Исследование общих свойств показывающих приборов разных систем (точность прибора, собственное потребление мощности, влияние на показания прибора частоты и формы кривой измеряемого тока или напряжения), страница 3

IV. Исследование влияния формы кривой напряжения на показания вольтметров

Как правило, шкалы вольтметров переменного тока градуируются в действующих значениях переменного напряжения при синусоидальной форме кривой напряжения. У электромагнитных, электродинамических и электростатических вольтметров градуировка сохраняет свой смысл и при несинусоидальной форме кривой приложенного напряжения, поскольку они всегда показывают его действующее значение.

В отличие от перечисленных приборов действующего значения выпрямительные (вып.) вольтметры и электронные (эл.) вольтметры с амплитудным детектором показывают действующее значение напряжения только при синусоидальной форме кривой. При несинусоидальном напряжении их показания будут иметь погрешности тем большие, чем больше форма кривой напряжения отличается от синусоиды.

Однако для некоторых целей эти вольтметры могут быть использованы и при несинусоидальных напряжениях. Поскольку показания выпрямительных вольтметров определяются средним значением приложенного напряжения, а градуируются они в действующих значениях синусоидального напряжения, то по их показаниям, в допустимом диапазоне частот, можно всегда определить среднее значение измеряемого напряжения (U_cp) как при синусоидальной, так и при несинусоидальной форме кривой

,                                                      (1-5)

где U — отсчет по шкале вольтметра;

K_f = 1,11 — коэффициент формы для синусоиды. Аналогично, измеряя несинусоидальные напряжения электронным вольтметром с амплитудным детектором, можно получить амплитудное значение измеряемого напряжения Um, умножив отсчет по шкале прибора U на :

                                                           .

Измеряя несинусоидальное напряжение одновременно тремя вольтметрами — электромагнитным или электродинамическим, выпрямительным и электронным можно по их показаниям (которые в этом случае будут заметно отличаться друг от друга вычислить коэффициент формы и коэффициент амплитуды измеряемого напряжения.

Действительно, действующее значение напряжения равно

U = U_эм; среднее  и амплитудное . Отсюда коэффициент формы кривой равен:

                                                                                                           (1-6)

и коэффициент амплитуды

.                                                (1-7)

В данной работе исследуемые переносные вольтметры подключают параллельно через регулятор напряжения к сети с синусоидальным напряжением (рис. 1-3).

Убедившись с помощью электроннолучевого осциллографа, что форма кривой приложенного к приборам напряжения синусоидальна, устанавливают по электромагнитному или электродинамическому вольтметру последовательно какие-либо напряжения, например, 60 В и 100 В и записывают показания всех вольтметров.

После этого, установив рукоятку РНО в нулевое положение и выключив напряжение, подключают вольтметры ко вторичным зажимам разделительного трансформатора Т (рис. 1-4), работающего в режиме насыщения.

Выходное напряжение этого трансформатора сильно искажено, что можно видеть на экране осциллографа. Устанавливают снова по электромагнитному или электродинамическому вольтметру те же напряжения, что и раньше, и записывают показания всех приборов. При этом легко убедиться, что чем сильнее искажена форма кривой напряжения, тем больше расхождения в показаниях вольтметров.

Если измерить по масштабной сетке осциллографа отношение амплитуд напряжений, при которых производились измерения (60 и 100 В) и сравнить это отношение с отношением показаний электронного, вольтметра, можно легко убедиться, что показания последнего, в пределах точности измерений, пропорциональны амплитуде измеряемого напряжения.

С помощью осциллографа можно также экспериментально показать, что показание выпрямительного вольтметра пропорционально среднему значению измеряемого напряжения. Поскольку, однако, для этого необходимо измерить площадь несинусоидальной кривой, полученной на экране осциллографа, что трудно сделать с приемлемой точностью, этот опыт в настоящей работе не производится.

V. Определение собственного потребления приборов.

При выборе прибора для того или другого измерения в большинстве случаев необходимо знать потребляемую прибором мощность. Чем больше мощность, потребляемая прибором, тем больше изменяется режим цепи, в которой производится измерение при включении измерительного прибора. Особенное значение это имеет при измерениях в маломощных цепях, например, при измерениях напряжений в электронных цепях. Кроме того, чем больше мощность, потребляемая приборами, тем на большую мощность должны быть рассчитаны вспомогательные элементы измерительной цепи; шунты, добавочные сопротивления, измерительные трансформаторы и т. п.

Собственное потребление амперметров и вольтметров обычно характеризуется потребляемой ими мощностью в вольт-амперах при номинальном значении тока I_н для амперметров или напряжения U_н для вольтметров.

Потребление вольтметров также часто характеризуют величиной тока полного отклонения или сопротивлением цепи прибора в Омах на 1 В номинального напряжения.

Измерение тока полного отклонения I_п вольтметра производят по схеме рис.1-5. Потребляемая мощность равна: