Voltmetru este un dispozitiv de măsurare conceput pentru a măsura Voltaj curent continuu sau alternativ în circuitele electrice.
Voltmetrul este conectat în paralel la bornele sursei de tensiune folosind sonde de la distanță. Conform metodei de afișare a rezultatelor măsurătorilor, voltmetrele sunt împărțite în cadran și digitale.
Valoarea tensiunii este măsurată în Voltach, indicat pe instrumente prin litera ÎN(în rusă) sau literă latină V(denumire internațională).
Pe schemele electrice, un voltmetru este desemnat cu litera latină V înconjurat de un cerc, așa cum se arată în fotografie.
Tensiunea poate fi constantă sau alternativă. Dacă tensiunea sursei de curent este alternativă, atunci semnul " este plasat în fața valorii ~ „dacă este constant, atunci semnul” – ".
De exemplu, tensiunea alternativă a unei rețele de uz casnic de 220 de volți este desemnată pe scurt după cum urmează: ~220 V sau ~220 V. La marcarea bateriilor și acumulatorilor, semnul „ – " este adesea omis, un număr este pur și simplu tipărit. Tensiunea sursei de alimentare a vehiculului sau a bateriei este indicată după cum urmează: 12 V sau 12 Vși baterii pentru lanternă sau cameră: 1,5 V sau 1,5 V. Carcasa trebuie să fie marcată lângă borna pozitivă sub forma unui „ + ".
Polaritatea tensiunii alternative se modifică în timp. De exemplu, tensiunea din cablajul electric de uz casnic schimbă polaritatea de 50 de ori pe secundă (frecvența schimbării este măsurată în Herți, un Hertz este egal cu o schimbare de polaritate a tensiunii pe secundă).
Polaritatea tensiunii continue nu se modifică în timp. Prin urmare, sunt necesare diferite instrumente de măsură pentru a măsura tensiunea AC și DC.
Există voltmetre universale care pot fi folosite pentru a măsura atât tensiunea alternativă, cât și tensiunea continuă fără a comuta modurile de funcționare, de exemplu, voltmetrul de tip E533.
Cum se măsoară tensiunea în cablajul electric de uz casnic
Atenţie! Când se măsoară tensiuni peste 36 V, este inacceptabil ca o persoană să atingă firele expuse, deoarece acestea pot primi un șoc electric.
În conformitate cu cerințele GOST 13109-97, valoarea efectivă a tensiunii în rețeaua electrică trebuie să fie 220 V ±10%, adică poate varia de la 198 V până la 242 V. Dacă becurile din apartament încep să ardă slab sau se ard adesea sau aparatele de uz casnic încep să funcționeze instabil, atunci pentru a lua măsuri, trebuie mai întâi să măsurați valoarea tensiunii în cablajul electric.
La începerea măsurătorilor, este necesară pregătirea aparatului: – verificați fiabilitatea izolației conductoarelor cu vârfuri și sonde; 
– setați comutatorul limitelor de măsurare în poziția de măsurare a tensiunii alternative de cel puțin 250 V;
– introduceți conectorii conductorilor în prizele aparatului, ghidându-se după inscripțiile de lângă acestea;
– porniți dispozitivul de măsurare (dacă este necesar).
După cum puteți vedea în imagine, limita pentru schimbarea tensiunii alternative este de 300 V în tester și 700 V în multimetru. Tip de curent (~ sau –), tip de măsurare (V, A sau Ohmi) și, de asemenea, introduceți capetele sondelor în prizele necesare.
Într-un multimetru, capătul negru al sondei este introdus în mufa COM (comun pentru toate măsurătorile), iar capătul roșu în V, comun pentru schimbarea tensiunii DC și AC, curentului, rezistenței și frecvenței. Priza marcată ma este folosită pentru măsurarea curenților mici, 10 A când se măsoară curentul care ajunge la 10 A. Atenţie! Măsurarea tensiunii în timp ce ștecherul este introdus în priza de 10 A va deteriora dispozitivul.
În cel mai bun caz, siguranța introdusă în interiorul dispozitivului se va exploda, în cel mai rău caz, va trebui să cumpărați un multimetru nou. Ei fac adesea greșeli atunci când folosesc instrumente pentru a măsura rezistența și, uitând să schimbe modurile, măsoară tensiunea. Am întâlnit zeci de astfel de dispozitive defecte cu rezistențe arse în interior.
După ce toate lucrările pregătitoare au fost finalizate, puteți începe măsurarea. Dacă porniți multimetrul și nu apar numere pe indicator, înseamnă că fie bateria nu este instalată în dispozitiv, fie că și-a epuizat deja resursele. De obicei, multimetrele folosesc o baterie Krona de 9 V cu o durată de valabilitate de un an. Prin urmare, chiar dacă dispozitivul nu a fost folosit o perioadă lungă de timp, este posibil ca bateria să nu funcționeze. Când utilizați multimetrul în condiții staționare, este recomandabil să utilizați un adaptor de ~220 V/–9 V în locul coroanei.
Multimetrul va afișa imediat tensiunea din rețea, dar trebuie totuși să puteți citi citirile într-un tester cu cadran. La prima vedere, pare dificil, deoarece există multe scale. Dar dacă te uiți cu atenție, devine clar pe ce scară să citești dispozitivul. Aparatul de tip TL-4 cu pricina (care m-a servit impecabil de mai bine de 40 de ani!) are 5 cantare.
Scara superioară este utilizată pentru a efectua citiri atunci când comutatorul se află în poziții care sunt multipli de 1 (0,1, 1, 10, 100, 1000). Scara situată chiar mai jos este multipli de 3 (0,3, 3, 30, 300). La măsurarea tensiunilor AC de 1 V și 3 V, sunt marcate 2 scale suplimentare. Există o scară separată pentru măsurarea rezistenței. Toate testerele au o calibrare similară, dar multiplicitatea poate fi oricare.
Deoarece limita de măsurare a fost setată la ~300 V, înseamnă că citirea trebuie făcută pe a doua scară cu o limită de 3, înmulțind citirile cu 100. Valoarea unei diviziuni mici este 0,1, prin urmare, rezultă 2,3 + săgeata se află la mijloc între linii, ceea ce înseamnă că luați valoarea de citire 2,35×100=235 V.
S-a dovedit că valoarea tensiunii măsurate este de 235 V, ceea ce este în limite acceptabile. Dacă în timpul procesului de măsurare există o schimbare constantă a valorii cifrelor cele mai puțin semnificative, iar acul testerului fluctuează constant, înseamnă că există contacte proaste în conexiunile electrice și este necesară inspectarea acestuia.
Cum se măsoară tensiunea bateriei
baterie sau alimentare
Deoarece tensiunea surselor de curent continuu nu depășește de obicei 24 V, atingerea bornelor și a firelor goale nu este periculoasă pentru oameni și nu sunt necesare măsuri speciale de siguranță.
Pentru a evalua adecvarea unei baterii, acumulatorului sau starea de sănătate a sursei de alimentare, este necesar să se măsoare tensiunea la bornele acestora. Bornele bateriilor rotunde sunt situate la capetele corpului cilindric, borna pozitivă este indicată printr-un semn „+”.
Măsurarea tensiunii DC nu este practic foarte diferită de măsurarea tensiunii AC. Trebuie doar să comutați dispozitivul în modul de măsurare corespunzător și să respectați polaritatea conexiunii.
Cantitatea de tensiune pe care o creează o baterie este de obicei marcată pe corpul său. Dar chiar dacă rezultatul măsurării a arătat o tensiune suficientă, acest lucru nu înseamnă că bateria este bună, deoarece a fost măsurată EMF (forța electromotoare), și nu capacitatea bateriei, pe baza căreia durata de viață a produsului în care va fi instalat depinde.
Pentru a estima mai precis capacitatea bateriei, trebuie să măsurați tensiunea conectând o sarcină la polii acesteia. Un bec de lanternă cu incandescență evaluat pentru o tensiune de 1,5 V este bine potrivit ca sarcină pentru o baterie de 1,5 V Pentru ușurință în funcționare, trebuie să lipiți conductorii la bază.
Dacă tensiunea sub sarcină scade cu mai puțin de 15%, atunci bateria sau acumulatorul este destul de potrivit pentru utilizare. Dacă nu există un dispozitiv de măsurare, atunci puteți judeca adecvarea bateriei pentru utilizare ulterioară în funcție de luminozitatea becului. Dar un astfel de test nu poate garanta durata de viață a bateriei dispozitivului. Indică doar că bateria este încă utilizabilă în prezent.
Funcționarea neîntreruptă a aparatelor electrice depinde în mare măsură de nivelul de tensiune din rețea, de alimentarea corectă a curentului și de integritatea cablajului. Puteți măsura tensiunea AC folosind un multimetru. Acesta este un asistent indispensabil în identificarea în timp util a problemelor din rețeaua electrică și în asigurarea utilizării în siguranță a aparatelor de uz casnic și profesional.
Caracteristici, funcții, tipuri de dispozitive
Acest dispozitiv este un înregistrator universal de multe cantități electrice. În funcție de gama de modele și de setul de funcții pe care le îndeplinesc, multimetrele și-au găsit utilizarea atât în viața de zi cu zi, cât și în arsenalul electricienilor profesioniști.
Un multimetru cu cost mediu poate măsura:
- indicator de tensiune alternativă în rețea și tensiune constantă a bateriei sau bateriei;
- curent continuu și alternativ (intensitatea curentului);
- nivelul de rezistență;
- operabilitatea diodelor (mod continuitate);
- frecvența curentă;
- temperatură;
- valoarea capacităţii condensatorului.
Dispozitivele de stil nou pot avea un generator de joasă frecvență și o sondă de sunet. Dintre întreaga gamă de produse, merită evidențiate 2 tipuri principale de dispozitive.
Tip electronic (digital). Indicatorii obținuți sunt afișați pe ecran, care este înconjurat de indicatori din șapte segmente. Cele mai multe dintre ele funcționează în mod automat, multimetrul determină independent valoarea limită a valorilor, pe baza datelor primite. Trebuie doar să selectați tipul de măsurare. Alte modele pot transfera date direct pe un computer pentru procesare ulterioară.
Tip săgeată. Acest tip de dispozitiv va fi o adevărată salvare atunci când interferența puternică perturbă funcționarea normală a multimetrului electronic și distorsionează complet informațiile.
Acasă, va fi suficient să măsurați curentul cu un multimetru de tip electronic cu o rezoluție de 3,5. Acestea sunt dispozitive precum dt 831, 832 sau noua modificare dt 834.
Elemente de carcasă
Deoarece modelele digitale au devenit din ce în ce mai solicitate, denumirile și principalele caracteristici ale multimetrelor vor fi discutate folosind exemplul lor.
Sunt echipate cu un ecran cu cristale lichide care afiseaza valorile masurate. Chiar mai jos este un comutator care se rotește în jurul axei sale. Indică tipul selectat și limitele de măsurare.
La prizele de pe corpul multimetrului sunt conectate 2 sonde cu fire: roșu sau pozitiv, negru sau negativ.
O sondă negativă este întotdeauna conectată la conectorul etichetat „pământ” sau „COM”. Cel pozitiv este conectat la orice altă priză.
Trebuie remarcat faptul că pot exista 2, 3 sau 4 conectori Numărul acestora depinde de model și producător. Cu toate acestea, chiar și în astfel de multimetre, priza pentru conectarea doar a sondei pozitive poate fi schimbată, cea negativă rămâne în același loc.
Moduri de operare a testerului
Funcționarea multimetrului și a modurilor sale este reglată cu ajutorul unui comutator. Poziția sa verticală superioară indică faptul că dispozitivul este oprit.
O viraj în orice altă direcție indică o schimbare a modului și este indicată după cum urmează:
Toate rezultatele sunt afișate pe ecranul testerului în câteva secunde, raportând valoarea indicatorului selectat cu o precizie de sutimi.
Denumirea curentului alternativ pe orice multimetru poate fi descrisă sub formă de simboluri AC (curent alternativ). În consecință, ACA este puterea curentului alternativ, ACV este tensiunea curentului alternativ. Acesta este un curent care își schimbă direcția de un număr mare, dar constant, de ori într-o secundă. În rețelele de acasă, frecvența de variație este de 50 Hz.
Secvența de conectare
Este important de reținut că atunci când începeți măsurarea nivelului de curent alternativ, nu este deloc necesar să respectați polaritatea conectării sondelor. Dacă valoarea sa este negativă, atunci un semn minus va fi afișat pur și simplu pe ecran în fața numerelor.
Setăm comutatorul multimetrului care măsoară acest indicator în poziția corespunzătoare și setăm domeniul de măsurare.
Alegerea limitelor de măsurare trebuie luată cât mai responsabil posibil. Dacă curentul măsurat depășește semnificativ intervalul selectat, acest lucru poate duce la arderea siguranței sau, chiar mai rău, a întregului multimetru.
Acordați atenție alegerii conectorului (priza). Sub aceasta ar trebui să fie valoarea maximă a curentului pe care doriți să o măsurați. 10A înseamnă că se măsoară până la 10A de curent (destul de mare).
Pentru a regla procesul de măsurare, mai întâi setați comutatorul la intervalul maxim admis de valori, introduceți ștecherele sondei în prize. Apoi, dacă este necesar, reduceți nivelul.
Pentru a măsura puterea curentului alternativ sau continuu, multimetrul trebuie conectat în serie cu sarcina (lanternă, lampă, răcitor, circuit radio etc.). Aceasta este regula de bază pentru toate instrumentele electrice de măsură. Adică, pentru a măsura curentul, multimetrul este conectat „în spațiul deschis” al circuitului.
Cum se determină valoarea tensiunii alternative în rețea
Un punct important la determinarea tensiunii alternative este faptul că sondele multimetrului sunt conectate la dispozitivul care se măsoară în paralel. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea în sine este diferența de potențial dintre două puncte.
Puteți folosi același principiu ca și în cazul curentului alternativ. Reglați intervalul de valori de la maxim la minim, fără a uita poziția sondelor.
De exemplu, o baterie standard poate fi utilizată pentru a măsura tensiunea AC. Comutatorul este setat în modul corespunzător, intervalul este setat. În acest caz, sondele ating bateria paralel una cu cealaltă pe ambele părți. Și puteți vedea instantaneu modul în care ecranul afișează valoarea tensiunii elementului studiat.
Situația este aceeași cu tensiunea constantă, dar trebuie doar să vă amintiți să setați comutatorul în modul corect.
Indiferent de modelul și funcționarea specifică a multimetrului, este important să respectați instrucțiunile de siguranță la incendiu și să manipulați corect dispozitivele electrice fără a vă pune sănătatea în pericol.
În practica radioamatorilor, acesta este cel mai comun tip de măsurare. De exemplu, la repararea unui televizor, tensiunile sunt măsurate în punctele caracteristice ale dispozitivului, și anume la bornele tranzistoarelor și microcircuitelor. Dacă aveți o schemă de circuit la îndemână și modurile de tranzistori și microcircuite sunt indicate pe ea, atunci nu va fi dificil pentru un tehnician cu experiență să găsească defecțiunea.
Când instalați structuri asamblate de dvs., este imposibil să faceți fără măsurarea tensiunilor. Singurele excepții sunt schemele clasice, despre care scriu ceva de genul: „Dacă structura este asamblată din piese reparabile, atunci nu este necesară nicio ajustare, va funcționa imediat”.
De regulă, acestea sunt circuite electronice clasice, de exemplu, . Aceeași abordare poate fi aplicată chiar și unui amplificator audio dacă este asamblat pe un cip specializat. Ca un exemplu clar al TDA 7294 și multe alte microcircuite din această serie. Dar calitatea amplificatoarelor „integrate” este scăzută, iar adevărații cunoscători își construiesc amplificatoarele pe tranzistoare discrete și, uneori, pe tuburi cu vid. Și aici este pur și simplu imposibil să faci fără configurarea și măsurătorile de tensiune aferente.
Cum și ce să măsoare
Prezentat în figura 1.
Figura 1.
Poate cineva va spune, ce se poate măsura aici? Și ce rost are să asamblați un astfel de lanț? Da, probabil că este dificil să găsești aplicații practice pentru o astfel de schemă. Și în scopuri educaționale este destul de potrivit.
În primul rând, ar trebui să acordați atenție modului în care este conectat voltmetrul. Deoarece figura prezintă un circuit de curent continuu, voltmetrul este conectat în conformitate cu polaritatea indicată pe dispozitiv sub formă de semne plus și minus. Practic, această remarcă este valabilă pentru un instrument indicator: dacă polaritatea nu este respectată, săgeata se va devia în direcția opusă, spre diviziunea zero a scalei. Deci va fi un fel de zero negativ.
Dispozitivele digitale, multimetrele, sunt mai democratice în acest sens. Chiar dacă este conectat în polaritate inversă, tensiunea va fi în continuare măsurată, doar un semn minus va apărea pe scară în fața rezultatului.
Un alt lucru la care ar trebui să acordați atenție atunci când măsurați tensiunile este domeniul de măsurare al dispozitivului. Dacă tensiunea așteptată este în intervalul, de exemplu, 10...200 milivolți, atunci scara instrumentului corespunde acestui interval de 200 milivolți, iar măsurarea tensiunii menționate pe o scară de 1000 volți este puțin probabil să dea un rezultat inteligibil.
Intervalul de măsurare trebuie selectat și în alte cazuri. Pentru o tensiune măsurată de 100 volți, intervalul de 200V și chiar 1000V este destul de potrivit. Rezultatul va fi același. Acesta este ceea ce se referă.
Dacă măsurătorile sunt efectuate cu un instrument indicator vechi bun, atunci pentru a măsura o tensiune de 100V, ar trebui să selectați domeniul de măsurare atunci când citirile sunt la mijlocul scalei, ceea ce permite o citire mai precisă.
Și încă o recomandare clasică pentru utilizarea unui voltmetru, și anume: dacă valoarea tensiunii măsurate este necunoscută, atunci măsurătorile trebuie începute prin setarea voltmetrului la cel mai înalt interval. La urma urmei, dacă tensiunea măsurată este de 1V, iar intervalul este de 1000V, cel mai mare pericol este în citirile incorecte de la dispozitiv. Dacă se dovedește invers - domeniul de măsurare este de 1V, iar tensiunea măsurată este de 1000, achiziționarea unui dispozitiv nou pur și simplu nu poate fi evitată.
Ce va arăta voltmetrul?
Dar, probabil, să revenim la Figura 1 și să încercăm să determinăm ce vor arăta ambele voltmetre. Pentru a determina acest lucru, va trebui. Problema poate fi rezolvată în mai mulți pași.
Mai întâi, calculați curentul din circuit. Pentru a face acest lucru, trebuie să împărțiți tensiunea sursei (în figură aceasta este o baterie galvanică cu o tensiune de 1,5 V) la rezistența circuitului. Când rezistențele sunt conectate în serie, aceasta va fi pur și simplu suma rezistențelor lor. Sub forma unei formule, arată cam așa: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).
O mică notă: dacă expresia 4.5 / (100 + 150) este copiată în clipboard, apoi lipită în fereastra calculatorului Windows, apoi după apăsarea tastei „egal”, se va obține rezultatul calculului. În practică, sunt evaluate și expresii mai complexe care conțin paranteze pătrate, paranteze, puteri și funcții.
În al doilea rând, obțineți rezultatele măsurătorii ca scădere de tensiune pe fiecare rezistor:
U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (V),
U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (V),
Pentru a verifica corectitudinea calculelor, este suficient să adăugați ambele valori rezultate ale căderii de tensiune. Cantitatea trebuie să fie egală cu tensiunea bateriei.
Poate cineva ar putea avea o întrebare: „Dar dacă divizorul nu este format din două rezistențe, ci trei sau chiar zece? Cum se determină căderea de tensiune pe fiecare dintre ele? Exact la fel ca în cazul descris. Mai întâi trebuie să determinați rezistența totală a circuitului și să calculați curentul total.
După care acest curent deja cunoscut este pur și simplu înmulțit cu. Uneori, astfel de calcule trebuie făcute, dar există și o problemă aici. Pentru a nu pune la îndoială rezultatele obținute, curentul din formule ar trebui înlocuit în Amperi, iar rezistența în Ohmi. Apoi, fără nicio îndoială, rezultatul va fi în Volți.
Acum toată lumea este obișnuită să folosească dispozitive fabricate în China. Dar asta nu înseamnă că calitatea lor este slabă. Doar că nimeni din țara noastră nu s-a gândit să-și producă propriile multimetre și se pare că au uitat cum să facă testere de indicatori. Este doar o rușine pentru țară.
Orez. 2. Multimetru DT838
Pe vremuri, instrucțiunile pentru dispozitive indicau caracteristicile tehnice ale acestora. În special, pentru voltmetre și testere pointer, aceasta a fost rezistența de intrare și a fost indicată în Kilohmi/Volți. Au existat dispozitive cu o rezistență de 10 K/V și 20 K/V. Acestea din urmă au fost considerate mai precise, deoarece au adăugat mai puțin la tensiunea măsurată și au arătat un rezultat mai precis. Acest lucru poate fi confirmat de Figura 3.
Figura 3.
Tensiunea efectivă U este de 0,707 tensiune de amplitudine Um.
U = Um/√2 = 0,707 * Um, din care putem concluziona că Um = U * √2 = 1,41 * U
Este oportun să oferim aici un exemplu utilizat pe scară largă. La măsurarea tensiunii alternative, dispozitivul a indicat 220V, ceea ce înseamnă că valoarea amplitudinii conform formulei va fi
Um = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310V.
Acest calcul este confirmat de fiecare dată când tensiunea de la rețea este rectificată de o punte de diodă urmată de cel puțin un condensator electrolitic: dacă măsurați tensiunea de curent continuu la ieșirea punții, dispozitivul va afișa exact 310V. Această cifră trebuie reținută; poate fi utilă la dezvoltarea și repararea surselor de alimentare comutatoare.
Această formulă este valabilă pentru toate tensiunile dacă au formă sinusoidală. De exemplu, după un transformator descendente există 12V AC. Apoi, după rectificare și netezire pe condensator va fi
12 * 1,41 = 16,92 aproape 17V. Dar asta dacă sarcina nu este conectată. Cu o sarcină conectată, tensiunea DC va scădea la aproape 12V. În cazul în care forma tensiunii este alta decât o undă sinusoidală, aceste formule nu funcționează, dispozitivele nu arată ce se aștepta de la ele. La aceste tensiuni, măsurătorile sunt efectuate de alte dispozitive, de exemplu, un osciloscop.
Un alt factor care influențează citirile voltmetrului este frecvența. De exemplu, multimetrul digital DT838, dupa caracteristicile sale, masoara tensiuni alternative in domeniul de frecventa 45...450 Hz. Vechiul tester pointer TL4 arată ceva mai bine în acest sens.
În domeniul de tensiune de până la 30V, domeniul său de frecvență este de 40...15000Hz (aproape întreaga gamă audio, poate fi utilizată la configurarea amplificatoarelor), dar pe măsură ce tensiunea crește, frecvența admisă scade. În gama 100V este 40...4000Hz, 300V 40...2000Hz, iar în domeniul 1000V doar 40...700Hz. Iată o victorie incontestabilă asupra unui dispozitiv digital. Aceste cifre sunt valabile și numai pentru tensiuni sinusoidale.
