Лабораторная установка и электрическая схема соединений

По воздействию на измерительный механизм переменного напряжения  (или тока ), содержащего постоянную составляющую  (), можно выделить следующие группы измерительных приборов:

1). Приборы, измеряющие среднее за период значение величины

,

где –среднее значение измеряемой величины, т. е. постоянная составляющая;

 - мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток).

Это приборы, рассчитанные на измерение постоянного напряжения (тока), или мультиметры на пределах измерения постоянных напряжений (токов). В комплекте стенда это мультиметры блоков 510.1 и 534.

На пределах измерения постоянного напряжения (тока) показания этих приборов соответствуют только постоянной составляющей напряжения  или тока .

2). Приборы для измерения переменного напряжения (тока) исключающие постоянную составляющую.

В комплекте стенда это мультиметры РС5000 (блок 534) и MY60 (510.1) на пределах измерения переменного напряжения (тока). После удаления постоянной составляющей показания мультиметра РС5000 (блок 534) соответствуют действующему (среднеквадратическому) значению переменной составляющей измеряемой величины.

,

где  – действующее (среднеквадратическое) значение переменной составляющей измеряемой величины;

 - мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток);

 - постоянная составляющая измеряемой величины (напряжение или ток).

Для цифрового мультиметраMY60 блока 510.1 показания соответствуют средневыпрямленному значению переменной составляющей измеряемой величины, умноженному на коэффициент формы синусоиды ().

,

где А – показания прибора;

 - мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток);

 - постоянная составляющая измеряемой величины (напряжение или ток).

3). Приборы, измеряющие полное действующее значение напряжения (тока) с учетом постоянной составляющей

,

где А – полное действующее (среднеквадратическое) значение измеряемой величины;

 - постоянная составляющая измеряемой величины.

 - действующее значение переменной составляющей измеряемой величины.

В комплекте стенда эту величину измеряют электромагнитный вольтметр Э42700 (блок 512.1) и мультиметр РС5000 (534). Для РС5000 необходимо установить один из пределов измерения (V, mV, mA, μA), имеющий значок одновременного измерения постоянной и переменной составляющих . Далее кнопкой «SELECT» необходимо выбрать режим измерения обеих составляющих: значок  слева на индикаторе прибора.

Электромагнитный вольтметр Э42700 (блок 512.1) рассчитан на синусоидальное напряжение частотой 50 Гц, и при измерении несинусоидальных напряжений иных частот с постоянной составляющей, имеет значительную дополнительную погрешность.

4). В аналоговом мультиметре 7050 (блок 510.1) при измерении синусоидального напряжения используется однополупериодный выпрямитель. Выходное напряжение выпрямителя при измерении синусоидального напряжения показано на рис. 2.3.1б. Отклонение стрелки магнитоэлектрического прибора мультиметра пропорционально среднему значению этого напряжения, т. е. постоянной составляющей, равной

,

где  – среднее значение измеряемой величины, т. е. постоянная составляющая;

 – амплитуда измеряемой величины.

Поскольку прибор должен показывать действующее значение синусоидального напряжения, шкала прибора проградуирована с учетом коэффициента, равного отношению действующего значения синусоидального напряжения к среднему значению напряжения рис. 2.3.1б. Численное значение коэффициента равно

При измерении несинусоидального напряжения с постоянной составляющей показания мультиметра 7050 на пределах переменного напряжения равны среднему значению измеряемого напряжения после однополупериодного выпрямления (отсечены все значения ), умноженному на коэффициент . Показания зависят от полярности подключения измеряемого напряжения к мультиметру.

 

В данной работе выполняется сравнение показаний приборов различных систем при измерении напряжения имеющего форму прямоугольных однополярных импульсов частотой 150…250 Гц (рис. 2.3.1а, Т = 4…7 мс) и напряжения на выходе одно- или двухполупериодноговыпрямителя рис. 2.3.1б и в (частота 50 Гц, Т = 20 мс).

а)	б)	в)

 

Рис. 2.3.1. Форма несинусоидального напряжения (тока) с постоянной составляющей, используемого при тестировании приборов:

а – однополярные импульсы;

б – выходное напряжение однополупериодного выпрямителя;

в – выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя

Исходя из перечисленных выше особенностей приборов, в таблицу 2.3.1 сведены теоретические значения коэффициентов , связывающих показания приборов () на различных пределах измерения с постоянной составляющей измеряемой величины ,
т. е. .

Отношение показаний приборов
к постоянной составляющей измеряемой величины

Таблица 2.3.1.

Тип прибора	Пределы измерения	Форма напряжения (тока)
		Рис. 2.3.1 а	Рис. 2.3.1 б	Рис. 2.3.1 в
РС5000 (блок 534)	U, I	1	1	1
	U, I ~	1	1,211	0,4834
	U, I
MY60 (блок 510.1)	U, I	1	1	1
	U, I ~		1,2242	0,4676
7050 (блок 510.1)	U, I	1	1	1
	U ~
Вольтметр Э42700 (блок 512.1)	2…10 В

 

Принципиальная электрическая схема экспериментов по измерению несинусоидальных напряжений с постоянной составляющей приведена на рис. 2.3.2.

 

 

а)	б)

В)