Sådan måler du DC-spænding med et AC-voltmeter. AC spændingsmåling

B. Grigoriev (USSR)

Den vigtigste egenskab ved vekselspænding (strøm) er dens root-mean-square* værdi (RMS). At kende den sande RMS er nødvendig, når man bestemmer effekt- eller energiforhold i vekselstrømkredsløb, måling af støjkarakteristika for enheder og harmoniske eller intermodulationsforvrængningskoefficienter og opsætning af tyristoreffektregulatorer. Kombinationen "true SCZ" blev ikke brugt her tilfældigt. Faktum er, at det er svært at måle RMS, så voltmetre (stand-alone eller inkluderet i multimetre) måler normalt enten den gennemsnitlige ensrettede eller spidsværdien af ​​vekselspændingen. For sinusformet spænding, og det ses oftest i målepraksis, er der en utvetydig sammenhæng mellem disse tre RMS-værdier: spidsværdien er 1,41 gange større end RMS-værdien, og det ensrettede gennemsnit er 1,11 gange mindre end den. Derfor er meget brugte voltmetre næsten altid kalibreret i RMS, uanset hvad enheden rent faktisk optager. Ved måling af RMS-vekselspændinger, hvis form er mærkbart forskellig fra sinusformet, kan disse voltmetre derfor generelt ikke bruges, men til periodiske signaler med simpel form (slynge, trekant osv.), kan korrektionsfaktorer beregnes. Men denne metode er uacceptabel for de vigtigste målinger i praksis (især dem, der er nævnt ovenfor). Her kan kun én, der registrerer ægte RMS-vekselspænding, komme til undsætning.

I lang tid blev metoder baseret på konvertering af vekselspænding til jævnspænding ved hjælp af termioniske enheder brugt til at måle RMS. Disse metoder bruges stadig i en moderniseret form. Men måleudstyr, som er specialiserede analoge computerenheder, bliver stadig mere udbredt. Ifølge en eller anden matematisk model behandler de det originale signal, så produktet af forarbejdningen er dets RMS. Denne vej, selv under hensyntagen til mikroelektronikkens succeser, fører uundgåeligt til øget kompleksitet af udstyr, hvilket er uacceptabelt for amatørradiopraksis, da måleapparatet bliver mere komplekst end de enheder, det er nødvendigt for.

Hvis du ikke fremsætter kravet om, at RMS skal være direkte indikerende (og det er først og fremmest vigtigt for massemålinger), så er det muligt at skabe en enhed, der er meget enkel at fremstille og sætte op. Metoden til at måle RMS er baseret på at forstærke spændingen til det niveau, hvor en almindelig glødepære begynder at lyse. Lysstyrken af ​​pæren (den er optaget af en fotomodstand) er unikt relateret til RMS for den vekselspænding, der påføres den. For at eliminere ulineariteten af ​​vekselspændingsmodstandskonverteren tilrådes det kun at bruge den til at registrere en vis lysstyrke af pæren, som er installeret under kalibrering af enheden. Derefter reduceres RMS-målinger til at justere transmissionskoefficienten på forforstærkeren, så pæren lyser med en given lysstyrke. Grundmiddelværdien af ​​den målte spænding aflæses på skalaen for den variable modstand.

Når de kombineres med dioder VD1 og VD2, giver de beskyttelse til mikroamperemeteret, når broen er væsentligt ubalanceret. Det samme mikroamperemeter, ved hjælp af switch SA1, kan tilsluttes forstærkerens udgang for at balancere den med jævnstrøm.

Den målte spænding leveres til den ikke-inverterende indgang på op-amp DA1. Det skal bemærkes, at hvis du udelukker den isolerende CI, kan en vekselspænding med en konstant komponent leveres til enhedens indgang. Og i dette tilfælde vil aflæsningerne af enheden svare til den sande RMS for den samlede (DC + AC) spænding.

Nu om nogle af funktionerne ved det pågældende voltmeter og valget af elementer til det. Hovedelementet i enheden er optokobleren VL1. Selvfølgelig er det meget praktisk at bruge en færdiglavet standardenhed, men du kan selv lave en analog af en optokobler. For at gøre dette har du brug for en glødepære og en, som er placeret i et hus, der forhindrer eksponering for eksternt lys. Derudover er det ønskeligt at sikre minimal varmeoverførsel fra pæren til fotomodstanden (den og fra temperaturen). De strengeste krav gælder for en glødepære. Lysstyrken af ​​dens glød ved en RMS-spænding over den på omkring 1,5 V bør være tilstrækkelig til at bringe den til det driftspunkt, der svarer til broens balance. Denne begrænsning skyldes det faktum, at enheden skal have en god topfaktor (forholdet mellem den maksimalt tilladte amplitudeværdi af den målte spænding og rodmiddelværdien). Med en lille spidsfaktor registrerer enheden muligvis ikke individuelle spændingsstigninger og undervurderer derved dens RMS-værdi. Med værdierne af broelementerne givet i diagrammet i fig. 1, vil RMS-spændingen på optokobleren, der bringer den til driftspunktet (ca. 10 kOhm), være cirka 1,4 V. Den maksimale amplitude af udgangsspændingen (før starten af ​​begrænsningen) i denne enhed overstiger ikke 11 V, så dens topfaktor vil være omkring 18 dB. Denne værdi er ganske acceptabel for de fleste målinger, men om nødvendigt kan den øges lidt ved at øge forstærkerens forsyningsspænding.

En anden begrænsning på en glødepære er, at dens strømstyrke ved driftspunktet ikke må overstige 10 mA. Ellers kræves der en kraftigere emitterfølger, da den skal levere spidsstrømmen. cirka 10 gange større end den strøm, der forbruges af en glødepære ved dens driftspunkt.

Der er ingen særlige krav til fotomodstanden til en hjemmelavet optokobler, men hvis en radioamatør har et valg, er det tilrådeligt at finde en kopi, der har det nødvendige ved driftspunktet i mindre belysning. Dette vil gøre det muligt at realisere en højere topfaktor for enheden.

Valget af op-amp bestemmer entydigt kombinationen af ​​to parametre: følsomhed og båndbredde. Amplituden (frekvensrespons) af K140UD8 operationsforstærkeren er vist i fig. 2 (det er typisk for mange op-forstærkere med intern korrektion). Som det kan ses af frekvensresponsen, for at sikre målinger af RMS-spænding i et frekvensbånd op til 20 kHz, forstærkes den maksimale (med den øvre position af den variable modstand R3-skyder ifølge diagrammet i fig. 1) i denne sag bør ikke overstige flere tiere. Dette bekræftes af enhedens normaliserede frekvensrespons, som er vist i fig. 3.

Kurver 1-3 svarer til tre positioner af den variable modstand R3 skyder: øvre, midterste og nedre.

I disse målinger var forstærkeren (svarende til kurve 1) omkring 150, hvilket svarer til RMS-målegrænserne på 10 til 100 mV. Det kan ses, at faldet i frekvensgang ved frekvenser over 10 kHz i dette tilfælde bliver ret betydeligt. For at reducere frekvensresponsfaldet er to metoder mulige. For det første kan du reducere (ved at vælge modstande R4 og R5) forstærkeren til 15...20. Dette vil reducere enhedens følsomhed med en størrelsesorden (hvilket let kan kompenseres for af forforstærkere), men selv i værste tilfælde vil dens frekvensgang ikke gå under kurve 3 i fig. 3. For det andet kan den udskiftes med en anden, mere bredbåndet (for eksempel med en K574UD1), som vil gøre det muligt at realisere høj følsomhed af enheden med en forstærkerbåndbredde på 20 kHz. Så for en K574UD1-forstærker med en sådan båndbredde kan det allerede være omkring flere hundrede.

Der er ingen særlige krav til de resterende elementer af enheden. Vi bemærker kun, at den maksimalt tilladte driftsspænding for transistor VT1 og VT2, samt for fotomodstand, skal være mindst 30 V. For en fotomodstand kan den dog være mindre, men så bør der påføres en reduceret spænding på broen og modstande bør vælges (om nødvendigt) R14 og R15.

Før du tænder for voltmeteret for første gang, sættes skyderen på modstand R6 til midterposition, modstand R3 til bunden og modstand R5 til yderste højre position i henhold til diagrammet. Switch SA1 flyttes til venstre position i henhold til diagrammet, og ved hjælp af variabel modstand R6 sættes nålen på mikroamperemeter PA1 til nul. Derefter flyttes skyderne på modstandene R3 og R5 til henholdsvis den øverste og yderste venstre position, og forstærkerens balancering justeres. Efter at have sat SA1 tilbage til sin oprindelige position (kontrol af brobalance), fortsæt til kalibrering af enheden.

En sinusformet spænding fra en lydgenerator tilføres til voltmeterets indgang. Dens rodmiddelværdi styres af ethvert AC-voltmeter, der har de nødvendige målegrænser og frekvensområde. Forholdet mellem den maksimalt målte spænding og minimum for et givet voltmeter er lidt mere end 10, så det er tilrådeligt at vælge målegrænserne fra 0,1 til 1 V (for bredbåndsversionen med KIOUD8 op-amp) eller fra 10 til 100 mV (for versionen med værdier i henhold til fig. 1). Ved at indstille indgangsspændingen lidt mindre end den nedre målegrænse, for eksempel 9...9,5 mV, ved hjælp af trimningsmodstanden R5, balanceres broen (R3-skyderen er i den øverste position i kredsløbet). Derefter flyttes skyderen på modstand R3 til den nederste position, og indgangsspændingen øges indtil da. indtil broens balance er genoprettet. Hvis denne spænding er mere end 100 mV (for den mulighed, vi overvejer), kan vi fortsætte med at kalibrere enheden og kalibrere dens skala. I det tilfælde, hvor spændingen, hvormed broen er afbalanceret, er mindre end 100 mV eller mærkbart mere end denne værdi, skal modstand R2 justeres (reducer eller øg den tilsvarende). I dette tilfælde gentages naturligvis proceduren for indstilling af målegrænser igen. Funktionen til at kalibrere enheden er indlysende: ved at påføre en spænding inden for 10 ... 100 mV til dens input, ved at dreje skyderen på modstand R3 opnår de nul aflæsninger på mikroamperemeteret og plotter de tilsvarende værdier på skalaen.

Målinger af signal-støjforholdet for båndoptagere, forstærkere og andet lydgengivelsesudstyr foretages normalt med vægtningsfiltre, der tager højde for det menneskelige øres faktiske følsomhed over for signaler med forskellige frekvenser. Derfor er det tilrådeligt at supplere det gennemsnitlige kvadratiske filter med et sådant filter, hvis princip er vist i fig. 4. Dannelsen af ​​den nødvendige frekvensgang udføres af tre RC-kredsløb - R2C2, R4C3C4 og R6C5. Amplituden af ​​dette filter er vist i

ris. 5 (kurve 2). Her vises til sammenligning den tilsvarende standard frekvensgang (COMECON standard 1359-78) (kurve 1). I frekvensområdet under 250 Hz og over 16 kHz afviger filterets frekvensgang lidt fra standard (med ca. 1 dB), men den resulterende fejl kan negligeres, da støjkomponenterne med sådanne frekvenser er små i forhold til til signal-til-støj-forholdet for lydgengivelsesudstyr. Fordelen ved disse små afvigelser fra standard frekvensgang er filterets enkelhed og muligheden for ved hjælp af en tovejskontakt (SA1) at slukke for filteret og få et lineært med en transmissionskoefficient på 10. Filteret har en transmissionskoefficient ved en frekvens på 1 kHz også lig med 10.

Bemærk, at R5 ikke er involveret i dannelsen af ​​filterets frekvensgang. Det eliminerer muligheden for selvexcitering ved høje frekvenser på grund af faseforskydninger i feedbackkredsløbet forårsaget af kondensatorerne S3 og C4. denne modstand er ikke kritisk. Ved opsætning af enheden øges den, indtil filterets selvexcitering stopper (overvåges med et bredbåndsoscilloskop eller højfrekvent millivoltmeter).

Efter at have valgt modstand R5, fortsætter de med at justere filterets frekvensrespons i højfrekvensområdet. Ved successivt at fjerne filterets frekvensgang ved forskellige positioner af rotoren på afstemningskondensatoren C4, finder man dens position, hvor ved frekvenser over 1 kHz vil afvigelserne af frekvensresponsen fra standarden være minimale. I lavfrekvensområdet (300 Hz og derunder) kan frekvensgangen justeres, hvis det er nødvendigt, ved at vælge kondensator C5. C2 (bestående af to kondensatorer med en kapacitet på 0,01 μF og 2400 pF, parallelkoblet) påvirker primært frekvensgangen ved frekvenser på 500...800 Hz. Det sidste trin i opsætningen af ​​filteret er valg af modstand R2. Det skal være sådan, at ved en frekvens på 1 kHz er lig med 10. Derefter kontrolleres filterets ende-til-ende frekvensrespons, og om nødvendigt afklares kapacitansen af ​​kondensator C2. Når filteret er deaktiveret, sætter valg af modstand R3 forforstærkerens forstærkning til 10.

Hvis dette filter er indbygget i root mean square filteret, kan C1 og R1 (se fig. 1) elimineres. Deres funktioner vil blive udført af C5 og C6 samt R6 (se fig. 4). I dette tilfælde tilføres signalet fra modstand R6 direkte til den ikke-inverterende indgang på voltmeterets operationsforstærker.

Da spidsfaktoren for den målte vekselspænding generelt ikke er kendt på forhånd, er der som allerede nævnt en fejl i målingerne mulig

RMS-tilstand forårsaget af begrænsning af signalamplituden ved forstærkerens udgang. For at være sikker på, at der ikke er en sådan begrænsning, er det tilrådeligt at indføre spidsindikatorer for den maksimalt tilladte signalamplitude i enheden: en for signaler med positiv polaritet og den anden for signaler med negativ polaritet. Som grundlag kan du tage den enhed, der er beskrevet i.

