Тема: Определение показаний вольтметров с преобразователями, реагирующими на различные параметры входного напряжения в цепях несинусоидального тока

Цель: Формирование у студента компетенции ПК-12

Теоретическая часть

Определение показаний вольтметров в цепи несинусоидального тока зависит от того, на какую величину входного напряжения реагирует преобразователь и в каких значениях проградуирована их шкала. Рассмотрим несколько характерных примеров:

Пример 1. На вход цепи (рисунок 7.1) однополупериодного выпрямления ( = 0, ) от генератора (типа ГЗ-33) подано синусоидальное напряжение, изменяющееся по закону . Действующее значение напряжения = 10 В.

Рисунок 7.1

а) С помощью аналогового электронного вольтметра (типа ВК7-9), который имеет преобразователь максимального значения с закрытым входом, и шкалу, проградуированную в действующих значениях синусоидального напряжения, определить показания на входе цепи и на резисторе R в режиме измерения напряжений постоянного и переменного токов (сопротивление R резистора много меньше входного сопротивления R_BХ вольтметра на всех диапазонах).

б) Соответствуют ли показания вольтметра (типа ВК7-9) в режиме измерения напряжения переменного тока среднеквадратичному значению напряжения на резисторе R.

Решение. а) На входе цепи показания вольтметра в режиме измерения напряжений постоянного тока , переменного тока = 10 В.

Измеряемое напряжение представим в виде суммы двух составляющих напряжения: постоянной и переменной (рисунок 7.2),

где В.

Рисунок 7.2

Таким образом, в режиме измерения напряжения переменного тока, показания вольтметра будут определяться следующим образом:

В.

В формуле учтено, что преобразователь реагирует только на максимальное значение переменной составляющей, а так как шкала вольтметра проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения, то его показания будут в раз меньше.

б) Показания вольтметра не соответствуют среднеквадратическому значению напряжения на резисторе, так как

, тогда В.

Пример 2. Определить максимальное , среднеквадратичное значения напряжения импульса по показанию = 20 В вольтметра (типа ВК7-9), работающего в режиме измерения напряжения переменного тока (см. задачу 1), если на его вход подана периодическая последовательность прямоугольных импульсов длительностью = 1 мкс и периодом следования = 100 мкс (рисунок 7.3).

Решение. Представим измеряемое напряжение (рисунок 7.3) в виде суммы двух составляющих напряжения: постоянной и переменной .

Показания вольтметра будут

,

где В – максимальное значение переменной составляющей.

Рисунок 7.3

Максимальное значение измеряемых импульсов

В.

Среднее значение импульса (постоянная составляющая)

В.

Среднеквадратичное значение импульса

.

Коэффициент амплитуды импульса .

По показаниям вольтметра среднеквадратичное значение импульса

В.

Пример 3. Определить показания вольтметра типа (ВЗ-42), если на его вход подана периодическая последовательность прямоугольных импульсов (рисунок 7.3) с максимальным значением =141 В, частотой следования f = 10 кГц, длительностью = 1 мкс. Найти среднеквадратичное значение последовательности импульсов, используя показания вольтметра. Вольтметр имеет квадратичный преобразователь, вход закрытый, шкалу, проградуированную в действующих значениях синусоидального напряжения.

Решение. Вольтметр показывает среднеквадратичное значение переменной составляющей (см. решение задачи 2):

;

,029 В;

В.

Среднеквадратичное значение последовательности импульсов

,1 В.

Пример 4. Определить показания вольтметра типа ВЗ-44,если на его вход подана периодическая последовательность прямоугольных импульсов (см. рисунок 7.3), максимальное значение которых = 141 В, частота следования f = 100 кГц, длительность = 1 мкс. Вольтметр типа ВЗ-44 имеет двухполупериодный преобразователь средневыпрямленного значения, вход открытый, шкалу, проградуированную в действующих значениях синусоидального напряжения.

Решение. Преобразователь реагирует на среднее значение напряжения

В

Показания вольтметра в 1,11 раза больше :

В.

Задачи

1. Определить показания вольтметра типа ВЗ-44, если на его вход подано напряжение формы «меандр» (см. рисунок 7.4) с Максимальным значением = 100 В. Чему равно среднеквадратичное значение напряжения?

Рисунок 7.4

Рисунок 7.5

2. Определить показания вольтметров типов В4-8 и В4-12, если на их входы поочередно подано пилообразное напряжение (Рисунок 7.5), максимальное значение которого = 100 В. Вольтметры имеют преобразователь максимального значения и шкалу, проградуированную в максимальных значениях (у вольтметра типа В4-8 вход открытый, а у вольтметра типа В4-12 вход закрытый).

3. Определить показания вольтметров типов В4-8 и В4-12, если на их входы подана периодическая последовательность импульсов (см. рисунок 7.3). При решении использовать данные задачи 3 и 6.

4. Определить показания цифрового вольтметра типа_: ВК7-10А, работающего в режиме измерения переменного напряжения, если на его вход подано напряжение прямоугольной формы (см. рисунок 7.3), максимальное значение которого = 141 В, частота сигнала f = 50 Гц. Вольтметр имеет преобразователь средневыпрямленного значения с двухполупериодной схемой выпрямления, открытый вход; показания проградуированы в действующих значениях синусоидального напряжения.

5. Определить показания цифрового вольтметра типа ВК7-10А, если на его вход подано пилообразное напряжение, максимальное значение которого = 141 В, частота сигнала f = 50 Гц. Чему равно среднеквадратичное U значение напряжения?

6. Определить показания цифрового вольтметра типа ВК7-10А, если на его вход подано пилообразное напряжение, максимальное значение которого = 141 В, частота сигнала f = 50 Гц. Чему равно среднеквадратичное U значение напряжения?

7. Определить показания аналогового вольтметра с преобразователем максимального значения с закрытым входом, если на его вход подано напряжение формы, показанной на рисунке 7.6. Максимальное значение напряжения = 100 В. Шкала вольтметра проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения.

Рисунок 7.6

Вопросы к практическому занятию

1. Что означает закрытый или открытый вход вольтметра?

2. Каким способом представляется несинусоидальные напряжения при определении показаний вольтметров?

3. Как определить максимальное и действующее значение переменной составляющей при несинусоидальном напряжении?

4. Как определить среднее значение импульса?

5. Как определить среднеквадратичное значение импульса?

6. Что такое коэффициент амплитуды импульса и как его рассчитать?

Практическое занятие 8