chúng tôi thực hiện tính toán như sau. Vì vôn kế được hiệu chỉnh theo giá trị rms , thì trong Phụ lục 3 của thiết bị này, số đọc 10 V tương ứng với số đọc trực tiếp trên thang giá trị rms, tức là.

Điện áp xoay chiều được đặc trưng bởi giá trị trung bình, biên độ) (tối đa) và giá trị bình phương trung bình gốc.

Giá trị trung bình(thành phần không đổi) trong khoảng thời gian điện áp xoay chiều:

(3.15)

Gia trị lơn nhât là giá trị tức thời lớn nhất của điện áp xoay chiều trong chu kỳ tín hiệu:

Giá trị hiệu chỉnh trung bình -đây là điện áp trung bình ở đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn sóng có điện áp xoay chiều ở đầu vào :

(3.17)

Tỷ lệ giữa bình phương trung bình gốc, giá trị trung bình và giá trị cực đại của điện áp dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào hình dạng của nó và thường được xác định bởi hai hệ số:

(hệ số biên độ), (3.18)

(yếu tố hình thức). (3.19)

Giá trị của các hệ số này đối với các ứng suất có hình dạng khác nhau và tỷ số của chúng được cho trong Bảng. 3.1

Bảng 3.1

Giá trị và điện áp có hình dạng khác nhau

Ghi chú, - chu kỳ nhiệm vụ: .

Trong một số thiết bị, điện áp được đánh giá không phải theo đơn vị tuyệt đối (V, mV, µV) mà theo đơn vị logarit tương đối - decibel (dB hoặc dB). Để đơn giản hóa việc chuyển đổi từ đơn vị tuyệt đối sang đơn vị tương đối và ngược lại, hầu hết các vôn kế tương tự (độc lập và được tích hợp trong các thiết bị khác: máy phát điện, đồng hồ vạn năng, máy đo độ méo phi tuyến) đều có thang đo decibel cùng với thang đo thông thường. Thang đo này được phân biệt bằng tính phi tuyến được xác định rõ ràng, nếu cần, cho phép bạn thu được kết quả ngay lập tức tính bằng decibel mà không cần tính toán thích hợp và sử dụng bảng chuyển đổi. Thông thường, đối với các thiết bị như vậy, thang decibel bằng 0 tương ứng với điện áp đầu vào là 0,775 V.

Điện áp lớn hơn mức 0 thông thường được đặc trưng bởi decibel dương, nhỏ hơn mức này - âm. Trên công tắc giới hạn, mỗi dải phụ đo khác nhau về mức độ so với dải lân cận 10 dB, tương ứng với hệ số điện áp là 3,16. Các số đọc được lấy trên thang decibel được cộng đại số vào các số đọc trên công tắc giới hạn đo và không được nhân lên như trong trường hợp số đọc điện áp tuyệt đối.

Ví dụ: công tắc giới hạn được đặt thành “- 10 dB”, trong khi mũi tên chỉ báo được đặt thành “- 0,5 dB”. Mức tổng sẽ là: ---- 10 + (- 0,5) = - 10,5 dB, Và cơ sở để chuyển đổi điện áp từ giá trị tuyệt đối sang giá trị tương đối là công thức

(3.20)

Trong đó = 0,775V.

Vì bel là một đơn vị lớn nên trong thực tế, phần phân số (phần mười) của bel được sử dụng - decibel.

Vôn kế xung và kỹ thuật số. Khi đo điện áp xung có biên độ nhỏ, khuếch đại xung sơ bộ được sử dụng. Sơ đồ khối của vôn kế xung analog (Hình 3.11) bao gồm một đầu dò từ xa với bộ theo dõi bộ phát, bộ suy giảm, bộ tiền khuếch đại băng thông rộng, bộ dò giá trị biên độ, bộ khuếch đại dòng điện một chiều (DCA) và bộ chỉ báo điện cơ. Vôn kế được thực hiện theo sơ đồ này đo trực tiếp điện áp 1 mV - 3 V với sai số ± (4 - 10)%, thời lượng xung 1 - 200 μs và chu kỳ làm việc 100 ... 2500.

