Сигнал без постоянной составляющей

Особенности электронных измерительных приборов

n Основными достоинствами электронных измерительных приборов (ЭИП), по сравнению с электромеханическими, являются следующие:

n • малая мощность потребления от исследуемой цепи (источника сигнала), что обусловлено большим входным сопротивлением приборов (100000 - 10000000 Ом);

n • широкий диапазон исследуемых напряжений (от 10 мкВ до 1000 В) за счет применения усилителей и делителей;

n • высокая чувствительность (0,1 ... 1,0 мкВ);

n • широкий диапазон частот входных периодических сигналов (у некоторых типов — до 500 МГц);

n • более широкие функциональные возможности, возможность измерения одним прибором нескольких различных параметров (например, постоянного и переменного напряжения, сопротивления постоянному току, параметров комплексного сопротивления).

n К недостаткам ЭИП относятся следующие:

n • сравнительно большая инструментальная погрешность (1,5 ... 4 %), за исключением термоэлектрических вольтметров;

n • сложность устройства ЭИП и, как следствие, сравнительно невысокая надежность и высокая стоимость;

n • требование дополнительного источника питания (или внешнего — электрической сети, или внутреннего — батареи);

n • сравнительно большие габариты и масса.

3.4. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СИГНАЛА
НА ПОКАЗАНИЯ ПРИБОРОВ

n Приборы градуируются в средних квадратических (действующих) значениях для частного (хотя и распространенного) случая синусоидальной (или — практически синусоидальной) формы сигнала.

n Приборы различных систем, подключенные параллельно к одному источнику синусоидального напряжения, давали бы похожие показания, достаточно близкие к реальному действующему значению (с учетом, конечно, их инструментальных погрешностей).

n Однако в выборе конкретных приборов для реальных экспериментов с заметно несинусоидальными сигналами следует быть осторожными, поскольку возможны значительные ошибки, так как не все типы приборов реагируют именно на действующее значение.

n Рассмотрим вопросы специфики реакции и градуировки приборов на примере различных аналоговых вольтметров переменного напряжения. Хотя, все справедливо и для электромеханических амперметров соответствующих систем.

К источнику прямоугольного напряжения u(t) амплитудой 100 В, частотой 50 Гц и скважностью 2 (рис. 3.28, а) подключены параллельно два вольтметра (рис. 3.28, 6): V1 — электромеханический выпрямительный вольтметр и V2— электронный вольтметр с термоэлектрическим детектором (ТЭ вольтметр).

 

 

n Найдем показания приборов, пренебрегая всеми составляющими погрешностей результатов. Первый (выпрямительный) вольтметр V1, реагирующий на среднее выпрямленное значение UСВвходного напряжения, отградуирован в действующих значениях для случая синусоидального сигнала, т. е. его показания UV1 связаны с его реакцией коэффициентом формы синусоиды (KФsin = 1,1 1):

V1 = UСВ KФsin

n В данном эксперименте вольтметр V1, отреагировав на UСВ = 100 В, покажет

n Uv1= 100 ·1,11 = 111 В,

n что не будет соответствовать реальному действующему значению измеряемого напряжения.

n Второй вольтметр V2 (электронный термоэлектрический) реагирует на истинное СКЗ напряжения и отградуирован, естественно, тоже в СКЗ. Поэтому его показание UV2 — правильное действующее значение входного сигнала, которое в данном случае равно 100 В.

n Разница между показаниями двух исправных приборов, подключенных к одному источнику напряжения, довольно велика и составляет более 10 %. Причина — резкая несинусоидальность входного напряжения u(t).

n Пример 2. Два вольтметра: V1 — электронный вольтметр с амплитудным детектором (АД) и V2 — электромеханический вольтметр электромагнитной системы параллельно подключены к источнику несинусоидального напряжения u(t) (рис. 3.29, а). Амплитуда измеряемого напряжения Umах = ±100 В, частота — 50 Гц, коэффициент амплитуды Kа =2.

 

n Пренебрегая всеми погрешностями, найти показания приборов (рис. 3.29, 6).

n Первый вольтметр V1 реагирует на амплитудное значение входного напряжения, а градуируется в действующих значениях для случая синусоидального сигнала, т. е. его показания UV1 связаны с его реакцией коэффициентом амплитуды Kа синусоиды (Kаsin=1,41):

n UV1 =Umax / Kаsin.

n В этом эксперименте вольтметр, отреагировав на амплитуду Umax = 100 В, покажет

n UVI = 100: 1,41 = 71 В,

n что не равно реальному действующему значению измеряемого напряжения.

n Реальное действующее (среднее квадратическое) значение UCK, у данного сигнала:

n UCK = Umах / Kа = 100 : 2 = 50 В.

n Второй вольтметр V2 (электромагнитной системы) реагирует именно на действующее значение измеряемого напряжения и отградуирован тоже в СКЗ. Он покажет правильное действующее значение входного сигнала, которое у данного сигнала равно

n UV2= UCK= 50 В.

n В этом случае столь большая разница (почти в полтора раза!) в показаниях двух приборов, на входе которых один и тот же сигнал — следствие значительной несинусоидальности исследуемого сигнала и различий в их принципах действия.