Bibliografi

1. Sukhov N. Mean square //Radio.- 1981.- nr. 1.- S. 53-55 og nr. 12.-S. 43-45.

2. Vladimirov F. Maksimal niveau indikator//Radio.- 1983.-Nr. 5.-

Til måling af vekselspænding anvendes analoge elektromekaniske enheder (elektromagnetiske, elektrodynamiske, sjældent induktive), analoge elektroniske enheder (herunder ensrettersystemer) og digitale måleinstrumenter. Kompensatorer, oscilloskoper, optagere og virtuelle instrumenter kan også bruges til målinger.

Ved måling af vekselspænding bør man skelne mellem øjeblikkelige, amplitude-, gennemsnitlige og effektive værdier af den ønskede spænding.

Sinusformet vekselspænding kan repræsenteres i form af følgende forhold:

Hvor u(t)- øjeblikkelig spændingsværdi, V; U m - amplitudespændingsværdi, V; (U - gennemsnitlig spændingsværdi, V T - periode

(T = 1//) den ønskede sinusformede spænding, s; U- effektiv spændingsværdi, V.

Den øjeblikkelige værdi af vekselstrømmen kan vises på et elektronisk oscilloskop eller ved hjælp af en analog optager (kortoptager).

Gennemsnits-, amplitude- og effektive værdier af vekselspændinger måles af pointer eller digitale enheder til direkte vurdering eller vekselspændingskompensatorer. Instrumenter til måling af gennemsnits- og amplitudeværdier bruges relativt sjældent. De fleste enheder er kalibreret i effektive spændingsværdier. Af disse grunde er de kvantitative værdier af belastninger givet i lærebogen som regel angivet i effektive værdier (se udtryk (23.25)).

Ved måling af variable størrelser har formen på de ønskede spændinger stor betydning, som kan være sinusformet, rektangulær, trekantet osv. Passerne for enheder angiver altid, hvilke spændinger enheden er designet til at måle (f.eks. til at måle sinusformet eller rektangulær). spændinger). I dette tilfælde er det altid angivet, hvilken AC-spændingsparameter der måles (amplitudeværdi, gennemsnitsværdi eller effektiv værdi af den målte spænding). Som allerede nævnt bruges kalibrering af enheder for det meste i de effektive værdier af de ønskede vekselspændinger. På grund af dette er alle de variable spændinger, der betragtes nedenfor, givet i effektive værdier.

For at udvide målegrænserne for vekselspændingsvoltmetre bruges yderligere modstande, instrumenttransformatorer og yderligere kapacitanser (med elektrostatiske systemenheder).

Brugen af ​​yderligere modstande til at udvide målegrænserne er allerede blevet diskuteret i underafsnit 23.2 i forhold til DC-voltmetre og er derfor ikke behandlet i dette underafsnit. Spændings- og strømmåletransformatorer tages heller ikke i betragtning. Oplysninger om transformere er givet i litteraturen.

Med en mere detaljeret overvejelse af brugen af ​​yderligere kapacitanser, kan en ekstra kapacitans bruges til at udvide målegrænserne for elektrostatistik af voltmetre (fig. 23.3, EN) eller to ekstra beholdere kan bruges (fig. 23.3, b).

For et kredsløb med en ekstra kapacitans (fig. 23.3, EN) målt spænding U fordelt mellem voltmeterets kapacitans C y og yderligere kapacitet C er omvendt proportional med værdierne S y og S

Overvejer det U c = U- Uy, kan skrives ned

Ris. 23.3. Skema til udvidelse af elektrostatiske målegrænser

voltmeter:

EN- kredsløb med en ekstra kapacitet; b- kredsløb med to ekstra beholdere; U- målt vekselspænding (rms-værdi); C, C, C 2 - yderligere beholdere; CV- kapaciteten af ​​det anvendte elektrostatiske voltmeter V; U c- spændingsfald over yderligere kapacitans C; U v - elektrostatisk voltmeteraflæsning

Løsning af ligning (23.27) for U, vi får:

Af udtryk (23.28) følger, at jo større er den målte spænding U Sammenlignet med den maksimalt tilladte spænding for en given elektrostatisk mekanisme, jo mindre skal kapacitansen være MED sammenlignet med kapacitet Med dig.

Det skal bemærkes, at formel (23.28) kun er gyldig med ideel isolering af kondensatorerne, der danner kondensatorerne MED Og C v. Hvis dielektrikumet, der isolerer kondensatorpladerne fra hinanden, har tab, opstår der yderligere fejl. Dertil kommer voltmeterkapaciteten C y afhænger af den målte spænding U, siden fra U Aflæsningerne af voltmeteret og følgelig de relative positioner af de bevægelige og faste plader, der danner den elektrostatiske målemekanisme, afhænger. Sidstnævnte omstændighed fører til udseendet af en anden yderligere fejl.

De bedste resultater opnås, hvis der i stedet for én ekstra kapacitans anvendes to ekstra kondensatorer C (og C 2), der danner en spændingsdeler (se fig. 23.3, b).

For et kredsløb med to ekstra kondensatorer gælder følgende forhold:

Hvor du en - spændingsfald over kondensatoren C y

Overvejer det kan skrives ned

Løsning af ligning (23.30) for U, vi får:

Ud fra udtryk (23.31) kan vi konkludere, at hvis kapacitansen af ​​kondensatoren C 2, som voltmeteret er tilsluttet, væsentligt overstiger kapacitansen af ​​selve voltmeteret, så er spændingsfordelingen praktisk talt uafhængig af voltmeteraflæsningen. Desuden ved C 2 " C yændring i isolationsmodstand af kondensatorer C, og C 2 og frekvens

Tabel 23.3

Grænser og fejl ved måling af vekselspændinger

den målte spænding har også ringe effekt på instrumentets aflæsninger. Det vil sige, at ved brug af to ekstra beholdere, reduceres yderligere fejl i måleresultaterne væsentligt.

Grænserne for måling af vekselspændinger med enheder af forskellige typer og de mindste fejl for disse enheder er angivet i tabel. 23.3.

Som eksempler viser bilag 5 (tabel A.5.1) de tekniske karakteristika for universalvoltmetre, der tillader måling af blandt andet vekselspændinger.

Afslutningsvis skal følgende bemærkes.

Fejl ved måling af strømme (direkte og vekselstrøm) med enheder af samme type og under lige betingelser er altid større end fejl i målespændinger (både direkte og vekselstrøm). Fejlene ved måling af vekselstrømme og spændinger med apparater af samme type og under lige forhold er altid større end fejlene ved måling af jævnstrøm og spændinger.

Mere detaljerede oplysninger om de rejste spørgsmål kan fås hos.

Vekselspænding forstås som en periodisk skiftende spænding, dens vigtigste parametre er periode (eller frekvens som den reciproke af perioden), amplitude Um og øjeblikkelig signalværdi U(t).

Ud over amplitude og øjeblikkelige værdier af et periodisk signal, bruges følgende ofte:

1. Gennemsnit (7,1)

2. Gennemsnitlig korrigeret værdi (7.2)

3. Effektiv værdi (7.3)

Ved at kende formen på signalet er det muligt at beregne forholdet mellem amplitude, effektive og gennemsnitlige ensrettede værdier:

– formfaktor;

– amplitudefaktor.

Tabel 7.1

Kombinerede voltmetre viser den effektive værdi af den målte mængde. Overgangen fra en øjeblikkelig værdi til en faktisk værdi kan realiseres på tre måder: bestemme den gennemsnitlige ensrettede værdi og gange den med formfaktoren; at bestemme amplitudeværdien og dividere den med amplitudefaktoren; beregning af den effektive værdi ved hjælp af formel (7.2). Følgelig er der tre typer indgangsdetektorer til vekselstrømsmåleinstrumenter: ensrettede værdidetektorer, amplitudeværdidetektorer og rms værdidetektorer.

Sinusformede signaler bruges oftest i praksis, derfor udføres i apparater med detektorer af den gennemsnitlige ensrettede værdi og amplitudeværdien henholdsvis multiplikation og division med formen og amplitudekoefficienterne for det sinusformede signal. Ved måling af signaler af en anden form end sinusformet vil der således opstå en metodisk fejl.

2. Driftsprincip for voltmetre med detektor
gennemsnitlig korrigeret værdi

Vekselspænding kan måles med elektromagnetiske, elektro- og ferrodynamiske eller elektrostatiske voltmetre. Men de mest udbredte i målingspraksis er voltmetre, der har en målemekanisme af et magnetoelektrisk system og en konverter af den målte parameter for vekselspænding til jævnstrøm. Det magnetoelektriske systems målemekanismer reagerer på gennemsnitsværdien af ​​strømmen, der strømmer gennem rammen. Derfor, hvis en strøm med en gennemsnitsværdi på nul (for eksempel en sinusformet, meander osv.) føres gennem rammen, vil det bevægelige system ikke afvige. For at måle vekselstrømme og spændinger skal signalet først konverteres til jævnstrøm eller spænding. De vigtigste typer af sådanne omformere er angivet.

Ris. 7.1. Ensretter voltmetre

Ensrettervoltmetre anvender normalt enkelt- eller fuldbølge ensretterkredsløb (se fig. 7.1).

Ulempen ved det enkleste kredsløb (fig. 7.1a) er lav følsomhed, høj omvendt spænding påført dioden og derudover asymmetri af belastningen for signalkilden i forskellige halvbølger af signalet. I diagrammet i fig. 7.1b bruges to dioder, som giver dig mulighed for at udligne ( R=R p) halvbølgestrømme og beskytte diode D1 mod nedbrud. Fuldbølge ensretterkredsløb anvendes ofte (fig. 7.1c).