Cơm. 3.11.t Sơ đồ khối của vôn kế xung

Để đo điện áp nhỏ trong khoảng thời gian rộng (từ nano giây đến mili giây), vôn kế hoạt động trên cơ sở phương pháp tự động bù được sử dụng.

Vôn kế điện tử kỹ thuật số có những ưu điểm đáng kể so với vôn kế tương tự:

Tốc độ đo cao;

Loại bỏ khả năng xảy ra lỗi chủ quan của người vận hành;

Lỗi giảm nhỏ.

Do những ưu điểm này, vôn kế điện tử kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi cho mục đích đo lường. Hình 3.12 thể hiện sơ đồ khối đơn giản của vôn kế số.

Cơm. 3.12. Sơ đồ khối đơn giản của vôn kế số

Thiết bị đầu vàođược thiết kế để tạo ra điện trở đầu vào lớn, chọn giới hạn đo, giảm nhiễu và tự động xác định cực tính của điện áp DC đo được. Trong vôn kế xoay chiều, thiết bị đầu vào cũng bao gồm bộ chuyển đổi điện áp AC-to-DC.

Từ đầu ra của thiết bị đầu vào, điện áp đo được sẽ được cung cấp cho bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số(ADC), trong đó điện áp được chuyển đổi thành tín hiệu số (rời rạc) dưới dạng mã điện hoặc xung, số lượng tỷ lệ thuận với điện áp đo được. Kết quả xuất hiện trên bảng điểm chỉ số kỹ thuật số. Hoạt động của tất cả các khối được kiểm soát thiết bị điều khiển.

Vôn kế kỹ thuật số, tùy thuộc vào loại ADC, được chia thành bốn nhóm: mã xung, xung thời gian, tần số xung, mã hóa không gian.

Hiện nay được sử dụng rộng rãi vôn kế xung thời gian kỹ thuật số , bộ chuyển đổi thực hiện chuyển đổi trung gian điện áp đo được thành khoảng thời gian tỷ lệ chứa đầy các xung có tần số lặp lại đã biết. Kết quả của sự biến đổi này, tín hiệu đo lường thông tin rời rạc ở đầu vào của ADC có dạng một gói xung đếm, số lượng xung này tỷ lệ thuận với điện áp đo được.

Sai số của vôn kế xung thời gian được xác định bởi sai số lấy mẫu của tín hiệu đo được, sự mất ổn định của tần số xung đếm, sự xuất hiện ngưỡng nhạy của mạch so sánh và độ phi tuyến của điện áp chuyển đổi ở đầu vào của so sánh. mạch.

Có một số lựa chọn về giải pháp thiết kế mạch khi xây dựng vôn kế xung thời gian. Chúng ta hãy xem xét nguyên lý hoạt động của vôn kế xung với bộ tạo điện áp thay đổi tuyến tính (GLIN).

Hình 3.13 thể hiện sơ đồ khối của vôn kế xung thời gian kỹ thuật số có GLIN và sơ đồ định thời giải thích hoạt động của nó.

Tín hiệu đo thông tin rời rạc ở đầu ra của bộ biến đổi có dạng một gói xung đếm, số lượng xung tỷ lệ thuận với giá trị điện áp đầu vào . Từ đầu ra của GLIN, điện áp tăng tuyến tính theo thời gian được cung cấp cho đầu vào 1 của thiết bị so sánh. Đầu vào 2 của thiết bị so sánh II được kết nối với vỏ.

Tại thời điểm cân bằng, một xung xuất hiện ở đầu vào của thiết bị so sánh II và ở đầu ra của nó, được đưa đến đầu vào duy nhất của bộ kích hoạt (T), gây ra sự xuất hiện tín hiệu ở đầu ra của nó. Bộ kích hoạt trở về vị trí ban đầu bằng một xung phát ra từ đầu ra của thiết bị so sánh II. Tín hiệu này xuất hiện tại thời điểm cân bằng giữa điện áp tăng tuyến tính và điện áp đo được. Do đó, tín hiệu được tạo ra có thời lượng (trong đó — hệ số chuyển đổi) được cung cấp cho đầu vào 1 của mạch nhân logic AND và đầu vào 2 nhận tín hiệu từ bộ tạo xung đếm (CPG). Các xung theo sau với một tần số. Tín hiệu xung xuất hiện khi có xung ở cả hai đầu vào, tức là. Các xung đếm sẽ trôi qua khi có tín hiệu ở đầu ra trigger.

