Лабораторная работа №6
Изучение принципа действия и применения аналоговых электронных вольтметров
Цель работы: Ознакомится с принципом действия и работой аналоговых электронных вольтметров. Изучить правила пользования электронными вольтметрами.
Задание: 1. При подготовке к лабораторной работе изучить принцип действия электронных вольтметров, входное устройство которых включают в себя преобразователи: пикового значения, средневыпрямленного значения, среднеквадратичного значения.
2. Изучить устройство лабораторной установки, принцип действия используемых в лабораторной работе приборов, усвоить порядок выполнения работы.
3. В ходе экспериментальной части провести измерение напряжения переменного тока различной частоты.
Общие положения
Переменные напряжения характеризуют пиковым (амплитудным), действующим (эффективным), средним и средневыпрямленным значениями.
Пиковое значение (амплитудное ‑ для гармонических сигналов) ‑ наибольшее мгновенное значение напряжения за время наблюдения ( и за период колебания)
Рис. 1 Графики, иллюстрирующие понятие "пиковое значение" напряжения.
При разнополярных несимметричных кривых напряжения различают два пиковых значения: положительное и отрицательное.
Действующее значение (эффективное) ‑ это среднеквадратичное из мгновенных значений напряжения за время измерения (или за период):
(1)
Напомним, что квадрат действующего значения периодического напряжения несинусоидальной формы равен сумме квадратов действующих значений постоянной и всех гармонических составляющих этого напряжения:
(2)
или действующее значение периодического напряжения сложной формы равно:
(3)
Среднее значение (постоянная составляющая) определяется средним арифметическим из мгновенных значений за время измерения (или за период):
(4)
Средневыпрямленное значение ‑ это среднее арифметическое из абсолютных мгновенных значений:
(5)
Если Т=1, то среднеквадратичное значение равно площади, ограниченной кривой напряжения (рис.2).
П
ри
однополярных напряжениях среднее
значение (постоянная составляющая)
равно средневыпрямленному. При
разнополярных напряжениях эти две
величины различны. Например, для
гармонического напряженияU0
=0, а Uср.в.
= 0,637.
Связь между пиковым (амплитудными), действующим и средневыпрямленным значениями напряжения данной формы устанавливается посредством коэффициента амплитуды, равного отношению пикового значения к действующему:
(6)
и коэффициента формы кривой, определяемого отношением действующего значения к средневыпрямленному:
(7)
В качестве примеров определим значения Ка и Кф для напряжений различных форм:
1) Синусоидальное напряжение. Для него справедливы соотношения
и
.
Следовательно, коэффициент амплитуды Kа=1,41, коэффициент формы Кф=1,11.
2) Напряжение пилообразной формы (рис.3,а), имеющее пиковое значение Um и период Т. Мгновенное значение в первый период
Действующее значение
(3)
Рис. 3 Примеры напряжений несинусоидальной формы
Средневыпрямленное значение Uср.в.=Um/2 находится из графика (рис.3.а.) путем деления площади треугольника на период.
Коэффициент
амплитуды
.
Коэффициент формы
.
3) Напряжение прямоугольной формы с симметричными полупериодами (рис. 3.б).
Мгновенные значения
(9)
Действующее значение U=Um, средневыпрямленное значение Uср.в.=Um, коэффициент амплитуды Ка=1, коэффициент формы Кф = 1.