I alle disse skemaer reagerer målemekanismen på en gennemsnitlig ensrettet strøm, dvs. afbøjningen af ​​pilen er proportional med den gennemsnitlige ensrettede spænding U SV af det målte signal

.

I de fleste tekniske applikationer er det nødvendigt at kende den effektive (rms) værdi U. Selvfølgelig, hvis det måles U St. derefter U kan findes ved hjælp af formfaktoren. For eksempel for et sinusformet signal U= 1,11× U St. For at lette brugen af ​​enheden udføres denne multiplikation med en faktor på 1,11 under kalibrering:

;

;

.

Som et resultat er et sådant voltmeter praktisk at bruge ved måling af sinusformede signaler. Hvis formfaktoren på det målte signal afviger fra 1,11, så opstår der en såkaldt kurveformfejl.

(7.4)

For eksempel for en bugtende ( TIL f = 1,00):

,

de der. den metodiske fejl på grund af afvigelsen af ​​kurveformen fra en sinusoid kan betydeligt (flere gange) overstige den instrumentelle fejl bestemt af enhedens nøjagtighedsklasse. Hvis formfaktoren for det målte signal er kendt, kan den målte effektive værdi beregnes U x ifølge formlen

(7.5)

Hvor U n - voltmeteraflæsning af ensrettersystemet.

Ved måling af vekselspænding med et ensrettervoltmeter skal der således tages hensyn til to metodiske fejl (på grund af indgangsmodstanden og på grund af kurvens form) og den instrumentelle fejl på selve voltmeteret.

3. Driftsprincip for voltmetre med detektor
amplitude værdi

Aktuelle dioders strømspændingskarakteristika har en nulzone (ingen strøm i fremadgående retning) på op til 0,3-0,7 V. Derfor kan ensrettervoltmetre ikke bruges ved måling af lave spændinger. Det er nødvendigt at forforstærke indgangssignalet, hvilket sker i elektroniske voltmetre. I fig. Figur 7.2 viser kredsløb af elektroniske voltmetre med lineære detektorer på operationsforstærkere.

a b

Ris. 7.2. Kredsløb af elektroniske voltmetre.

Ved måling af højfrekvente spændinger anvendes ofte elektroniske voltmetre med amplitudedetektorer. I fig. 7.3 viser et diagram over et voltmeter bestående af:

Målemekanisme for det magnetoelektriske system (MI);

Jævnstrømsforstærker (DCA);

Fordelere i indgangskredsløb;

En sonde, som er en amplitudedetektor med lukket indgang.

Dets udgangssignal bestemmes af amplituden af ​​den variable komponent af indgangssignalet.

I kombinerede voltmetre er skalaen kalibreret, så den umiddelbart bestemmer rms-værdien.

; ; ,

Hvor Til UPT– koefficient afhængig af DC-forstærkerens karakteristika.

Ris. 7.3. Funktionsdiagram af V7-15 voltmeter

Kalibreringen af ​​kombinerede elektroniske voltmetre udføres for et sinusformet indgangssignal

Hvis topfaktoren afviger fra K A=1,41, så opstår der en metodisk fejl:

For eksempel, hvis inputsignalet har en firkantbølgeform ( K A=1,00), derefter den relative metodiske fejl:

Minustegnet angiver, at voltmeteraflæsningen er mindre end den effektive værdi af inputsignalet. Hvis indgangssignalets amplitudekoefficient er kendt, er den effektive værdi lig med:

Hvor U n - elektronisk voltmeteraflæsning.

Kun hvis skalakalibreringen falder sammen med typen af ​​detektor, viser instrumenterne den signalparameter, som skalakalibreringen er udført for.

I betragtning af den store aktive inputmodstand af elektroniske voltmetre ved industrielle frekvenser (op til 1 kHz), kan den metodiske fejl på grund af energiforbruget fra inputsignalet ofte negligeres, og den samlede spændingsmålingsfejl har to komponenter: den metodiske fejl i kurveform og selve det elektroniske voltmeters instrumentelle fejl.

Et karakteristisk kendetegn ved vakuumdioder, der ofte bruges i amplitudedetektorer af elektroniske voltmetre (se fig. 7.3), er fraværet af en nulzone, og endda tilstedeværelsen af ​​en lille strøm gennem dioden ved et nulindgangssignal. Ustabiliteten af ​​denne nuldiodestrøm kræver en ekstra operation, "nulstilling af vekselspændingen", før den måles med et elektronisk voltmeter, hvor værdien af ​​et specielt kompenserende signal justeres. Ved måling af vekselspænding med et elektronisk voltmeter er det således nødvendigt at foretage to justeringer: afbalancering af UPT og kompensering af nulstrømmen af ​​vakuumdioden.

Moderne elektroniske og digitale voltmetre er normalt bygget i henhold til ordningen bredbåndsforstærker - gennemsnitlig rettet værdikonverter - målemekanisme. Derudover er der som et separat konstruktionselement en amplitudedetektor med en lukket indgang (sonde). Ved måling af højfrekvente signaler er sonden forbundet til indgangen på et voltmeter, som i dette tilfælde fungerer i tilstanden til at måle den jævnspænding, der kommer fra sondens udgang. For at opretholde skalakalibreringen er sonden udstyret med en skillevæg ( TIL=1), således at sondens udgangssignal er lig med den effektive værdi ved en sinusformet målt spænding.

Digitale voltmetre giver også to muligheder for måling af AC-spænding: En lineær detektor bruges til at forbinde signalet til terminalerne (se figur 7.2), og en sonde (amplitudedetektor) er fastgjort til enhederne til måling af højfrekvente signaler. Nogle voltmetre bruger kvadratiske detektorer, hvis udgangssignal er proportional med den effektive værdi af den målte spænding, og der er ingen fejl i kurvens form.

Den grundlæggende måleenhed for elektrisk spænding er volt. Afhængigt af størrelsen kan spændingen måles i volt(I), kilovolt(1 kV = 1000 V), millivolt(1 mV = 0,001 V), mikrovolt(1 µV = 0,001 mV = 0,000001 V). I praksis skal man oftest forholde sig til volt og millivolt.

Der er to hovedtyper af stress - permanent Og variabel. Batterier og akkumulatorer tjener som en kilde til konstant spænding. Kilden til vekselspænding kan for eksempel være spændingen i det elektriske netværk i en lejlighed eller et hus.

For at måle spændingsbrug voltmeter. Der er voltmetre skifter(analog) og digital.

I dag er pointervoltmetre ringere end digitale, da sidstnævnte er mere bekvemme at bruge. Hvis spændingsaflæsningerne ved måling med et pointervoltmeter skal beregnes på en skala, så vises måleresultatet straks på indikatoren med en digital. Og med hensyn til dimensioner er et pointerinstrument ringere end et digitalt.

Men det betyder ikke, at der slet ikke bruges pegeinstrumenter. Der er nogle processer, der ikke kan ses med et digitalt instrument, så switches bruges mere i industrivirksomheder, laboratorier, værksteder mv.

På elektriske kredsløbsdiagrammer er et voltmeter angivet med en cirkel med et stort latinsk bogstav " V" inde. Ved siden af ​​symbolet på voltmeteret er dets bogstavbetegnelse angivet " P.U." og serienummeret i diagrammet. For eksempel. Hvis der er to voltmetre i kredsløbet, skriver de ved siden af ​​den første " PU 1", og om den anden" PU 2».

Ved måling af jævnspænding angiver diagrammet polariteten af ​​voltmeterforbindelsen, men hvis der måles vekselspænding, er polariteten af ​​forbindelsen ikke angivet.

Spænding måles mellem to point kredsløb: i elektroniske kredsløb mellem positiv Og minus poler, i elektriske kredsløb mellem fase Og nul. Voltmeter tilsluttet parallelt med spændingskilden eller parallelt med kædesektionen- en modstand, lampe eller anden belastning, hvorpå spændingen skal måles:

Lad os overveje at tilslutte et voltmeter: i det øverste diagram måles spændingen over lampen HL1 og samtidig på strømkilden GB1. I nedenstående diagram er spændingen målt over lampen HL1 og modstand R1.

Før du måler spændingen, skal du bestemme den udsigt og omtrentlige størrelse. Faktum er, at måledelen af ​​voltmetre er designet til kun én type spænding, og dette resulterer i forskellige måleresultater. Et voltmeter til måling af jævnspænding ser ikke vekselspænding, men et voltmeter til vekselspænding kan tværtimod måle jævnspænding, men dets aflæsninger vil ikke være nøjagtige.

Det er også nødvendigt at kende den omtrentlige værdi af den målte spænding, da voltmetre fungerer i et strengt defineret spændingsområde, og hvis du laver en fejl med valget af område eller værdi, kan enheden blive beskadiget. For eksempel. Måleområdet for et voltmeter er 0...100 Volt, hvilket betyder, at spændingen kun kan måles inden for disse grænser, da hvis en spænding måles over 100 Volt, vil enheden fejle.

Ud over enheder, der kun måler én parameter (spænding, strøm, modstand, kapacitans, frekvens), er der multifunktionelle, der måler alle disse parametre i én enhed. Sådan en enhed kaldes tester(mest pointer måleinstrumenter) eller digitalt multimeter.

Vi vil ikke dvæle ved testeren, det er emnet for en anden artikel, men lad os gå direkte til det digitale multimeter. For det meste kan multimetre måle to typer spænding inden for området 0...1000 Volt. For at lette målingen er begge spændinger opdelt i to sektorer, og inden for sektorerne i underområder: DC-spænding har fem underområder, AC-spænding har to.