Deși uneori nu sunt necesare date despre forma, frecvența și amplitudinea tensiunilor alternative. De exemplu, cum să determinați dacă oscilatorul local al unui receptor de unde scurte funcționează sau nu? De ce receptorul nu „prinde” nimic?
Se dovedește că totul este foarte simplu dacă utilizați un dispozitiv pointer. Trebuie să-l porniți la orice limită pentru măsurarea tensiunilor alternative și să atingeți bornele tranzistorului oscilator local cu o singură sondă (!). Dacă există oscilații de înaltă frecvență, acestea vor fi detectate de diodele din interiorul dispozitivului, iar acul se va abate cu o parte a scalei.
B. Grigoriev (URSS)
Cea mai importantă caracteristică a tensiunii alternative (curentului) este valoarea sa pătratică medie* (RMS). Cunoașterea RMS real este necesară la determinarea raporturilor de putere sau energie în circuitele de curent alternativ, măsurarea caracteristicilor de zgomot ale dispozitivelor și coeficienții de distorsiune armonică sau de intermodulație și configurarea regulatoarelor de putere a tiristoarelor. Combinația „adevărat SCZ” nu a fost folosită aici întâmplător. Faptul este că este dificil de măsurat RMS, astfel încât voltmetrele (autonome sau incluse în multimetre) măsoară de obicei fie valoarea medie redresată, fie valoarea de vârf a tensiunii alternative. Pentru o tensiune sinusoidală, care este mai comună decât altele în practica de măsurare, există o relație neechivocă între aceste trei valori RMS: valoarea de vârf este de 1,41 ori mai mare decât valoarea RMS, iar media rectificată este de 1,11 ori mai mică decât aceasta. Prin urmare, voltmetrele utilizate pe scară largă sunt aproape întotdeauna calibrate în RMS, indiferent de ceea ce înregistrează de fapt dispozitivul. În consecință, la măsurarea tensiunilor alternative RMS, a căror formă este vizibil diferită de cea sinusoidală, aceste voltmetre în general nu pot fi utilizate, totuși, pentru semnale periodice de formă simplă (meadru, triunghi etc.), pot fi calculati factori de corecție. Dar această metodă este inacceptabilă pentru cele mai importante măsurători din practică (în special, cele menționate mai sus). Aici, doar unul care înregistrează tensiune alternativă RMS reală poate veni în ajutor.
Multă vreme, pentru măsurarea RMS au fost folosite metode bazate pe conversia tensiunii alternative în tensiune continuă folosind dispozitive termoionice. Aceste metode sunt încă utilizate într-o formă modernizată. Cu toate acestea, echipamentele de măsurare, care sunt dispozitive de calcul analogice specializate, devin din ce în ce mai răspândite. Conform unuia sau altuia model matematic, ei procesează semnalul original, astfel încât produsul procesării să fie RMS-ul său. Această cale, chiar și ținând cont de succesele microelectronicii, duce inevitabil la o complexitate crescută a echipamentelor, ceea ce este inacceptabil pentru practica radioamatorilor, deoarece dispozitivul de măsurare devine mai complex decât dispozitivele pentru care este necesar.
Dacă nu prezentați cerința ca RMS să indice direct (și acest lucru este important, în primul rând, pentru măsurătorile de masă), atunci este posibil să creați un dispozitiv foarte simplu de fabricat și configurat. Metoda de măsurare a RMS se bazează pe amplificarea tensiunii până la nivelul la care începe să strălucească un bec incandescent obișnuit. Luminozitatea becului (este înregistrat de un fotorezistor) este legată în mod unic de valoarea RMS a tensiunii alternative aplicate acestuia. Pentru a elimina neliniaritatea convertorului de tensiune alternativă-rezistor, este recomandabil să îl utilizați numai pentru a înregistra o anumită luminozitate a becului, care este instalat în timpul calibrării dispozitivului. Apoi măsurătorile RMS sunt reduse la ajustarea coeficientului de transmisie al preamplificatorului, astfel încât becul să strălucească cu o luminozitate dată. Valoarea pătrată medie a tensiunii măsurate se citește pe scara rezistenței variabile.
Atunci când sunt combinate cu diodele VD1 și VD2, acestea oferă protecție pentru microampermetru atunci când puntea este semnificativ dezechilibrată. Același microampermetru, folosind comutatorul SA1, poate fi conectat la ieșirea amplificatorului pentru a-l echilibra cu curentul continuu.
Tensiunea măsurată este furnizată la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional DA1. Trebuie remarcat faptul că, dacă excludeți CI izolator, atunci la intrarea dispozitivului poate fi furnizată o tensiune alternativă cu o componentă constantă. Și în acest caz, citirile dispozitivului vor corespunde cu valoarea RMS reală a tensiunii totale (DC + AC).
Acum despre unele dintre caracteristicile voltmetrului în cauză și selecția elementelor pentru acesta. Elementul principal al dispozitivului este optocuplerul VL1. Desigur, este foarte convenabil să utilizați un dispozitiv standard gata făcut, dar puteți face singur un analog al unui optocupler. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un bec cu incandescență și unul, care sunt plasate într-o carcasă care împiedică expunerea la lumina externă. În plus, este de dorit să se asigure un transfer minim de căldură de la bec la fotorezistor (acesta și de la temperatură). Cele mai stricte cerințe se aplică unui bec cu incandescență. Luminozitatea strălucirii sale la o tensiune RMS peste el de aproximativ 1,5 V ar trebui să fie suficientă pentru a-l aduce la punctul de funcționare corespunzător echilibrului podului. Această limitare se datorează faptului că dispozitivul trebuie să aibă un factor de creastă bun (raportul dintre valoarea maximă admisă a amplitudinii a tensiunii măsurate și rădăcina pătrată medie). Cu un factor de vârf mic, este posibil ca dispozitivul să nu înregistreze supratensiuni individuale și, prin urmare, să-și subestimeze valoarea RMS. Cu valorile elementelor de punte date în diagrama din Fig. 1, tensiunea RMS de pe optocupler, aducând-o la punctul de funcționare (aproximativ 10 kOhm), va fi de aproximativ 1,4 V. Amplitudinea maximă a tensiunii de ieșire (înainte de începerea limitării) în acest dispozitiv nu depășește 11 V, deci factorul de creastă va fi de aproximativ 18 dB. Această valoare este destul de acceptabilă pentru majoritatea măsurătorilor, dar dacă este necesar, poate fi crescută ușor prin creșterea tensiunii de alimentare a amplificatorului.