Cơm. 3.13. Sơ đồ kết cấu (MỘT) và biểu đồ thời gian (b) vôn kế xung thời gian kỹ thuật số với GLIN

Bộ đếm xung đếm số xung đã truyền (có tính đến hệ số chuyển đổi). Kết quả đo được hiển thị trên bảng chỉ báo kỹ thuật số (DI). Công thức đã cho không tính đến sai số rời rạc do sự khác biệt giữa sự xuất hiện của xung đếm với điểm đầu và cuối của khoảng

Ngoài ra, còn có sai số lớn do hệ số phi tuyến của hệ số chuyển đổi gây ra. . Do đó, vôn kế xung thời gian kỹ thuật số có GLIN có độ chính xác kém nhất trong số các vôn kế kỹ thuật số.

Vôn kế kỹ thuật số tích hợp kép khác với vôn kế xung thời gian ở nguyên lý hoạt động. Trong đó, trong chu kỳ đo, hai khoảng thời gian được hình thành - và . Trong khoảng thời gian đầu tiên, sự tích hợp của điện áp đo được đảm bảo , trong giây - điện áp tham chiếu. Thời gian chu kỳ đo được đặt trước dưới dạng bội số của chu kỳ nhiễu tác động ở đầu vào, giúp cải thiện khả năng chống nhiễu của vôn kế.

Hình 3.14 cho thấy sơ đồ khối của vôn kế số với sơ đồ tích hợp kép và sơ đồ thời gian giải thích hoạt động của nó.

Cơm. 3.14. Sơ đồ kết cấu (MỘT) và sơ đồ thời gian (6) vôn kế kỹ thuật số tích hợp kép

Tại (tại thời điểm bắt đầu đo), thiết bị điều khiển sẽ tạo ra xung đã hiệu chỉnh với thời lượng

, (3.21) chuyển công tắc sang vị trí 2 và nguồn điện áp tham chiếu (VS) được cung cấp cho bộ tích phân; tình trạng. Ở đầu ra của trigger, xung điện áp được tạo ra

; ; (3.25)

Từ các mối quan hệ thu được, cho thấy sai số trong kết quả đo chỉ phụ thuộc vào mức điện áp tham chiếu chứ không phụ thuộc vào một số thông số (như trong vôn kế mã xung), nhưng ở đây cũng có sai số rời rạc.

Ưu điểm của vôn kế tích hợp kép là khả năng chống ồn cao và cấp độ chính xác cao hơn (0,005-0,02%) so với vôn kế có GLIN.

Vôn kế kỹ thuật số tích hợp bộ vi xử lý được kết hợp và thuộc về vôn kế có độ chính xác cao nhất. Nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên các phương pháp cân bằng từng bit và chuyển đổi tích hợp xung thời gian.

Bộ vi xử lý và các bộ chuyển đổi bổ sung có trong mạch của vôn kế như vậy sẽ mở rộng khả năng của thiết bị, khiến nó trở nên phổ biến trong việc đo một số lượng lớn các thông số. Vôn kế như vậy đo điện áp DC và AC, cường độ dòng điện, điện trở, tần số dao động và các thông số khác. Khi được sử dụng cùng với máy hiện sóng, chúng có thể đo các thông số thời gian: chu kỳ, thời lượng xung, v.v. Sự hiện diện của bộ vi xử lý trong mạch vôn kế cho phép tự động sửa các lỗi đo, chẩn đoán lỗi và hiệu chuẩn tự động.

Hình 3.15 cho thấy sơ đồ khối của vôn kế kỹ thuật số có bộ vi xử lý tích hợp.

Cơm. 3.15. Sơ đồ khối của vôn kế kỹ thuật số có bộ vi xử lý tích hợp

Sử dụng bộ chuyển đổi thích hợp, bộ chuẩn hóa tín hiệu sẽ chuyển đổi các tham số đo đầu vào (97 trang) thành tín hiệu thống nhất đến đầu vào của ADC, thực hiện chuyển đổi bằng phương pháp tích hợp kép. Việc lựa chọn chế độ vận hành vôn kế cho một loại phép đo nhất định được thực hiện bởi bộ điều khiển ADC có màn hình. Khối tương tự cung cấp cấu hình cần thiết của hệ thống đo lường.

Bộ vi xử lý là cơ sở của bộ điều khiển và được kết nối với các bộ phận khác thông qua các thanh ghi thay đổi. Bộ vi xử lý được điều khiển bằng bàn phím nằm trên bảng điều khiển. Việc quản lý cũng có thể được thực hiện thông qua giao diện tiêu chuẩn của kênh liên lạc được kết nối. Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) lưu trữ chương trình vận hành bộ vi xử lý, được triển khai bằng bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).

Tích hợp các bộ chia điện áp tham chiếu điện trở có độ ổn định cao và chính xác, bộ khuếch đại vi sai (DA) và một số bộ phận bên ngoài (bộ suy giảm, bộ chọn chế độ, bộ điện áp tham chiếu ) thực hiện các phép đo trực tiếp. Tất cả các khối được đồng bộ hóa bằng tín hiệu từ bộ tạo xung nhịp.

Việc bao gồm bộ vi xử lý và một số bộ chuyển đổi bổ sung trong mạch vôn kế cho phép tự động sửa lỗi, tự động hiệu chuẩn và chẩn đoán lỗi.

Các thông số chính của vôn kế kỹ thuật số là độ chính xác chuyển đổi, thời gian chuyển đổi, giới hạn thay đổi giá trị đầu vào và độ nhạy.

Độ chính xác của chuyển đổiđược xác định bởi lỗi lượng tử hóa mức độ, được đặc trưng bởi số bit trong mã đầu ra.

Sai số của vôn kế số có hai thành phần. Thành phần thứ nhất (nhân) phụ thuộc vào giá trị đo được, thành phần thứ hai (cộng) không phụ thuộc vào giá trị đo được.

Cách biểu diễn này gắn liền với nguyên lý rời rạc của việc đo một đại lượng tương tự, vì trong quá trình lượng tử hóa, sẽ phát sinh sai số tuyệt đối do số lượng mức lượng tử hóa hữu hạn. Sai số tuyệt đối của phép đo điện áp được biểu thị bằng

dấu hiệu) hoặc (dấu hiệu), (3.27)

sai số đo lường tương đối thực tế ở đâu;

- giá trị điện áp đo được;

— giá trị cuối cùng ở giới hạn đo đã chọn;

T dấu - giá trị được xác định theo đơn vị của chữ số có nghĩa nhỏ nhất của CI (lỗi rời rạc cộng tính). Sai số đo lường tương đối thực tế chính có thể được trình bày dưới dạng khác:

(3.2)

Ở đâu một, b - số không đổi đặc trưng cho lớp chính xác của thiết bị.

Thuật ngữ lỗi đầu tiên (MỘT) không phụ thuộc vào số đọc của thiết bị và thứ hai (b) tăng khi giảm .

Thời gian chuyển đổi là thời gian cần thiết để hoàn thành một lần chuyển đổi giá trị tương tự sang mã số.

Giới hạn thay đổi giá trị đầu vào — Đây là các phạm vi biến đổi của giá trị đầu vào, được xác định hoàn toàn bởi số chữ số và “trọng số” của chữ số nhỏ nhất.

Nhạy cảm(độ phân giải) là sự thay đổi nhỏ nhất trong giá trị của đại lượng đầu vào mà bộ chuyển đổi có thể nhận thấy được.

Các đặc tính đo lường chính của vôn kế mà bạn cần biết để chọn đúng thiết bị bao gồm các đặc điểm sau:

Thông số điện áp đo được (rms, biên độ);

Phạm vi đo điện áp;

Dải tần số;

Sai số đo cho phép;

Trở kháng đầu vào() .

Những đặc điểm này được đưa ra trong mô tả kỹ thuật và hộ chiếu của thiết bị.