Hvert underområde har sin egen maksimale målegrænse, som er angivet med en digital værdi: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. For eksempel. Ved "200V"-grænsen måles spændingen i området 0...200 Volt.

Nu selve måleprocessen.

1. DC spændingsmåling.

Først beslutter vi os for udsigt målt spænding (DC eller AC) og flyt kontakten til den ønskede sektor. Lad os for eksempel tage et AA-batteri, hvis konstante spænding er 1,5 volt. Vi vælger konstantspændingssektoren, og i den er målegrænsen "2V", hvis måleområde er 0...2 Volt.

Testledningerne skal sættes i stikdåserne som vist på nedenstående figur:

rød målepinden kaldes normalt positiv, og den sættes i stikkontakten, modsat hvilken der er ikoner for de målte parametre: "VΩmA";
sort målepinden kaldes minus eller generel og den sættes i stikket overfor, hvor der er et "COM"-ikon. Alle målinger er foretaget i forhold til denne sonde.

Vi rører batteriets positive pol med den positive sonde, og den negative pol med den negative. Måleresultatet på 1,59 volt er umiddelbart synligt på multimeterindikatoren. Som du kan se, er alt meget enkelt.

Nu er der en anden nuance. Hvis proberne på batteriet udskiftes, vises et minustegn foran den, der indikerer, at multimeterforbindelsens polaritet er omvendt. Minustegnet kan være meget praktisk i processen med at oprette elektroniske kredsløb, når du skal bestemme de positive eller negative busser på tavlen.

Nå, lad os nu overveje muligheden, når spændingsværdien er ukendt. Vi vil bruge et AA-batteri som spændingskilde.

Lad os sige, at vi ikke kender batterispændingen, og for ikke at brænde enheden begynder vi at måle fra den maksimale grænse "600V", som svarer til måleområdet på 0...600 Volt. Ved hjælp af multimeterproberne rører vi ved batteriets poler, og på indikatoren ser vi måleresultatet lig med " 001 " Disse tal angiver, at der ikke er nogen spænding, eller at dens værdi er for lille, eller at måleområdet er for stort.

Lad os gå lavere. Vi flytter kontakten til positionen "200V", som svarer til området 0...200 volt, og rører batteripolerne med proberne. Indikatoren viste aflæsninger svarende til " 01,5 " I princippet er disse aflæsninger allerede nok til at sige, at spændingen på AA-batteriet er 1,5 volt.

Men nullet foran tyder på at gå endnu lavere og måle spændingen mere præcist. Vi går ned til "20V"-grænsen, som svarer til området 0...20 Volt, og tager målingen igen. Indikatoren viste " 1,58 " Nu kan vi med sikkerhed sige, at spændingen på et AA-batteri er 1,58 volt.

På denne måde, uden at kende spændingsværdien, finder de den, gradvist faldende fra en høj målegrænse til en lav.

Der er også situationer, hvor enheden "" vises i venstre hjørne af indikatoren, når der foretages målinger. 1 " En enhed angiver, at den målte spænding eller strøm er højere end den valgte målegrænse. For eksempel. Hvis du måler en spænding på 3 volt ved "2V"-grænsen, vises en enhed på indikatoren, da måleområdet for denne grænse kun er 0...2 volt.

Der er endnu en grænse "200m" tilbage med et måleområde på 0...200 mV. Denne grænse er beregnet til at måle meget små spændinger (millivolt), som man nogle gange støder på, når man opsætter et amatørradiodesign.

2. AC spændingsmåling.

Processen med at måle vekselspænding adskiller sig ikke fra måling af jævnspænding. Den eneste forskel er, at for vekselspænding er probernes polaritet ikke påkrævet.

AC-spændingssektoren er opdelt i to underområder 200V Og 600V.
Ved "200V"-grænsen kan du for eksempel måle udgangsspændingen af ​​de sekundære viklinger af step-down transformere eller enhver anden spænding i området 0...200 Volt. Ved "600V"-grænsen kan du måle spændinger på 220 V, 380 V, 440 V eller enhver anden spænding i området 0...600 Volt.

Lad os som et eksempel måle spændingen i et 220 volt hjemmenetværk.
Vi flytter kontakten til positionen "600V" og indsætter multimeterproberne i stikkontakten. Måleresultatet på 229 volt dukkede straks op på indikatoren. Som du kan se, er alt meget enkelt.

Og et øjeblik.
Før du måler højspænding, skal du ALTID dobbelttjekke, at isoleringen af ​​proberne og ledningerne til voltmeteret eller multimeteret er i god stand. og kontroller desuden den valgte målegrænse. Og først efter alle disse operationer tages målinger. På denne måde vil du beskytte dig selv og enheden mod uventede overraskelser.

Og hvis noget forbliver uklart, så se videoen, som viser, hvordan man måler spænding og strøm ved hjælp af et multimeter.