O altă limitare a unui bec cu incandescență este că curentul său în punctul de funcționare nu trebuie să depășească 10 mA. În caz contrar, este necesar un emițător de urmărire mai puternic, deoarece trebuie să furnizeze curentul de vârf. de aproximativ 10 ori mai mare decât curentul consumat de un bec cu incandescență în punctul său de funcționare.
Nu există cerințe speciale pentru fotorezistorul unui optocupler de casă, dar dacă un radioamator are de ales, atunci este indicat să găsești o copie care să aibă ceea ce este necesar la punctul de funcționare cu o iluminare mai mică. Acest lucru va permite dispozitivului să realizeze un factor de creastă mai mare.
Alegerea op-ampului determină în mod unic combinația a doi parametri: sensibilitatea și lățimea de bandă. Amplitudinea (răspunsul în frecvență) a amplificatorului operațional K140UD8 este prezentată în Fig. 2 (este tipic pentru multe amplificatoare operaționale cu corecție internă). După cum se poate observa din răspunsul în frecvență, pentru a asigura măsurători ale tensiunii RMS într-o bandă de frecvență de până la 20 kHz, câștigul maxim (cu poziția superioară a cursorului rezistorului variabil R3 conform diagramei din Fig. 1) câștigă în acest caz nu trebuie să depășească câteva zeci. Acest lucru este confirmat de răspunsul în frecvență normalizat al dispozitivului, care este prezentat în Fig. 3.
Curbele 1-3 corespund la trei poziții ale cursorului de rezistență variabilă R3: superior, mijloc și inferior.
În aceste măsurători, amplificatorul (corespunzător curbei 1) a fost de aproximativ 150, ceea ce corespunde limitelor de măsurare RMS de 10 până la 100 mV. Se poate observa că scăderea răspunsului în frecvență la frecvențe peste 10 kHz în acest caz devine destul de semnificativă. Pentru a reduce declinul răspunsului în frecvență, sunt posibile două metode. În primul rând, puteți reduce (prin selectarea rezistențelor R4 și R5) amplificatorul la 15...20. Acest lucru va reduce sensibilitatea dispozitivului cu un ordin de mărime (care poate fi ușor compensat de preamplificatoare), dar apoi, chiar și în cel mai rău caz, răspunsul său în frecvență nu va coborî sub curba 3 din Fig. 3. În al doilea rând, poate fi înlocuit cu altul, mai de bandă largă (de exemplu, cu un K574UD1,), care va face posibilă realizarea unei sensibilități ridicate a dispozitivului cu o lățime de bandă a amplificatorului de 20 kHz. Deci, pentru un amplificator K574UD1 cu o astfel de lățime de bandă poate fi deja de aproximativ câteva sute.
Nu există cerințe speciale pentru elementele rămase ale dispozitivului. Menționăm doar că tensiunea maximă de funcționare admisă pentru tranzistoarele VT1 și VT2, precum și pentru fotorezistor, trebuie să fie de cel puțin 30 V. Cu toate acestea, pentru un fotorezistor poate fi mai mică, dar atunci ar trebui aplicată o tensiune redusă pe punte. iar rezistențele trebuie selectate (dacă este necesar) R14 și R15.
Înainte de a porni voltmetrul pentru prima dată, cursorul rezistorului R6 este setat în poziția de mijloc, rezistorul R3 în jos și rezistorul R5 în poziția extremă dreaptă conform diagramei. Comutatorul SA1 este mutat în poziția stângă conform diagramei, iar cu ajutorul rezistenței variabile R6 acul microampermetrului PA1 este setat la zero. Apoi glisoarele rezistențelor R3 și R5 sunt mutate în pozițiile superioare și, respectiv, extremă din stânga, iar echilibrarea amplificatorului este ajustată. După ce SA1 a revenit în poziția inițială (controlul echilibrului podului), treceți la calibrarea dispozitivului.
La intrarea voltmetrului este furnizată o tensiune sinusoidală de la un generator de sunet. Valoarea medie pătrată a acestuia este controlată de orice voltmetru AC care are limitele de măsurare și intervalul de frecvență necesar. Raportul dintre tensiunea maximă măsurată și minimul pentru un anumit voltmetru este puțin mai mare de 10, deci este recomandabil să alegeți limitele de măsurare de la 0,1 la 1 V (pentru versiunea de bandă largă cu amplificatorul operațional KIOUD8) sau de la 10 la 1 V. 100 mV (pentru versiunea cu valori nominale conform Fig. 1). Prin setarea tensiunii de intrare puțin mai mică decât limita inferioară de măsurare, de exemplu 9...9,5 mV, folosind rezistența de reglare R5, puntea este echilibrată (glisorul R3 este în poziția superioară a circuitului). Apoi cursorul rezistorului R3 este mutat în poziția inferioară, iar tensiunea de intrare crește până atunci. până la restabilirea echilibrului podului. Dacă această tensiune este mai mare de 100 mV (pentru opțiunea pe care o avem în vedere), atunci putem trece la calibrarea dispozitivului și calibrarea scalei acestuia. În cazul în care tensiunea la care puntea este echilibrată este mai mică de 100 mV sau semnificativ mai mare decât această valoare, rezistorul R2 trebuie ajustat (reduceți-l sau măriți-l corespunzător). În acest caz, desigur, procedura de stabilire a limitelor de măsurare se repetă din nou. Operația de calibrare a dispozitivului este evidentă: prin aplicarea unei tensiuni între 10... 100 mV la intrarea sa, rotind cursorul rezistorului R3, obțineți citiri zero pe microampermetru și trasați valorile corespunzătoare pe scară.
Măsurătorile raportului semnal-zgomot al casetofonelor, amplificatoarelor și altor echipamente de reproducere a sunetului se fac de obicei cu filtre de ponderare care țin cont de sensibilitatea reală a urechii umane la semnale de diferite frecvențe. De aceea, este recomandabil să completați filtrul pătrat mediu cu un astfel de filtru, al cărui principiu este prezentat în Fig. 4. Formarea răspunsului în frecvență necesar este realizată de trei circuite RC - R2C2, R4C3C4 și R6C5. Amplitudinea acestui filtru este prezentată în
orez. 5 (curba 2). Aici, pentru comparație, este afișat răspunsul în frecvență standard corespunzător (standard COMECON 1359-78) (curba 1). În intervalul de frecvență sub 250 Hz și peste 16 kHz, răspunsul în frecvență al filtrului diferă ușor de cel standard (cu aproximativ 1 dB), dar eroarea rezultată poate fi neglijată, deoarece componentele de zgomot cu astfel de frecvențe sunt mici în raport cu la raportul semnal-zgomot al echipamentelor de reproducere a sunetului. Beneficiul acestor mici abateri de la răspunsul în frecvență standard este simplitatea filtrului și capacitatea, folosind un comutator cu două căi (SA1), de a opri filtrul și de a obține unul liniar cu un coeficient de transmisie de 10. coeficientul de transmisie la o frecvență de 1 kHz este, de asemenea, 10.
Rețineți că R5 nu este implicat în formarea răspunsului în frecvență al filtrului. Elimină posibilitatea autoexcitarii sale la frecvențe înalte din cauza schimbărilor de fază în circuitul de feedback cauzate de condensatorii S3 și C4. acest rezistor nu este critic. La instalarea dispozitivului, acesta este crescut până la oprirea autoexcitației filtrului (monitorizat cu un osciloscop de bandă largă sau milivoltmetru de înaltă frecvență).
După selectarea rezistenței R5, aceștia procedează la ajustarea răspunsului în frecvență al filtrului în regiunea de înaltă frecvență. Îndepărtând succesiv răspunsul în frecvență al filtrului în diferite poziții ale rotorului condensatorului de acord C4, se găsește poziția acestuia la care la frecvențe peste 1 kHz abaterile răspunsului în frecvență de la standard vor fi minime. În regiunea de joasă frecvență (300 Hz și mai jos), răspunsul în frecvență poate fi ajustat, dacă este necesar, selectând condensatorul C5. C2 (format din doi condensatori cu o capacitate de 0,01 μF și 2400 pF, conectați în paralel) afectează în primul rând răspunsul în frecvență la frecvențe de 500...800 Hz. Ultimul pas în configurarea filtrului este selectarea rezistenței R2. Ar trebui să fie astfel încât coeficientul de transmisie al filtrului la o frecvență de 1 kHz să fie egal cu 10. Apoi se verifică răspunsul în frecvență de la capăt la capăt al filtrului și, dacă este necesar, se clarifică capacitatea condensatorului C2. Când filtrul este dezactivat, selectarea rezistenței R3 setează câștigul preamplificatorului la 10.
Dacă acest filtru este încorporat în filtrul pătrat mediu, atunci C1 și R1 (vezi Fig. 1) pot fi eliminate. Funcțiile lor vor fi îndeplinite de C5 și C6, precum și de R6 (vezi Fig. 4). În acest caz, semnalul de la rezistența R6 este furnizat direct la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional voltmetru.
Deoarece factorul de vârf al tensiunii alternative măsurate nu este, în general, cunoscut în avans, atunci, după cum sa menționat deja, este posibilă o eroare în măsurători
Condiție RMS cauzată de limitarea amplitudinii semnalului la ieșirea amplificatorului. Pentru a vă asigura că nu există o astfel de limitare, este recomandabil să introduceți în dispozitiv indicatori de vârf ai amplitudinii maxime admisibile a semnalului: unul pentru semnale de polaritate pozitivă, iar celălalt pentru semnale de polaritate negativă. Ca bază, puteți lua dispozitivul descris în.
Referințe
1. Suhov N. Pătrat mediu //Radio.- 1981.- Nr. 1.- P. 53-55 și Nr. 12.-S. 43-45.
2. Vladimirov F. Indicator de nivel maxim//Radio.- 1983.-Nr 5.-.
Pentru măsurarea tensiunii alternative se folosesc dispozitive electromecanice analogice (electromagnetice, electrodinamice, rareori cu inducție), dispozitive electronice analogice (inclusiv sisteme de redresare) și instrumente digitale de măsură. Compensatoarele, osciloscoapele, înregistratoarele și instrumentele virtuale pot fi, de asemenea, utilizate pentru măsurători.
Când se măsoară tensiunea alternativă, ar trebui să se facă distincția între valorile instantanee, de amplitudine, medii și efective ale tensiunii dorite.
Tensiunea alternativă sinusoidală poate fi reprezentată sub forma următoarelor relații:
Unde u(t)- valoarea tensiunii instantanee, V; U m - valoarea tensiunii de amplitudine, V; (U - valoarea medie a tensiunii, V T - perioadă
(T = 1//) tensiunea sinusoidală dorită, s; U- valoarea tensiunii efective, V.
Valoarea instantanee a curentului alternativ poate fi afișată pe un osciloscop electronic sau folosind un înregistrator analogic (înregistrator grafic).
