2) Аналоговые электронные вольтметры с амплитудными детекторами.
Амплитудный детектор – это устройство, напряжение на выходе которого (на нагрузке) соответствует амплитудному значению измеряемого сигнала. Это осуществляется за счет запоминания напряжения (накопления энергии при протекании тока через диод) на конденсаторе. Пример такого прибора – В7-15.
Чтобы установить связь между амплитудами и действующим значением переменного напряжения подставим в (3.5) выражение для переменного напряжения гармонической формы
u = Um sin(w t).
Тогда
(3.6)
Такие приборы градуируются в действующих значениях
синусоидального сигнала. Таким образом, действующее и амплитудное значения
связаны определенным коэффициентом Ка= 
,
т.е. показания прибора будут равны амплитудному значению, деленному на
коэффициент амплитуды синусоиды Ka.
Поэтому, при измерении напряжения сигнала сложной формы в тональных рельсовых цепях, будет возрастать погрешность измерения, так как прибор покажет неверное действующее значение. Это связано с тем, что среднеквадратическое значение напряжения сложной формы уже не будет связано с его амплитудными значениями столь очевидным коэффициентом Ka. Следовательно, для достижения требуемой точности измерений амплитуды сигналов негармонической формы потребуется использование других коэффициентов, связывающих СКЗ и амплитудные значения. В общем случае этот коэффициент неизвестен, что создает трудности в практическом применении электроизмерительных приборов, при измерениях параметров сигналов тональной частоты с дополнительной амплитудной модуляцией. Результаты измерения такими приборами в реальных условиях трудно спрогнозировать, поскольку он напрямую зависит от распределения амплитуд гармоник в реальном сигнале. К тому же, в данном случае, сохраняется вопрос предварительной фильтрации.
3) Цифровые измерительные приборы дискретного типа.
Упрощенная схема цифрового вольтметра переменного тока представлена на рисунке 3.1.
рис. 3.1 – Структурная схема цифрового вольтметра
Входное устройство содержит делитель напряжения и специализированный преобразователель (AD536, AD636, AD637, AD736, AD737) действующего значения входного переменного напряжения, изменяющееся в широком диапазоне частот, в постоянное напряжение [18]. Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал постоянного тока в цифровой код, осуществляя квантование по увеличению уровня напряжения, например 80, 40, 20, 10, 8, 4, 2, 1В. Однако число порогов квантования и их уровень для различных приборов различны. Использование АЦП двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отображаемое цифровым отсчетным устройством. Узлы схемы соединяются с управляющим устройством, реализующимися, как правило, с помощью сигнальных процессоров (DSP) [17].
В универсальных цифровых измерительных приборах - мультиметрах, устанавливаются дополнительные специализированные преобразователи, осуществляющие преобразование в постоянное напряжение любых электрических параметров сигнала: силу тока, сопротивления, частоты сигнала. В качестве примера цифрового прибора можно привести мультиметр типа В7-63/1,2 производства компании «Ритм», содержащий преобразователи действующих значений.
Данный метод измерения является высокоточным и позволяет добиться снижения величины погрешности до 0,1% при измерении действующего значения напряжения немодулированного сигнала с практически любыми отклонениями от синусоидальной формы [18].
Однако, при появлении модуляции, в процессе обработки сигнала специализированными преобразователями возникают существенные погрешности, связанные с процессами преобразования несинусоидального сигнала, модуль которых растет пропорционально частоте модуляции. То есть чем сложнее форма сигнала, тем больше информации о нем теряется во время преобразования. Конечно, многие вольтметры оснащены специальными усредняющими фильтрами, позволяющими измерять модулированный сигнал, однако погрешность порядка 3-4% появляется уже на частотах модуляции 10-20 Гц. При наличии в спектре общего сигнала гармоник помех и как следствие большего усложнения формы сигнала приведет к появлению погрешностей, по модулю превышающих вышеназванные.
Таким образом, цифровые вольтметры не могут применяться как высокоточное средство диагностирования тональных рельсовых цепей. Однако их применение допускается, но с точным указанием величины погрешностей, зависящих от конкретного прибора, определенной частоты несущей и модуляции. К тому же, цифровые вольтметры также неспособны выделять полезный сигнал ТРЦ из смеси, что крайне необходимо.
3.2.3 Метод средневыпрямленного напряжения
Этот способ реализуется в большинстве недорогих приборов общего назначения. В основе практической реализации этого метода также лежит предположение о гармоническом характере измеряемого переменного напряжения. Средневыпрямленным значением переменного синусоидального напряжения называется среднее арифметическое значение всех мгновенных значений этого тока за положительный полупериод.
Найдем связь между средневыпрямленным значением синусоидального напряжения и его амплитудным значением [17]. Пусть задан переменный синусоидальный ток:
u = Um sin(w t). (3.7)
Подставив (3.7) в общее выражение, для положительного полупериода синусоидального тока получим
.
Откуда
.
(3.8)
Формула (3.8) получена с учетом следующих соображений:
- интеграл от гармонической функции за полпериода равен ее максимальному значению, то есть 1;
- период времени Т, как период синусоидальной функции равен фазовому углу p, то есть Т =p.
Для вычисления средневыпрямленных значений напряжения на практике широко используется следующая приближенная формула:
Uср » 0,637×Um; (3.9)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.