Valorile medii, amplitudinii și efective ale tensiunilor alternative sunt măsurate prin indicator sau dispozitive digitale pentru evaluare directă sau compensatoare de tensiune alternativă. Instrumentele pentru măsurarea valorilor medii și amplitudinii sunt folosite relativ rar. Majoritatea dispozitivelor sunt calibrate în valori efective ale tensiunii. Din aceste motive, valorile cantitative ale tensiunilor date în manual sunt date, de regulă, în valori efective (vezi expresia (23.25)).
Când se măsoară cantități variabile, este de mare importanță forma tensiunilor dorite, care pot fi sinusoidală, dreptunghiulară, triunghiulară etc. Pașapoartele pentru dispozitive indică întotdeauna ce tensiuni este proiectat să măsoare dispozitivul (de exemplu, pentru a măsura sinusoidal sau dreptunghiular). tensiuni). În acest caz, este întotdeauna indicat ce parametru de tensiune AC este măsurat (valoarea amplitudinii, valoarea medie sau valoarea efectivă a tensiunii măsurate). După cum sa menționat deja, calibrarea dispozitivelor este utilizată în cea mai mare parte pentru valorile efective ale tensiunilor alternative dorite. Din această cauză, toate tensiunile variabile considerate mai jos sunt date în valori efective.
Pentru a extinde limitele de măsurare ale voltmetrelor cu tensiune alternativă, se folosesc rezistențe suplimentare, transformatoare de instrumente și capacități suplimentare (cu dispozitive de sistem electrostatic).
Utilizarea rezistențelor suplimentare pentru a extinde limitele de măsurare a fost deja discutată în subsecțiunea 23.2 în legătură cu voltmetrele DC și, prin urmare, nu este luată în considerare în această subsecțiune. De asemenea, transformatoarele de măsurare a tensiunii și curentului nu sunt luate în considerare. Informațiile despre transformatoare sunt date în literatură.
Cu o analiză mai detaliată a utilizării capacităților suplimentare, o capacitate suplimentară poate fi utilizată pentru a extinde limitele de măsurare ale electrostatisticilor voltmetrelor (Fig. 23.3, O) sau se pot folosi două containere suplimentare (Fig. 23.3, b).
Pentru un circuit cu o capacitate suplimentară (Fig. 23.3, O) tensiunea măsurată U distribuită între capacitatea voltmetrului C y iar capacitatea suplimentară C este invers proporţională cu valorile S y și S
Având în vedere că U c = U- Uy, poate fi notat
Orez. 23.3. Schema de extindere a limitelor de măsurare electrostatică
voltmetre:
O- circuit cu o capacitate suplimentara; b- circuit cu doua containere suplimentare; U- tensiune alternativă măsurată (valoare efectivă); C, C, C 2 - recipiente suplimentare; Cv- capacitatea voltmetrului electrostatic utilizat V; U c- căderea de tensiune la capacitatea suplimentară C; U v - citirea voltmetrului electrostatic
Rezolvarea ecuației (23.27) pentru U, obținem:
Din expresia (23.28) rezultă că cu cât tensiunea măsurată este mai mare UÎn comparație cu tensiunea maximă admisă pentru un anumit mecanism electrostatic, cu atât capacitatea ar trebui să fie mai mică CU comparativ cu capacitatea Cu tine.
Trebuie menționat că formula (23.28) este valabilă numai cu izolarea ideală a condensatoarelor care formează condensatoarele CUŞi C v. Dacă dielectricul care izolează plăcile condensatorului unul de celălalt are pierderi, atunci apar erori suplimentare. În plus, capacitatea voltmetrului C y depinde de tensiunea măsurată U, din moment ce din U Citirile voltmetrului și, în consecință, pozițiile relative ale plăcilor mobile și fixe care formează mecanismul de măsurare electrostatică depind. Această din urmă împrejurare duce la apariția unei alte erori suplimentare.
Cele mai bune rezultate se obțin dacă, în loc de o capacitate suplimentară, se folosesc doi condensatori suplimentari C (și C 2), formând un divizor de tensiune (vezi Fig. 23.3, b).
Pentru un circuit cu doi condensatori suplimentari, este valabilă următoarea relație:
Unde U a - căderea de tensiune pe condensator C y
Având în vedere că 
poate fi notat
Rezolvarea ecuației (23.30) pentru U, obținem:
Din expresia (23.31) putem concluziona că dacă capacitatea condensatorului C 2 la care este conectat voltmetrul depășește semnificativ capacitatea voltmetrului însuși, atunci distribuția tensiunii este practic independentă de citirea voltmetrului. În plus, la C 2 " C y modificarea rezistenței de izolație a condensatoarelor C și C 2 și a frecvenței
Tabelul 23.3
Limite și erori de măsurare a tensiunilor alternative
tensiunea măsurată are, de asemenea, un efect redus asupra citirilor instrumentului. Adică, atunci când se utilizează două containere suplimentare, erorile suplimentare în rezultatele măsurătorilor sunt reduse semnificativ.
Limitele de măsurare a tensiunilor alternative cu dispozitive de diferite tipuri și cele mai mici erori ale acestor dispozitive sunt date în tabel. 23.3.
Ca exemple, Anexa 5 (Tabelul A.5.1) prezintă caracteristicile tehnice ale voltmetrelor universale care permit măsurarea, printre altele, a tensiunilor alternative.
În concluzie, trebuie reținut următoarele.
Erorile la măsurarea curenților (directi și alternativi) cu dispozitive de același tip și în condiții egale sunt întotdeauna mai mari decât erorile de măsurare a tensiunilor (atât continue, cât și alternative). Erorile la măsurarea curenților și tensiunilor alternative cu aparate de același tip și în condiții egale sunt întotdeauna mai mari decât erorile de măsurare a curenților și tensiunilor continue.
Informații mai detaliate despre problemele ridicate pot fi obținute de la.